DE977783C - Verfahren zur Richtungsbestimmung von Wellenenergie, insbesondere von Schallwellen im Wasser - Google Patents

Description

AUSGEGEBEN AM 26. MÄRZ 1970

INTERNAT. KLASSE G 01S

A 40194 IXdI 74 d

ist als Erfinder genannt worden

Zusatz zum Patent 977

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine weitere Ausbildung des im Hauptpatent beschriebenen Verfahrens zur Richtungsbestimmung von Wellenenergie, insbesondere von Schallwellen im Wasser, unter Benutzung zweier in gewissem Abstand angeordneter Empfänger oder zweier Empfängergruppen mit einem gewissen Schwerpunktsabstand, die Empfangsspannungen mit einem von der Welleneinfallsrichtung abhängigen Laufzeitunterschied liefern. Dabei ist eine Vorrichtung vorgesehen, welche die Richtsektoren der Empfänger oder Empfängergruppen auf einander gleiche, beliebige Welleneinfallsrichtung 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 Nullanzeige ist dabei ein nach dem Summe-Differenz-Verfahren arbeitendes Anzeigegerät vorgesehen, das die Phasendifferenz zweier ihm zugeführter Wechselspannungcn 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 der Bezugslinie zusammenfallenden Strichanzeige als Kriterium für die genaue Aufhebung des Laufzeitunterschiedes verwendet wird.

Bei der herkömmlichen Sunime-Differenz-Me-

009 613,7

thode werden die Summen- und Differenzspannung, nachdem sie einer relativen 90°-Dfehung unterworfen sind, als Ablenkspannungen den gekreuzten Plattenpaaren einer Kathodenstrahlröhre zugeführt, so daß sie eine Strichanzeige hervorrufen, deren Neigung vom Amplitudenverhältnis der Summen- und Differenzspannung und damit von der Phasendifferenz der Ausgangsspannungen abhängig ist. Da sich nun für die verschiedenen Frequenzkomponenten der Empfangsspannungen bei Seitenlage verschiedene Phasendifferenzen ergeben, so erhält man wegen der Proportionalität zwischen Phasendifferenz der Empfangsspannungen und Amplitudendifferenz der Summen- und Differenzspannung ungleiche Ablenkwinkel der Strichanzeige für die einzelnen Frequenzkomponenten und damit eine etwa fächerförmige Flächenanzeige. Der vorliegenden Erfindung liegt die Überlegung zugrunde, an Stelle einer solchen fächerförmigen Flächenauzeige ao eine strichförmige Anzeige dadurch zu gewinnen, daß man die Summen- und Differenzspannung in ihren Amplituden einer frequenzabhängigen Verstärkung unterwirft, durch welche die aus den verschiedenen Phasendifferenzen der Ausgangsspannungen sich ergebenden Abweichungen der Amplitudendifferenzen kompensiert werden, so daß die aus der Summen- und Differenzspannung abgeleiteten Ablenkspannungen nur noch von dem Einfallswinkel der Schallwellen und nicht mehr von der Frequenz abhängig sind.

Ausgehend von dieser Überlegung, werden erfindungsgemäß die Summen- Differenzspannungen einem 90°-Phasenschieber zugeführt, dessen Amplitudenfrequenzgang möglichst angenähert für das Verhältnis des Betrages von Summe zu Differenz porportional der Frequenz ansteigend verläuft. Ein solcher 'Phasenschieber läßt sich auf einfache Weise dadurch gewinnen, daß die Summen- und Differenzspannungen je einem Phasenschieberglied zugeführt werden, das aus einer Reihenschaltung eines Widerstandes und einer Kapazität besteht, wobei die Werte für Widerstand und Kapazität in beiden Phasenschiebergliedern gleich sind, und daß die an die Plattenpaare der Kathodenstrahlröhre zu iührenden Ausgangsspannungen für die Summenspannung vom Widerstand und für die Differenzspannung vom Kondensator des zugehörigen Phasenschiebergliedes abgenommen werden.

Die Erfindung sei an einem Ausführungsbeispiel So veranschaulicht.

Fig. 1 zeigt eine Schaltung zur Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung,

Fig. 2 und 3 zeigen Vektordiagramme zur Veranschaulichung der Wirkungsweise der Schaltung nach Fig. 1.

Die Abbildung zeigt eine Empfangsanordnung mit zwei im Abstand d voneinander angeordneten und gemeinsam um die Mittelachse 1 drehbaren Empfängern 2 und 3 von untereinander gleicher Empfindlichkeit für Schallwellen eines breiten Frequenzgebietes von z. B. 20 bis 10000 Hz. An Stelle der beiden Empfänger 2 und 3 können auch zwei Empfängergruppeii mit entsprechendem Schwerpunktsabstand vorgesehen sein, an Stelle der Drehbasis auch eine Einrichtung zur elektrischen Kornpensation der Laufzeitunterschiede. Weicht die Schalleinfallsrichtung m von der Peilrichtung η um den Winkel γ ab, so ergibt sich an den beiden Empfängern ein Laufzeitunterschied der Empfangsspannungen entsprechend der Wegdifferenz d-srn γ.

Die Empfangsbasis kann nun um die Achse 1 geschwenkt und dadurch die Größe des Winkels γ von negativen Werten (links) über Null zu positiven Werten (rechts) verändert werden.

Um nun die Übereinstimmung oder Abweichung der Schalleinfallsrichtung m zur Peilrichtung n, im folgenden Scitenlage genannt, anzuzeigen, werden aus den beiden Empfangsspannungen U₁ und «₂ Ablenkspannungen W₂ und V₂ zur Erzeugung eines Striches abgeleitet, dessen Winkelabweichung aus seiner Nullage ein Maß für die gesuchte Abweichung der Schalleinfallsrichtuug m von der Peilrichtung η darstellt.

Hierzu werden ähnlich wie es zur Seitenanzeige bei Empiangsspannungeii bestimmter Frequenz in Sonaranlagen bekannt ist, in einer geeigneten Schalteinrichtung, ζ. B. mit Hilfe von Transformatoren 11, Summe und Differenz der Empfangsspannungen U₁ und Ji₂ gebildet. Wie aus Fig. 2 ersichtlich, sind Summen- und Differenzspannung ν go und w von zwei gleich großen Empfangsspannungen Ii₁ und Ji₂ einer bestimmten Frequenzkomponente stets, d. h. unabhängig von der Phasenverschiebung der Empfangsspannungen W₁ und M₂, um 90° gegeneinander phasenverschoben, und man erhält nach Verstärkung in Verstärkern 12, 13 eine Summenspannung V₁ und eine Differenzspannung w_v die wie die Spannungen ν und w um 90° gegeneinander phasenverschoben sind und verschiedene Amplituden haben. Die Amplitudendifferenz der Spannungen V₁ und W₁ ist nun aber nicht nur abhängig von der Größe des Einfallswinkels γ, sondern hängt auch noch von der Größe der Frequenz der empfangenen Schallwellen ab. Um nun zwei Ablenkspannungen V₂ und W₂ zu erhalten, deren Amplitudenverhältnis frequenzunabhängig ist, werden die Spannungen V₁ und V₂ nicht nur einer relativen 90°-Phasendrehung, sondern auch noch einer frequenzabhängigen Verstärkung unterworfen, welche die nur aus der Frequen/.abhängigkeit der ijo Phasenverschiebung der Ursprungsspannungen U₁ und U₂ sich ergebenden Amplitudenabweichungen der Summen- und Differenzspannungen eliminiert. Bei dem 90°-Phasendrehglied 14 b der Fig. 1 wird die Summen- und Differenzspannung V₁ und W₁ auf je ein Phasendrehglied, bestehend aus Kondensator 19 und Widerstand 20 bzw. Widerstand und Kondensator 22, gegeben. Die von dem Widerstand 20 des einen Gliedes und dem Kondensator 22 des anderen Gliedes abgegriffenen Spannungen V₂ und W₂ werden den Plattenpaaren einer Kathodenstrahlröhre 8 zugeführt. Bei dieser Anordnung beträgt die Summe der Phasenverschiebungen beider Spannungen unabhängig von der Frequenz 90°, wenn die Widerstände 20 und 21 den gleichen ohmschen Widerstand R und die Kon-

densatoren 19 und 22 den gleichen Kapazitätswert C erhalten.

Der Phasenschieber nach Fig. 1 ist mit einem Frequenzgang verbunden, derart, daß für das Verhältnis der Spannungen am Ausgang und Eingang folgende Beziehungen gelten:

(1)

V₁

W₁ j/l + (ω RCf

(2)

Es läßt sich nun zeigen, daß für einen gegebenen Ablagewinkel y der Peilung η von der Zielrichtung m die Neigung Ψ des Anzeigestriches S auf dem Schirm der Röhre 8 proportional der Frequenz ist. Die Neigung wird unabhängig von der Frequenz, wenn zusätzlich eine Frequenzabhängigkeit

W
des Quotienten aus -y mit l/ω eingeführt wird.

Eine solche Amplitudenfunktion wird durch den vorgeschlagenen breitbandigen Phasenschieber 14 & angenähert erreicht.

Während nämlich ohne Amplitiidenfrequenzgang des Phasenschiebers für den Ablenkwinkel Ψ am Braunschen Rohr die Gleichung gilt:

2c

■ siny

(3)

mit

d = Schwerpunktsabstand der Empfänger bzw.

Empfängergruppen,
c= Schallgeschwindigkeit,
γ = Ablagewinkel der Peilstellung η gegenüber

der Nullrichtung m,

gilt für den Phasenschieber mit Amplitudenfrequenzgang die Gleichung:

tg!? =

ω RC

cod

(4)

Für kleine AVerte von

ωά

Tc~~

wird tg

ωά.
TcT

nähert gleich

md Ic

Anzeigestriches S am Schirm der Röhre 8 unabhängig von der Frequenz.

In der Nähe der Nullkompensation, d. h. bei Strichlagen der Anzeige um die Senkrechte, wird die Länge des Anzeigestriches praktisch eine Funktion der Amplitude des Summenkanals. Die Formel (1) zeigt ein Ansteigen der Amplitude mit steigender Frequenz.

Dieses Verhalten ist für den Anwendungsfall zur Geräuschpeilung besonders vorteilhaft, weil damit der in der Regel vorliegende Abfall der Geräuschamplitude mit höherer Frequenz zum Teil kompensiert werden kann, wodurch die effektive Breite des zur Peilung ausgenutzten Frequenzbandes erhöht wird.

Claims (2)

PATENTANSPRÜCHE:

1. Verfahren zur Richtungsbestimmung von Wellenenergie, insbesondere von Schallwellen im Wasser, nach Patent 977 781, dadurch gekennzeichnet, daß die Summen- und Differenzspannungen einem 90°-Phascnschieber zugeführt werden, dessen Amplitudenfrequenzgang möglichst angenähert für das Verhältnis des Betrages von Summe zu Differenz proportional der Frequenz ansteigend verläuft.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Summen- und Differenzspannungen je einem Phasenschieberglied zugeführt werden, das aus einer Reihenschaltung eines Widerstandes und einer Kapazität besteht, wobei die Werte für Widerstand und Kapazität in beiden Phasenschiebergliedern gleich sind, und daß die an die Plattenpaare der Kathodenstrahlröhre zu führenden Ausgangsspanntingen für die Summenspannung vom Widerstand und für die Differenzspannung vom Kondensator des zugehörigen Phasenschiebergliedes abgenommen werden.

und damit die Neigung Ψ des

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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