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Rückstrahlortungsverfahren mit Phasenpeilung
Die Erfindung bezieht
sich auf ein Rückstrahl-Ortungsverfahrcn mit Phasenpeilung der reflektierten Echoimpulse
durch Summen- und Differenz bildu'g der Empfangsspannungen zweier im Abstand voneinander
angeordneter Empfänger. Bei Impulsverstärkern für einfache Echolotgeräte ist es
schon bekannt, kurze Störungen des abgestimmten Wellenempfängers dadurch zu unterdrücken,
daß die verstärkten Echoimpulse auf ein Tiefpaßfilter gegeben werden, dessen Zeitkonstante
so bemessen ist, daß Impulse von geringerer als einer vorbestimmten Dauer stark
verkleinert und damit von der Anzeige ausgeschlossen werden.
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Erfindungsgemäß läßt sich in analoger Weise auch bei Echolotgeräten
mit Phasenpeilung, wobei zur Anzeige der Phasendifferenz der Empfangsspannungen
zweier im Abstand voneinander angeordneter Empfänger die Summe und die Differenz
dieser Spannungen gebildet wird, eine wirksame Unterdrückung kurzer Störimpulse
dadurch crreichen, daß ein dem ursprünglichen Signal, d. h. dem Echosignal vor der
Verstärkung und vor der Bildung der Summen- und Differenzspannung, proportionaler
Spannungsbetrag abgeleitet, gleich gerichtet und auf ein Tiefpaßfilter, insbesondere
ein Wien-Glied mit einer Einschwingzeit von der einbis zweifachen Dauer der Echoimpulse
gegeben und anschließend zur Entriegelung der normalerweise verriegelten Endstufen
der Vcrstärlierlianäle für die Summen- und Differenzspannung verwendet wird. Dabei
kann nach einer zweckmäßigen Weiterbildung der Erfindung der dem ursprünglichen
Signal proportionale Spannungsbetrag nacll Vorverstärkung und Bildung der Summe
und Differenz der beiden Empfangsspannungen aus der Summen-und Differenzspannung
abgeleitet werden.
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Die Erfindung wird an Hand eines Ausführungsbeispieles und unter
Zuhilfenahme des in der Zeichnung dargestellten Schaltbildes näher erläutert.
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Die Zeichnung zeigt eine Unterwasserdrehbasis mit zwei Wasserschallempfängern
I und 2, die an den Enden einer um eine vertikale Achse drehbaren Stange angeordnet
sind und vorzugsweise einen Abstand von einer halben Wellenlänge der ausgesandten
und als Echo zurückkehrenden Wellenimpulse haben. Diese Wellenimpulse haben eine
Frequenz von z. B. 20 kHz und eine Länge von 50 bis 100 msec. Die beiden Empfangsspannungen
haben eine von dem auf die Normale der Drehbasis bezogenen Einfallwinkel a der Echoimpulse
abhängende Phasenverschiebung, die dann zu Null wird, wenn die Drehbasis genau senkrecht
zur Schalleinfallsrichtung steht. Der zunächst beschriebene Schaltungsteil dient
dazu, die Phasendifferenz der Empfangsspannungen in an sich bekannter Weise anzuzeigen.
Zu diesem Zweck werden die Spannungen der Empfänger I und 2 über Verstärker 3 und
4 den Primärwicklungen zweier Transformatoren 5 und 6 so zugeführt, daß an den Sekundärwicklungen
Spannungen erhalten werden, die der Summe bzw. der Differenz der Empfangsspannungen
proportional sind, wobei die am Ausgang des Transformators 6 erhaltene Differenzspannung
der am Ausgang des Transformators 5 erhaltenen Summenspannung um go0 voreilt. Am
Ausgang des Transformators 6 liegt ein aus einem Widerstand g und einem Kondensator
I0 bestehender Spannungsteiler, der zusammen mit der zweiteiligen Sekundärwicklung
eine Phasenbrücke bildet, von der eine Spannung vom halben Betrage der Differenzspannung
und mit um go0 gegen diese nacheilender Phase abgegriffen und dem Verstärker 12
zugeführt wird. Von der Sekundärwicklung des Transformators 5, die durch einen Widerstand
7 und eine Kapazität 8 mit Transformator 6 übereinstimmend belastet ist, wird eine
mit der Summenspannung phasengleiche Spannung vom halben Betrage abgegriffen und
dem Verstärker ii zugeführt. Die Verstärker II und 12 schließen regelbare Spannungsteiler
ein. Die untereinander phasengleichen und der Summen- bzw. Differenzspannung proportionalen
Ausgangsspannungen der Verstärker II und I2 werden den Steuergittern zweier Trioden
I3 und 14 zugeführt, die durch geeignete Wahl der Gittervorspannung normalerweise
gesperrt sind. Hieran schließen sich zwei Verstärker I5 und I6, an deren Ausgänge
die beiden Plattenpaare einer Kathodenstrahlröhre I7 angeschlossen sind Bei Empfang
eines Echoimpuises entsteht als Ablenkfigur ein Sfrich, dessen Schrägstellung gegenüber
einer Nullinie dem Einfallwinkel oc entspricht.
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Der nun folgende, den eigentlichen Gegenstand der Erfindung bildende
Schaltungsteil dient dazu, die Röhren 13 und 14 bei Empfang eines Echoimpulses zu
entsperren. Zu diesem Zweck sind an die Ausgänge der Verstärker lt und 12 aus einem
Widerstand 21 und einem I(ondensator 22 bzw. einem Kondensator 23 und einem Widerstand
24 gebildete Spannungsteiler angeschlossen, von denen Spannungen abgegriffen und
den Verstärkern 25 und 26 zugeführt werden, deren Phase der Ausgangsspannung der
Verstärker II bzw. I2 um 45° nach- bzw. voreilt. Diese Spannungen und entsprechend
die Ausgangsspannungen der Verstärker 25 und 26 sind dem Betrage nach proportional
zu der ursprünglichen Summen- und Differenzspannung und haben auch die gleiche gegenseitige
Phasenlage wie diese. Aus der Vereinigung der Ausgangsspannungen mit Hilfe des Transformators
27 wird daher auf dessen Sekundärseite eine Spannung erhalten, die der Spannung
des Empfängers I bzw., bei Umkehrung der Phase einer der Ausgangsspannungen, des
Empfängers 2 proportional ist.
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Diese Spannung, die unabhängig von dem Einfallwinkel der Echoimpulse
ist und ein Maß für deren Stärke darstellt, wird durch Gleichrichter 28 gleichgerichtet
und dem Steuergitter einer als Kathodenverstärker geschalteten Triole 30 zugeführt.
Dem verhältnismäßig kleinen Kathodenwiderstand 3I dieser Röhre ist ein Wien-Glied
mit der Zeitkonstantes parallel geschaltet, das eine Reihenschaltung eines Widerstandes
32 und eines Kondensators 33 und eine Parallelschaltung eines Widerstandes 34 und
eines Kondensators 35 enthält. Zwischen den beiden Teilen des Wien-Gliedes wird
eine Spannung abgegriffen, die den Gittern der Röhren 13 und 14 als Regelspannung
zugeführt wird. Bei Empfang eines Echoimpulses steigt die positive Regelspannung
unter Aufladung des Kondensators 35 allmählich an und erreicht nach einer gewissen
Zeit eine zur Entsperrung der Röhren I3 und I4 ausreichende Größe, so daß die Einfallsrichtung
des Impulses auf dem Schirm der I(athodenstrahlröhre I7 angezeigt wird. Kurze Störimpulse
bleiben unwirksam, da sie den Kondensator 35 nicht in genügendem Maße aufladen.
Die Zeitkonstantez des Wien-Gliedes ist gleich dem Einbis Zweifachen der Dauer der
verwendeten Impulse gemacht. Infolge der Eigenart des Wien-Gliedes nimmt bei größerer
Impulslänge die Regelspannung durch Aufladung des Kondensators 33 wieder ab, so
daß ein ständig vorhandener Störpegel unwirksam bleibt. Ein der Reihenschaltung
32, 33 parallelliegender Gleichrichter 36 bewirkt einen schnellen Abfall der Regelspannung
nach Empfang eines Impulses.
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Durch die beschriebene Schaltung werden die meist kurz dauernden
Storimpulse weitgehend unterdrückt, so daß nur die eine größere, vorbestimmte Länge
aufweisenden Echoimpulse eine Anzeige auslösen. Die auf die Impulslänge gegrundete
Störbefreiung hat sich als besonders wirkungsvoll erwiesen bei zum Anpeilen von
bewegten, einen Dopplereffekt aufweisenden Zielen bestimmten Anlagen, da diese entsprechend
der schwankenden Empfangsfrequenz eine verhältnismäßig große Bandbreite haben miissen,
bei einer Frequenz von 20 kHz und einer Relativgeschwindigkeit von 20 mlsec z. B.
2 kllz. An Stelle des Wien-Gliedes können auch andere eine der Nutzimpulslänge entsprechende
Einschwingzeit aufweisende Netzwerke verwendet werden. Das Verfahren nach der Erfin-
dung
kann außer in der beschriebenen Weise auch bei auf ähnlicher Grundlage beruhenden
Rückstrahl-Ortungsverfahren mit direkter Durchgabe des Empfangssignals bis zu einem
Anzeigeglied, z. B. Verfahren der Hochfrequenztechnik, sinngemäß Anwendung finden.