DE977782C

DE977782C - Device for determining the direction of wave energy, in particular sound waves in water

Info

Publication number: DE977782C
Application number: DEA29060A
Authority: DE
Inventors: Heinrich Dr Maass
Original assignee: Krupp Atlas Elektronik GmbH
Current assignee: Atlas Elektronik GmbH
Priority date: 1955-10-11
Filing date: 1958-03-16
Publication date: 1970-03-26

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Ausübung des im Hauptpatent 977 7S1 beschriebenen Verfahrens zur Richtungsbestimmung von Wellenenergie, insbesondere von Schallwellen im Wasser, unter Benutzung zweier im gewissen Abstand angeordneter Empfänger oder zweier Empfängergruppen mit einem gewissen Schwerpunktsabstand, die Empfangsspannungen mit einem von der Welleneinfallsrichtung abhängigen Laufzeitunterschied liefern. Dabei ist eine Einrichtung vorgesehen, welche die Richtvektoren der Empfänger oder Empfängergruppen auf einander gleiche, beliebige Welleneinfallsrichtungen einzustellen gestattet, so daß für eine aus bestimmter Richtung eintreffende Welle die Aufhebung des Laufzeitunterschiedes der Empfangsspannungen bewirkt wird, wenn sie genau auf diese Welleneinfallsrichtung eingestellt wird. Für die Null-Anzeige ist dabei ein nach dem Summe-Differenz-Verfahren arbeitendes Anzeigegerät vorgesehen, ao das die Phasendifferenz zweier ihm zugeführter Wechselspannungen bestimmter Frequenz durch die Neigung eines Ablenkstriches auf dem Schirm eines Kathodenstrahlrohres gegen eine Bezugslinie anzeigt. Das Wesen der Erfindung nach dem Hauptpatent besteht darin, daß Wellenenergie eines breiten Frequenzbandes empfangen und bei Einstellung auf eine zu bestimmende Welleneinfallsrichtung das Auftreten einer mit Bezugslinie zusammenfallenden Strichanzeige als Kriterium für die genaue Aufhebung des Laufzeitunterschiedes verwendet wird. Zur Ausübung dieses Verfahrens ist im Hauptpatent vorgeschlagen, die beiden einen gewissen Schwerpunktsabstand aufweisenden Emp-The present invention relates to an apparatus for practicing the main patent 977 7S1 described method for determining the direction of wave energy, in particular of Sound waves in the water, using two receivers arranged at a certain distance or two groups of receivers with a certain distance from the center of gravity, the receiving voltages with a time difference depending on the direction of incidence of the wave. There is one facility provided which the directional vectors of the recipients or recipient groups on each other same, arbitrary wave directions of incidence allowed to set, so that for one of certain In the direction of the incoming wave, the delay time difference between the received voltages is canceled is effected when it is adjusted precisely to this direction of incidence of the wave. For the zero display a display device operating according to the sum-difference method is provided, ao that is the phase difference between two AC voltages supplied to it of a certain frequency due to the Indicates inclination of a deflection line on the screen of a cathode ray tube against a reference line. The essence of the invention according to the main patent is that wave energy of a broad Received frequency band and when adjusted to a direction of wave incidence to be determined the appearance of a line display coinciding with the reference line as a criterion for the exact Cancellation of the runtime difference is used. To carry out this procedure, im Main patent proposed, the two receivers, which have a certain center of gravity,

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fängergruppen zum Teil von doppelt ausgenutzten, im mittleren Bereich der Gesamtanordnung gelegenen Empfängern und zum Teil von einfach ausgenutzten, auf der einen bzw. anderen Seite des Mittelbereichs gelegenen Empfängern zu bilden. Die Empfangsspannungen der doppelt ausgenutzten Empfänger werden dabei so geschaltet, daß sie ihre Empfangsspannungen gleichzeitig an zwei Kanäle zur Bildung der den beiden Empfängergruppen zugehörigen resultierenden Empfangsspannungen abgeben. Durch diese Doppelausnutzung von den beiden Gruppen gemeinsamen Empfängern im Überlappungsbereich ergibt sich eine Ersparnis an Empfängern und eine Vereinfachung des Einbaues. Diese Anordnung ist aber andererseits zunächst mit dem Nachteil behaftet, daß sich ein relativ geringer Schwerpunktsabstand der beiden Teilgruppen voneinander ergibt, so daß die Schnelligkeit der Auswanderung des Anzeigewinkels relativ zur Ändeao rung des Peilwinkels aus der Nullage entsprechend klein wird.Groups of catchers, some of which are doubly exploited, are located in the central area of the overall arrangement Recipients and partly by simply exploited, on one or the other side of the Middle-range receivers to form. The receiving voltages of the doubly used Receivers are switched in such a way that they send their receive voltages to two channels at the same time to form the resulting received voltages associated with the two recipient groups. This double use of receivers common to both groups in the overlap area results in a saving Receivers and a simplification of the installation. On the other hand, this arrangement is initially with has the disadvantage that there is a relatively small center of gravity between the two subgroups results, so that the speed of the migration of the display angle relative to the change tion of the bearing angle from the zero position is correspondingly small.

Erfindungsgemäß läßt sich diesem Mangel dadurch abhelfen, daß der Schwerpunktsabstand der Teilgruppen durch wahlweise Zu- und Abschaltung as von zur gemeinsamen Benutzung vorgesehenen Empfängern veränderlich gemacht ist. Der zur Einstellung der Peilrichtung vorgesehene Streifenkollektor kann hierzu in Teilbereiche unterteilt sein, die wahlweise zu- oder abgeschaltet werden können. So läßt sich die Auswanderung des Anzeigewinkels in weiten Grenzen verändern.According to the invention, this deficiency can be remedied in that the center of gravity distance of the Subgroups by optional connection and disconnection as intended for common use Recipients is made mutable. The strip collector provided for setting the bearing direction can be subdivided into sub-areas that can be switched on or off as required can. In this way, the migration of the display angle can be changed within wide limits.

Die Erfindung sei an einem Ausführungsbeispiel veranschaulicht:The invention is illustrated using an exemplary embodiment:

Fig. ι zeigt das Schaltbild einer Vorrichtung zur Richtungsbestimmung von Schallwellen in Wasser nach der Erfindung,Fig. Ι shows the circuit diagram of a device for Determination of the direction of sound waves in water according to the invention,

Fig. 2 einen Schalter zur Veränderung des Schwerpunktsabstandes der beiden für die Vorrichtung nach Fig. 1 vorgesehenen Empfängergruppen. Für den Empfang der Schallwellen sind zwei Empfängergruppen vorgesehen, deren Schwerpunkte gewöhnlich einen so geringen Abstand voneinander haben, daß die Gruppen ineinandergreifen. Diese beiden Empfängergruppen werden gebildet durch Auswahl zweier Teilgruppen aus einer einheitlichen, etwa hufeisenförmigen Gruppe von Empfängern 24. In der Zeichnung sind nur zwei Empfänger 24 dargestellt. Aus der Gesamtgruppe der Empfänger 24 werden mit Hilfe eines Schaltwerkes die beiden Empfängergruppen mit dem gewünschten Schwerpunktsabstand zur Bildung zweier Empfangsspannungen zusammengefaßt. Diese beiden Empfangsspannungen werden dann, wie im Hauptpatent beschrieben, über eine Summen-Differenz-Schaltung 10 und ein 90°-Phaseiiglied 14 auf die Plattenpaare einer Kathodenstrahlröhre 8 geschaltet. Das Schaltwerk zur Bildung der beiden Empfängergruppen und Empfangsspannungen besteht aus zwei Laufzeitkompensatoren 2j, 28, durch welche gleichzeitig jedem Empfänger 24 eine mit der Peilrichtung veränderliche Laufzeitverzögerung zugeschaltet wird, um so bei ortsfest angeordneten Empfängern eine Drehung der Peilrichtung« auf elektrischem Wege zu bewirken. Durch die Laufzeitketten wird die Basis in üblicher Weise für jede gewünschte Empfangsrichtung »kompensiert«, d. h., die für eine entsprechende Schalleinfallsrichtung vorhandenen Laufzeitunterschiede der einzelnen Empfänger 24 jeder Gruppe und auch die der beiden Gruppen untereinander in bezug auf einen gemeinsamen Punkt werden mittels veränderlicher elektrischer Verzögerungsketten 36, 37 zu Null gemacht.FIG. 2 shows a switch for changing the distance between the centers of gravity of the two receiver groups provided for the device according to FIG. Two groups of receivers are provided for receiving the sound waves, the focal points of which are usually so small that the groups interlock. These two groups of recipients are formed by selecting two sub-groups from a uniform, roughly horseshoe-shaped group of recipients 24. Only two recipients 24 are shown in the drawing. From the total group of receivers 24, the two groups of receivers are combined with the desired center of gravity to form two received voltages with the aid of a switching mechanism. As described in the main patent, these two receiving voltages are then switched to the plate pairs of a cathode ray tube 8 via a sum-difference circuit 10 and a 90 ° phase element 14. The switching mechanism for the formation of the two receiver groups and receiving voltages consists of two delay compensators 2j, 28, through which each receiver 24 is connected to a delay that can be varied with the bearing direction, so that the bearing direction can be rotated electrically in the case of fixedly arranged receivers. The delay chains "compensate" for the base in the usual way for each desired direction of reception, that is, the differences in delay between the individual receivers 24 of each group and those of the two groups with respect to a common point are compensated for by means of variable electrical delay chains 36, 37 made to zero.

Bei einer geringen Abweichung der eingestellten Peilrichtung η von der Schalleinfallsrichtung m entsprechen die an den Ausgängen der beiden Kompensatoren 27, 28 auftretenden Phasenunterschiede dem Kompensationsfehler für die Schwerpunkte der beiden Gruppen. Eine solche Anordnung hat den Vorteil, daß durch die Gruppenrichtwirkung alle nicht aus der eingestellten Empfangsrichtung kommenden Störgeräusche stark geschwächt werden. An die Stelle der beim Kompensationsverfahren sonst üblichen Maximalpeilung tritt, wie im Hauptpatent, die genauere Anzeige des Phasenunterschiedes der beiden Gruppen beim Empfang eines Frequenzgemisches. In the case of a slight deviation of the set bearing direction η from the sound incidence direction m , the phase differences occurring at the outputs of the two compensators 27, 28 correspond to the compensation error for the centers of gravity of the two groups. Such an arrangement has the advantage that the group directional effect greatly attenuates all interfering noises not coming from the set receiving direction. As in the main patent, there is a more precise display of the phase difference of the two groups when receiving a frequency mixture instead of the maximum bearing that is otherwise usual in the compensation process.

Bei einer Anordnung von Empfängern auf einem Kreise, einem Kreisbogen oder einer ähnlichen Kurve kann man für die Bildung zweier bogenförmiger Teilgruppen mit der Empfangsrichtung veränderliche Teile der gesamten Empfängeranordnung herausgreifen. Durch gleichzeitiges Zu- und Abschalten von Empfängern beim Wechsel der Empfangsrichtung läßt sich erreichen, daß die gerade wirksamen Teilgruppen und die Verbindungslinie ihrer Schwerpunkte immer ungefähr senkrecht zur Empfangsrichtung liegen, wodurch die Peilschärfe für alle Richtungen nahezu gleichbleibt.With an arrangement of receivers on a circle, an arc of a circle or a similar one Curve can be used for the formation of two arched subgroups with the direction of reception Pick out variable parts of the entire receiver arrangement. By simultaneous access and Switching off receivers when changing the receiving direction can be achieved that the straight effective subgroups and the line connecting their focal points is always approximately perpendicular to the receiving direction, whereby the bearing sharpness remains almost the same for all directions.

Die beiden Laufzeitkompensatoren enthalten je eine Gruppe von Bürsten 29 und 30. Jede Bürstengruppe stellt ein verkleinertes Abbild der Gesamtempfängeranordnung dar, wobei die einander entsprechenden Bürsten und Empfänger über Entkopplungswiderstände 3 r, Übertrager 32 und Vorver- *°5 stärkerstufen 33 verbunden sind. Unter jeder Bürstenanordnung ist ein Streifenkollektor 34 bzw. 35, dessen Streifen mit den Gliedern der Verzögerungskette 36 bzw. 37 verbunden sind, drehbar angeordnet. Die beiden Streifenkollektoren 34, 35 haben no eine gemeinsame Drehachse 38, auf der ein Zeiger 39 zur Anzeige der Pfeilrichtung η angebracht ist. Die beiden Kollektoren 34 und 35 sind so ausgebildet und angeordnet, daß jeweils nur ein Teil der Bürsten sich auf den Flächen der Streifenkollektoren befindet und somit immer nur ein mit der Empfangsrichtung wechselnder Teil der gesamten Empfängerzahl zur Richtungsbestimmung ausgenutzt wird. Die benutzten Teilgruppen sind für beide Kompensatoren verschieden und haben die Form zweier ungefähr senkrecht zur jeweiligen Empfangsrichtung angeordneter Bögen mit seitlich versetzten Schwerpunkten. Die Auswahl der beiden Teilgruppen erfolgt durch geeignete Ausbildung der Grenzen 40, 41 der Kollektorflächen, über die die Bürsten auf diese Flächen auf- und ab-The two delay compensators each contain a group of brushes 29 and 30. Each group of brushes represents a scaled-down image of the overall receiver arrangement, the corresponding brushes and receivers being connected via decoupling resistors 3 r, transformers 32 and pre-amplifiers 33. A strip collector 34 or 35, the strips of which are connected to the links of the delay chain 36 or 37, is rotatably arranged under each brush arrangement. The two strip collectors 34, 35 have a common axis of rotation 38 on which a pointer 39 is attached to indicate the direction of the arrow η. The two collectors 34 and 35 are designed and arranged so that only some of the brushes are located on the surfaces of the strip collectors and thus only a part of the total number of receivers that changes with the receiving direction is used to determine the direction. The subgroups used are different for both compensators and have the shape of two arcs arranged approximately perpendicular to the respective receiving direction with laterally offset centers of gravity. The two subgroups are selected by appropriately designing the boundaries 40, 41 of the collector surfaces over which the brushes move up and down on these surfaces.

laufen. Wenn Peilrichtung m und Schalleinfallsrichtung η nicht übereinstimmen, tritt ein Phasenunterschied zwischen den Ausgangsspannungen der Verzögerungsketten auf, der vom Schwerpunktsabstand^, der Wegdifferenz d-y und der Frequenz oder Wellenlänge abhängt, wobei d gleich dem Schwerpunktsabstand der jeweils wirksamen Empfängergruppen ist, und der sich, je nach dem benutzten Verfahren nach der Erfindung, durchto run. If the direction of the bearing m and the direction of sound incidence η do not coincide, a phase difference occurs between the output voltages of the delay chains, which depends on the distance between the centers of gravity ^, the path difference dy and the frequency or wavelength, where d is the distance between the centers of gravity of the respective effective receiver groups, and each according to the method used according to the invention

ίο Schrägstellung der Anzeige 6* am Schirm der Röhre 8 mit oder ohne frequenzabhängige Aufspaltung der Anzeige bemerkbar macht.ίο Inclination of the display 6 * on the screen of the Tube 8 makes noticeable with or without frequency-dependent splitting of the display.

Die Empfänger werden zweckmäßig so angeordnet und die Form der Grenzen 40, 41 so gewählt, daß die Zu- und Abschaltung von Empfängern bei den beiden Teilgruppcn gleichzeitig erfolgt. Gegebenenfalls kann dies auch durch beim Drehen der Kollektoren selbsttätig betätigte Relais in den Bürstenzuleitungen oder den Verbindungen der denThe receivers are expediently arranged and the shape of the borders 40, 41 selected so that that the connection and disconnection of receivers in the two subgroups takes place at the same time. Possibly this can also be done by automatically actuating relays in the when the collectors are rotated Brush leads or the connections of the

so Grenzen 40, 41 benachbarten Streifen mit den Verzögerungsketten sichergestellt werden. Auch kann an Stelle der plötzlichen Zu- und Abschaltung von Empfängern ein allmähliches An- und Abschwellen ihrer Wirkung vorgesehen sein, indem die in derso borders 40, 41 adjacent strips with the delay chains be ensured. Can also be used instead of the sudden connection and disconnection of A gradual increase and decrease in their effect can be provided for recipients by the in the

as Nähe der Grenzen 40, 41 liegenden Streifen über gestufte Dämpfungsglieder mit der zugehörigen Kette verbunden werden.The strips lying above the vicinity of the borders 40, 41 stepped attenuators are connected to the associated chain.

Durch die Ausnutzung eines breiten Frequenzbandes ist das Verfahren insbesondere auch zum Anpeilen von Geräuschquellen geeignet, im Gegensatz zu den bekannten Sonar-Anlagen, die bisher ausschließlich zur Richtungsbestimmung nach dem Echoverfahren mit fester Frequenz benutzt worden sind. Natürlich kann aber auch das vorliegende Verfahren bei der Horizontal-Echolotung Anwendung finden, indem gleichzeitig Impulse verschiedener Frequenz mit einem zur Abstrahlung verschiedener Frequenzen geeigneten Sender ausgesandt werden.By utilizing a wide frequency band, the method is also particularly suitable for Finding sound sources suitable, in contrast to the known sonar systems that have been used up to now was used exclusively to determine the direction according to the echo method with a fixed frequency are. Of course, the present method can also be used in horizontal echo sounding find by simultaneously sending pulses of different frequency with one to emit different Frequencies suitable transmitter are sent.

Der Schwerpunktsabstand der Teilgruppen kann durch wahlweise Zu- und Abschaltung von zur gemeinsamen Benutzung vorgesehenen Empfängern veränderlich sein. Zu diesem Zweck ist im Ausführungsbeispiel jeder Strcifenkollektor 34 und 35 durch Auftrennungen 42, 43 in je drei Teilbereiche a, b und c unterteilt, von denen der Bereich b oder der Bereich b und c dem Bereich α wahlweise zu- oder abgeschaltet und dadurch die Größe und der Schwerpunktsabstand der benutzten Teilgruppen verändert werden kann. Die Zu- und Abschaltung erfolgt mit Hilfe entsprechend vielpoliger Schalter und 45, die in Stellung I alle drei Bereiche a, b und c für kleinsten Schwerpunktsabstand einschalten, in Stellung II den Bereich c und in Stellung I auch noch den Bereich b zur schrittweisen Vergrößerung des Schwerpunktsabstandes abschalten. Die Betätigung der Schalter kann von Hand oder automatisch in Abhängigkeit vom Peilwinkel erfolgen derart, daß bei Peilung in Vorausrichtung mit kleinem Schwerpunktsabstand gearbeitet und bei Peilung querab z.B. bei ±30 und ±6o° schrittweise auf größeren Schwerpunktsabstand umgeschaltet wird.The distance between the centers of gravity of the subgroups can be changed by optionally connecting and disconnecting receivers intended for common use. For this purpose, in the exemplary embodiment, each strip collector 34 and 35 is subdivided into three sub-areas a, b and c by separations 42, 43, of which area b or areas b and c are optionally switched on or off to area α and thus the size and the center of gravity of the subgroups used can be changed. The connection and disconnection takes place with the help of corresponding multi-pole switches and 45, which in position I switch on all three areas a, b and c for the smallest center of gravity distance, in position II area c and in position I also area b to gradually increase the Switch off the center of gravity. The switches can be operated manually or automatically, depending on the bearing angle, so that when bearing in the fore-direction, work is carried out with a small center of gravity distance and when bearing across, for example at ± 30 and ± 60 °, the system gradually switches to a larger center of gravity distance.

Claims

PATENT CLAIMS:

1. Device for determining the direction of wave energy in a broad frequency band, especially sound waves in water, using two spaced apart Receiver subgroups with a certain distance from the center of gravity, some of which are doubled exploited, located in the central area of the overall arrangement and partly from simple utilized receivers located on one or the other side of the central area are, in connection with a device, which the directional vectors of the recipient groups allow to set any wave incidence directions equal to each other, whereby for the zero display a according to the sum-difference method working display device is provided that when set to one to determining the direction of incidence of the wave a line display coinciding with the reference line as a criterion for the elimination of the running time difference results, according to patent 977781, thereby marked that the center of gravity distance of the subgroups by optional Zuimcl Disconnection of recipients intended for common use is variable. go

2. Apparatus according to claim 1, characterized in that the strip collector (34, 35) is divided into sub-areas (a, b, c) which can be optionally switched on or off.

3. Apparatus according to claim 1 and 2, characterized by means for automatically switching the subgroups to change the center of gravity distance as a function from the bearing angle.

Considered publications:
U.S. Patent No. 2642473.

1 sheet of drawings