NO152577B - Fremgangsmaate og innretning for forming og innretting av smale straaler - Google Patents

Fremgangsmaate og innretning for forming og innretting av smale straaler Download PDF

Info

Publication number
NO152577B
NO152577B NO803319A NO803319A NO152577B NO 152577 B NO152577 B NO 152577B NO 803319 A NO803319 A NO 803319A NO 803319 A NO803319 A NO 803319A NO 152577 B NO152577 B NO 152577B
Authority
NO
Norway
Prior art keywords
frequency
time
chirp
wave energy
emitted
Prior art date
Application number
NO803319A
Other languages
English (en)
Other versions
NO152577C (no
NO803319L (no
Inventor
Richard Charles Heyser
Original Assignee
Nasa
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nasa filed Critical Nasa
Publication of NO803319L publication Critical patent/NO803319L/no
Publication of NO152577B publication Critical patent/NO152577B/no
Publication of NO152577C publication Critical patent/NO152577C/no

Links

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01SRADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S13/00Systems using the reflection or reradiation of radio waves, e.g. radar systems; Analogous systems using reflection or reradiation of waves whose nature or wavelength is irrelevant or unspecified
    • G01S13/02Systems using reflection of radio waves, e.g. primary radar systems; Analogous systems
    • G01S13/06Systems determining position data of a target
    • G01S13/08Systems for measuring distance only
    • G01S13/10Systems for measuring distance only using transmission of interrupted, pulse modulated waves
    • G01S13/26Systems for measuring distance only using transmission of interrupted, pulse modulated waves wherein the transmitted pulses use a frequency- or phase-modulated carrier wave
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01SRADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S15/00Systems using the reflection or reradiation of acoustic waves, e.g. sonar systems
    • G01S15/02Systems using the reflection or reradiation of acoustic waves, e.g. sonar systems using reflection of acoustic waves
    • G01S15/06Systems determining the position data of a target
    • G01S15/08Systems for measuring distance only
    • G01S15/10Systems for measuring distance only using transmission of interrupted, pulse-modulated waves
    • G01S15/102Systems for measuring distance only using transmission of interrupted, pulse-modulated waves using transmission of pulses having some particular characteristics
    • G01S15/104Systems for measuring distance only using transmission of interrupted, pulse-modulated waves using transmission of pulses having some particular characteristics wherein the transmitted pulses use a frequency- or phase-modulated carrier wave
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01SRADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S15/00Systems using the reflection or reradiation of acoustic waves, e.g. sonar systems
    • G01S15/88Sonar systems specially adapted for specific applications
    • G01S15/89Sonar systems specially adapted for specific applications for mapping or imaging
    • G01S15/8902Side-looking sonar
    • G01S15/8904Side-looking sonar using synthetic aperture techniques

Landscapes

  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Acoustics & Sound (AREA)
  • Measurement Of Velocity Or Position Using Acoustic Or Ultrasonic Waves (AREA)
  • Vending Machines For Individual Products (AREA)
  • Electrical Discharge Machining, Electrochemical Machining, And Combined Machining (AREA)
  • Radar Systems Or Details Thereof (AREA)
  • Control Of Vending Devices And Auxiliary Devices For Vending Devices (AREA)
  • Surgical Instruments (AREA)
  • Recrystallisation Techniques (AREA)
  • Welding Or Cutting Using Electron Beams (AREA)
  • Water Treatment By Sorption (AREA)
  • External Artificial Organs (AREA)
  • Forging (AREA)

Description

Oppfinnelsen angår en fremgangsmåte og en innretning for syntetisering av et mønster med smal båndbredde fra omvandlere eller svingere for forøvrig bred båndbredde når det foreligger en hastighetsforskjell mellom sender/mottaker-enheten ogen returkilde for bølgeenergi, og for preferanse-innretting av strålen for å velge ut mål.
Ved havbunnundersøkelse og bunnkartlegging med sonar for forskjellige kommersielle og ikke-kommersielle anvendelser ville det være ønskelig å danne og innrette en smal sonarstråle fra et nedsenket fartøy som har både en sender og en mottaker som slepes med en viss hastighet, f.eks. 7 knop- Det er blitt oppdaget at den dopplereffekt som frembringes i et frekvens-"chirp", dvs. på sonarområdet et frekvensmodulert pulssignal eller nærmere bestemt et signal med i hovedsaken konstant amplitude og med gradvis varierende frekvens over en endelig tidsperiode, med fordel kan benyttes til å innrette en stråle, og at styring av tid-båndbreddeproduktet for et sådant "chirp" ("kvitter") - som egentlig refererer seg til den hørbare lyd ("ping") fra en sonarener-gipuls som utsendes og mottas - kan benyttes til å danne en smal stråle for derved å øke effektiviteten ved sonarkart-legging og sonarundersøkelse.
Den foreliggende oppfinnelse kan også benyttes
for selektiv målidentifikasjon. Anta for eksempel at et kommandoskip ønsker å kunne bestemme tilstedeværelsen av en spesiell undervannsbåt i et område som har mange andre mål i vannet på omtrent samme avstand. Ekko-retursignalene fra samtlige mål kan gjøre det meget vanskelig å bestemme tilstedeværelsen av undervannsbåten dersom alle mål har tilnærmet samme relative hastighet som undervannsbåten. Dersom den spesielle undervannsbåt returnerer et svar-stasjon- eller transponder-frembragt ekko som er doppler-forskjøvet mer enn forventede ekkoretursignaler fra even-tuelle andre mål i vannet, kan undervannsbåten lettvint identifiseres ved å korrelere det signal som mottas fra transponderen, med dettes etterlikning ved mottakeren.
Selv om oppfinnelsen først skal beskrives i for-bindelse med syntetisering og innretting av en smal stråle i sann tid, kan det lettvint innses at det utsendte og mot- .
tatte sonarsignal i praksis kan registreres, f.eks. på magnetbånd, for senere behandling. Ved den senere behandling kan den teknikk som skal beskrives, anvendes som om dataene ble mottatt i sann tid. En fordel er at de samme data kan behandles gjentatte ganger, idet strålen hver gang effektivt innrettes i retning av et forskjellig mål. Det vil også innses at den grunnleggende idé ved oppfinnelsen også kan benyttes sammen med radar, da elektromagnetisk bølgeenergi vil rette seg etter de samme prinsipper med hensyn til den dopplereffekt som opptrer når kilden og mottakeren er i bevegelse i forhold til hverandre, slik som med akustisk bølgeenergi.
Forholdet mellom hastiqheten av den relative bevegelse og lydhastigheten i vann er en viktig faktor ved syntetisering av en smal sonarstråle. Det tilsvarende forhold mellom den relative hastighet og lyshastigheten er likeledes en viktig faktor ved syntetiserina av en smal radarstråle. Strålens halvvinkel avtar etter hvert som dette forhold øker, men da det eksisterer en praktisk grense for frembringelse av relativ hastighet som står i et rimelig forhold til lyshastigheten, er det vanligvis ikke praktisk å forsøke å redusere bredden av en radarstråle for jordbundne anvendelser. Romflyging med høy hastighet og satellittanvendel ser kan imidlertid frembringe en relativ hastighet som står i et rimelig forhold til lyshastigheten for å tillate at den foreliggende oppfinnelse kan utnyttes. En sådan anvendelse ville være at et romskip (eller en jordstasjon) skulle spore eller følge posisjonen av et annet romskip eller en satellitt.
Ifølge den foreliggende oppfinnelse blir et
"chirp" med lineær frekvens utsendt i et kjent tidsintervall og mottatt som et dopplerforskjøvet "chirp" fra mål via en passende omvandler eller svinger etter hvert som sender/mottaker-enheten beveger seg i forhold til målet.
Når dopplerforskyvningen skyldes bare bevegelsen av sender/ mottaker-enheten, vil ekkoreturene av det utsendte chirp ha en positiv dopplerforskyvning for mål foran sender/mottaker-enheten, og en negativ dopplerforskyvning for mål bak sender/ mottaker-enheten. Hvilken som helst dopplerforskyvning kan utvelges i mottakeren ved å korrelere en etterlikning av det utsendte chirp som er forsinket og dopplerforskjøvet. Ved riktig forsinkelse og dopplerforskyvning av det utsendte chirp for benyttelse som en etterlikning i mottakeren for korrelasjon, kan således strålen innrettes i asimut og elevasjon mot mål som utvelges méd preferanse. For å danne et mønster med smal strålebredde, økes tid-båndbfeddeproduktet (TB) for det utsendte chirp. En økning av én størrelsesor-den, f.eks. fra 1000 til 10 000, reduserer båndbredden med én størrelsesorden, f.eks. fra 12,5° til 2,5°. Operasjonen kan utføres i et eneste sveip for sanntidsdrift ved å velge tid-båndbreddeproduktet ved tidspunktet for utsendelse av chirpet, og ved å velge tidsforsinkelsen og dopplerforskyvningen for den chirp-etterlikning som skal benyttes i korrelasjonen. Når man har valgt båndbredden (ved å forhåndsvelge tid-båndbreddeproduktene for suksessive sveip), og når man har registrert ekkoreturene, er det imidlertid mulig å innrette strålen med preferanse mot mål i forskjellige retninger ved forskjellige tidspunkter ved å utføre korrelasjonen med en etterlikning som er tidsforsinket og dopplerforskjøvet slik det kreves i forskjellige databehandlingsomganger.
Den ifølge oppfinnelsen tilveiebrakte fremgangsmåte og innretning er kjennetegnet ved de i patentkravene angitte, karakteriserende trekk.
Oppfinnelsen skal beskrives nærmere i det følgende under henvisning til tegningene, der fig. 1 viser et nedsenket fartøy som sleper en sonar-sender/mottaker, fig. 2 viser et typisk sonarstrålemønster, fig. 3 viser strålen på fig. 2 når denne er gjort smalere og innrettet i overens-stemmelse med oppfinnelsen, fig. 4 illustrerer i generelle vendinger metodikken ved den foreliggende oppfinnelse, fig. 5 illustrerer grafisk teknikken for innretting av en stråle idet det tas hensyn til bare dopplerforskyvning, fig. 6 illustrerer teknikken på fig. 5 idet det tas hensyn til både dopplerforskyvning og tidsforsinkelse, fig. 7 viser et blokkdiagram av et sonarsystem som utnytter den foreliggende oppfinnelse, og fig. 8 viser et blokkdiagram av systemet på fig. 7 for off-line-databehandling.
Fig. 1 viser et nedsenket fartøy 10 som slepes
av et skip 12, idet fartøyet inneholder en sonarsender 14
og en sonarmottaker 16. Sender/mottaker-anordningen benyttes ved havbunnundersøkelser og bunnkartlegging for viten-skapelige eller kommersielle anvendelser når skipet beveger seg med en hastighet på ca. 7 knop. Sonarstrålemønsteret har typisk den form som er vist på fig. 2, idet det har en hovedsløyfe med en 3 dB-halvvinkel <j> og et antall sidesløy-fer.
Da sonarfartøyet beveger seg gjennom vannet med
en betydelig hastighet, frembringes en betydelig dopplerforskyvning i de sonarekkosignaler som mottas. En metode og en innretning for benyttelse av denne dopplereffekt til å syntetisere en smal stråle, eller til å innrette strålen, kan øke effektiviteten av sonarundersøkelses- og sonarkart-leggingsinnretningen. Fig. 3 illustrerer både innretting av strålen i elevasjon og reduksjon av strålebreddevinkelen 9. Begge virkninger av en dopplerformet stråle kan oppnås som et romlig retningsmønster for preferanseutsendelse av signaler basert på relativ bevegelse mellom senderen (kilde for signaler) og mottakeren (detektor av sonar-ekkoer) når senderen og mottakeren er sammenstilt og objekter i den resulterende stråle befinner seg på avstand.
Kort angitt blir objekter utvalgt med preferanse
i asimut og elevasjon fra et antall ekkoreturnerende objekter på den samme eller nærliggende avstand under hvert suksessivt sveip, idet det benyttes en korrelator i mottakeren
for den dopplerforskjøvne retur fra de utvalgte objekter, og den smale stråle dannes ved styring av tid-båndbreddeproduktet (TB) i senderen. Denne teknikk er illustrert i generelle vendinger på fig. 4 som for senderen 14 angir den generelle funksjon å utsende et "chirp" med kjent frekvens, dvs. et chirp med kjent båndbredde B i en bestemt tid T, og for mottakeren angir den generelle funksjon å korrelere en tidsforsinket etterlikning av det utsendte chirp med den doppler-forskjøvne retur fra målet.
Korrelatoren styres for å utvelge den dopplerfor-skjøvne retur fra mål i en ønsket retning, og innretter derved strålen i asimut og elevasjon. Fig. 5 illustrerer teknikken grafisk. Som eksempel betraktes et "chirp" med en frekvens f som varierer lineært med tiden t. For et mål som befinner seg 90° fra fartøyets bevegelsesretning, vil retursignalets frekvens følge en linje med samme helling som det utsendte signal, som i diagrammet på fig. 5 er angitt som NULL DOPPLER. For et mål som befinner seg mindre enn 90° fra bevegelsesretningen, vil retursignalets frekvens følge en linje med større helling som er merket POSITIV DOPPLER, og for et mål som befinner seg mer enn 9 0° fra bevegelsesretningen, vil retursignalets frekvens følge en linje med mindre helling som er merket NEGATIV DOPPLER. I hvert tilfelle blir den utvalgte Doppler bestemt av korrelatoren som benytter kjente, digitale data-behandlingsteknikker, enten på sanntidsbasis eller frakop-let fra linjen (off-line).
Den vesentlige prosess ved hvilken korrelatoren fungerer, består av de trinn å multiplisere en forsinket referanse med det. mottatte signal over hele chirD-intervallet, etterfulgt av summering av multiplikasjonsresultatene. I en spesiell utførelse som ble benyttet til å verifisere prosessen med dopplerstråleinnretting, ble det mottatte
■signal multiplisert med chirp-signalet som var utsendt og forsinket og dessuten dopplerforskjøvet. Bare de av de mottatte signalkomponenter som hadde samme dopplerfrekvens-endring som endringen av det forsinkede og dopplerforskjøvne "chirp" frembrakte et multiplikasjonsprodukt som kunne
karakteriseres som en stabil tone. Alle andre dopplerfor-skjøvne signaler frembrakte produkter som var kjennetegnet ved en varierende tone. Det spesielle, mottatte signal hvis veiforsinkelse mellom senderen og mottakeren var lik forsinkelsen av det dopplerforskjøvne chirp, frembrakte et signal med null frekvens (likestrøm) ved multiplikasjon med det forsinkede og dopplerforskjøvne chirp. Integrasjon av multiplikatorens utgangssignal øker amplituden av null-frekvenssignalet og reduserer alle andre signaler på en måte som er velkjent som en tilpasset-filter-prosess. Ut-byttet av denne summasjon (integrasjon) er de måldata som
kan fremvises.
Det finnes en rekke forskjellige måter for reali-sering av en korrelator. Den foran omtalte teknikk er bare angitt som et eksempel og ikke som en begrensning.
Den foregående diskusjon er generell og er lett å forstå ved for enkelhets skyld å anta innretting bare i elevasjon i et vertikalplan som passerer gjennom vektoren for fartøybevegelse som vist på fig. 3. Det kan imidlertid lett innses at innretting også kan utstrekkes til asimut da enhver endring i asimut vil forandre den dopplerforskyvning som er etablert av en stråle ved den samme elevasjon, men ved null asimut. Det oppstår imidlertid et problem i tvetydigheten mellom et mål med en negativ asimutvinkel og et mål med en positiv asimutvinkel når begge mål har samme elevasjon. Denne tvetydighet kan løses ved benyttelse av en sonar som ser bare til den ene side. Innrettingen kan da utføres i asimut og elevasjon uten tvetydighet.
For å se til bare én side, blir sonarinnretnin-gen installert i fartøyet med en sender/mottaker vippet til den ene side. Syntetisering av en smal stråle ved styring av senderens tid-båndbreddeprodukt sikrer da at utsik-ten er bare til den ene side. Alternativt kan oppstillinger av sendende og mottagende svingere benyttes for elektronisk skråstilling av strålen slik som ved en elektronisk styrt radaroppstilling.
Så snart skråstillingsvinkelen er innstilt, utfø-res innretting av strålen ved operasjon av korrelatoren for den ønskede dopplerforskyvning. Ved riktig anvendelse av korrelatoren blir således vinkelstillingen av mål i asimut og elevasjon utvalgt med preferanse fra et stort antall mål på den samme eller nærliggende avstand. Operasjonen kan ut-føres for hvert separat sveip, og ved styring av det utsendte tid-båndbreddeprodukt for hvert chirp-sveip utføres en snevrere vinkelutvelgelse enn hva som ellers ville være mulig, dvs. det dannes en smalere stråle.
For å forstå den teknikk.som benyttes for å syntetisere en smal stråle, må man tenke på at strålevinkeleri (målt fra stråleaksen til det første nullpunkt av hoved-
sløyfen som vist på fig. 3) er bestemt ved relasjonen
sin e=[2(v/c)TB]<_1>
hvor v er den relative hastighet mellom fartøy og mål, og c er lydhastigheten i vann. Forholdet mellom den relative hastighet og lydhastigheten i vann multipliseres med to for rundgangen for å frembringe en verdi som er proporsjonal med dopplerfrekvensforskyvningen, og produktet multipliseres med tid-båndbreddeproduktet TB. Sinus til vinkelen 6 er da lik den resiproke verdi av denne størrelse. Det kan således innses at ved å øke chirp-perioden T eller chirpets frekvensbåndbredde B, eller begge deler, reduseres vinkelen 6. For å generere den smale strålevinkel 6, foretrekkes det at den opprinnelige sonarvinkel cj) er større enn 9. Dette er en betingelse som er i strid med den konvensjonelle sonarpraksis å benytte en smal, projisert vinkel
For nå bedre å forstå teknikken med innretting av strålen, betraktes fig. 6 som viser virkningen av enkel tidsforsinkelse og av tidsforsinkelse pluss dopplerforskyvning. Det antatte frekvenschirp som er utsendt, er vist ved linjen a-b i diagrammet, og retursignalet som er forsinket med bare overgangstiden til målet og tilbake, er angitt ved en linje c-d med samme helling.
Utsendelsestidsforsinkelsen pluss dopplerforskyvningen av frekvens frembringer et signal som er represen-tert ved linjen e-f med en forskjellig helling. I dette tilfelle er hellingen av det dopplerforskjøvne signal øket, hvilket representerer et mål som fartøyet kommer nærmere.
En korrelator detekterer det dopplerforskjøvne signal under varigheten av sveipintervallet T. For innretting av strålen vil korrelatoren som etterlikning således benytte en antatt frekvens-tids-helling som svarer til den dopplerretning i hvilken maksimal strålestyrke ønskes.
Dersom det eksisterer en frekvensforskjell mellom den antatte helling og den dopplerforskjøvne helling, vil korrelatorens utgangssignal avta. I det enkleste tilfelle, uten tids-apodisasjon, vil korrelatorens utgangssignal følge en (sin x)/x-form, hvor x er en parameter som står i forhold til den akkumulerte frekvensdifferanse under varig-
heten av det mottatte signal.
I en praktisk utførelse av dette prinsipp benyttes en sonarprosjektør med en i hovedsaken ensartet lyd-trykksamplitude over et frekvensområde fra 1,5 til 4,5 kHz. Det benyttes et utsendt ^chirp" som har en helling på
10 000 Hz pr. sekund. Dette gir et tid-båndbreddeprodukt på ca. 1000.
En dopplerforskyvning på 3 Hz under sveipet på
3 kHz vil gi den første null for (sinx)/x-responsen. Denne dopplerforskyvning krever en hastighet på 0,7605 meter pr. sekund.
Dersom det antas en foroverhastighet på 7 knop eller 3,6008 m/s for et skip, frembringer en forovervinkel på 12,19 grader den nødvendige tilnærmingshastighet på
0,7 6 m/s. Bare som et eksempel, og ikke som en begrensning, gjentas det utsendte "chirp" hvert 4. sekund. Med en hastighet på 7 knop er posisjonsforskyvningen for hvert sonar-chirp lik 14,4 meter langs banen. Vinkelen 6 for den doppler-dannede stråle er tilnærmet lik 10 grader, hvilket betyr at innbyrdes tilgrensende objekter som ligger nærmere enn 67 meter fra beliggenheten av sender/mottaker-enheten, vil bli oppløst uten avstandstvetydighet.
Idet det nå henvises til fig. 7, omfatter et system for sanntids-utvelgelse av mål ved hjelp av stråle-innretting en sendende svinger 14a som drives av en i senderen 14 inngående "chirp" -generator 2 0 som styres for å frembringe et frekvenssignal med valgt båndbredde B i et intervall T som bestemmes av en tidsinnstillingsgenerator 22.
En variabel forsinkelse 24 forsinker intervallet T en bestemt tid. Det forsinkede intervall T benyttes deretter til å styre en generator 26 for et dopplerforskjøvet chirp, hvilken generator frembringer en dopplerforskjøvet etterlikning av det utsendte chirp, for benyttelse som referanse i en korrelator 28.
Begge chirp-generatorer er lineære sveipfrekvens-generatorer med en båndbredde B som enten er konstruert inn i generatorene eller innføres selektivt i disse. Chirp-generatorens 26 lineære sveip er imidlertid ikke identisk med sveipet for chirp*generatoren 20, bortsett fra i båndbredde, da dens helling og frekvensforskyvning innstilles av et dopplerforskyvnings-styreinngangssignal for den spesielle innretting av strålen som kreves ved tidspunktet for hvert sveip, eller i det minste ved tidspunktet for start av en kjøring av suksessive sveip.
Utgangssignalene fra korrelatoren er måldata som kan fremvises på en enhet 3 0 som en funksjon av avstand (eller tid). X- og Y-drivanordningene for indikatorenheten avledes fra en avsøkningsgenerator 32. Dersom det for eksempel antas at tiden er avsatt langs X-aksen, benyttes intervallet T til å inkrementere startpunktet av hvert sveip langs X-aksen, og klokkepulser som opptrer fra det ene intervall til det andre, benyttes til å inkrementere Y-aksen i avstand. Forsinkelsesstyringen kan benyttes til å sperre opptegningens Y-avbøyning i den angitte forsinkelsesperiode, for å avsette eller inntegne bare den avstandsskåre som er av interesse. Da sveipene kan skje i en annen retning enn på tvers, avhengig av dopplerforskyvnings-styreinngangen, modifiseres hellingen for hvert sveip tilsvarende. For eksempel kan én teller benyttes til å øke X-avbøyningen med én enhet for hvert intervall T til et nytt startpunkt for hvert sveip, og en annen teller benyttes til å øke Y-avbøy-ningen etter den forsinkelse som er innsatt av forsinkelsesstyringen. Utgangssignalene fra de to tellere omformes deretter fra digital til analog form og multipliseres med en avsøkningsomformingsfaktor som innføres i digital/analog-omformeren. Denne faktor er selvsagt en funksjon av hellingen, og den øker fra null ved basisen av hvert sveip som en funksjon av Y-telleren. På denne måte økes X-avbøyningen med en faktor A(Y/S), hvor S er den helling som er bestemt av dopplerforskyvningsstyringen, og Y er utgangssignalet fra Y-avbøyningstelleren. For at en positiv dopplerforskyv-ningsstyring skal innrette sonarstrålen i en vinkel som er mindre enn 9 0° fra bevegelsesretningen, er fortegnet for hellingen S positivt, og for at en negativ dopplerforskyv-ningsstyring skal innrette sonarstrålen i en vinkel som er større enn 9 0° fra bevegelsesretningen, er fortegnet for hellingen S negativt. På liknende måte økes Y-avbøyningen med en faktor AX-S, hvor fortegnet for hellingen forblir det samme for både positiv og negativ dopplerforskyvning.
En tilpasning av systemet på fig. 7 for off-line-databehandling er vist på fig. 8. Den eneste vesentlige forskjell er at et registreringsapparat 34, såsom en bånd-opptaker, benyttes til å lagre signalet fra den mottagende svinger 16a, intervallsignalet T og klokkepulsene, hvilke signaler kan akkumuleres og kodes for å indikere sann tid i forhold til ett eller annet startpunkt, idet hver registrert kodeendring indikerer et forløp på én tidsenhet, f.eks. ett sekund. De registrerte data blir deretter av-spilt på et senere tidspunkt for behandling slik som foran angitt, dvs. som på fig. 7. En fordel med dette arrangement er at så snart data er registrert, kan de avspilles et antall ganger, idet strålen hver gang innrettes forskjellig ved hjelp av dopplerforskyvningsstyringen for å se på forskjellige mål.
Selv om prosessen for dopplerstråleforming kan benytte bare et eneste utsendt "chirp" for hvert sveip, innses det lett at kombinert behandling av et suksessivt antall chirps kan benyttes til å øke tid-båndbreddeproduktet, og dermed innsnevre strålevinkelen 6 for mål som er til stede i suksessive chirps. Systemene på fig. 7 og 8 er ment å omfatte denne mulighet dersom behovet skulle oppstå.

Claims (8)

1. Fremgangsmåte for syntetisering og innretting av en smal stråle fra svingere for forøvrig brede stråler i et system med en sender for utsendelse av en stråle av "chirp"-bølgeenergi, dvs. frekvensmodulert bølgeenergi, og en mottaker for både mottagning av chirp-bølgeenergi fra mål som har relativ bevegelse, og for korrelasjon av tidsforsinket chirp-bølgeenergi med mottatt chirp-bølgeenergi, karakterisert ved at den omfatter de trinn a) å styre både frekvensbåndbredden B og tiden T for utsendte chirps, slik at for en smal båndbredde under gitte betingelser økes tid-båndbreddeproduktet TB for å gi en innsnevret stråle, og b) innrette den innsnevrede stråle ved å frembringe tidsforsinkede etterlikninger av utsendte chirps for korrelasjon med mottatte chirps, idet de tidsforsinkede etterliknings-chirps frekvensforskyves på en slik måte at de tilnærmet passer til dopplerforskjøvne, utsendte chirps som reflekteres av målene, for derved å utvelge mål med preferanse.
2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, hvor systemet videre omfatter en transponder på et spesielt mål, idet transponderen utsender chirp-bølgeenergi med et styrt tid-båndbreddeprodukt som er lik systemsenderens tid-båndbreddeprodukt, men med en bestemt, syntetisert dopplerforskyvning, karakterisert ved at de dopplerforskjøvne chirps som korreleres, er de chirps som utsendes av transponderen, slik at det spesielle mål kan preferanseutvelges ved å frembringe et referansesignal for korrelasjon med tilnærmet den samme bestemte dopplerforskyvning.
3. Fremgangsmåte ifølge krav 1 eller 2, hvor systemet er et sonarsystem, karakterisert ved at bølgeenergien består av lydbølger som sendes gjennom vann.
4. Innretning for sending til og mottaking fra mål med relativ bevegelse av et strålemønster av chirp-bølge-energi, dvs. frekvensmodulert bølgeenergi, ved benyttelse av sendende og mottagende svingere for forholdsvis bred strålebredde, karakterisert ved at den omfatter a) en anordning (20, 22) som reagerer på styresignaler for å styre frekvensbåndbredden B og det tidsintervall T under hvilket hvert chirp av bølgeenergi utsendes, slik at tid-båndbreddeproduktet TB av chirp-bølgeenergi som utsendes, frembringer en smal strålebredde, b) en anordning (26) for frembringelse av en forsinket og frekvensforskjøvet etterlikning av den utsendte chirp-bølgeenergi for benyttelse som referanse, c) en anordning (28) for korrelasjon av mottatt chirp-bølgeenergi med den nevnte etterlikning for å frembringe måldata, for derved å syntetisere et bølgeenergimønster med smalere strålebredde enn mønsteret for de nevnte svingere, og d) en anordning (30) for fremvisning av måldata.
5. Innretning ifølge krav 4, karakterisert ved at anordningen for frembringelse av den forsinkede og frekvensforskjøvne etterlikning omfatter en styre-anordning for tilveiebringelse av en utvalgt frekvensforskyvning, for derved å preferanseutvelge mål for fremvisning fra et antall mål i forskjellige retninger.
6. Innretning ifølge krav 5, karakterisert ved at anordningen for frembringelse av en forsinket og frekvensforskjøvet etterlikning av den utsendte chirp-bølgeenergi omfatter en chirp-generator (26) som reagerer på de nevnte styresignaler, og en anordning (34) for lagring av i det minste det nevnte tidsintervall for benyttelse i anordningen for frembringelse av en forsinket og frekvens-forskjøvet etterlikning og lagring av mottatt chirp-bølge-energi for senere korrelasjon og fremvisning, idet anordningen for frembringelse av en forsinket og frekvensforskjø-vet etterlikning reagerer på styresignaler for å styre frekvensbåndbredden og frekvensforskyvningen for å preferanseutvelge et mål med forutbestemt dopplerforskyvning for fremvisning ved et senere tidspunkt.
7. Innretning ifølge krav 4, 5 eller 6, karakterisert ved at den utgjør et sonarsystem og at bølgeenergien består av lydbølger som sendes gjennom vann.
8. Innretning for lokalisering av mål med utsendte bølger av energi ved benyttelse av sendende og mottagende svingere for brede stråler, hvor energien utsendes som et "chirp" med lineær frekvens og med forutbestemt båndbredde B i et styrt tidsintervall T, for derved å styre tid-båndbreddeproduktet av utsendt energi for en stråle med smal bredde, karakterisert ved at den omfatter a) en anordning (28) for korrelasjon av bølger av energi fra mål med en tidsforsinket etterlikning av den utsendte energi, idet de mottatte bølger av energi også er chirps med lineær frekvens og med det samme tid-båndbreddeprodukt som utsendte chirps, og b) en anordning (26) for frembringelse av den nevnte etterlikning med en forutbestemt frekvensforskyvning for å preferanseutvelge et mål med forutbestemt dopplerforskyvning for den nevnte stråle med smal bredde.
NO803319A 1979-11-07 1980-11-05 Fremgangsmaate og innretning for forming og innretting av smale straaler. NO152577C (no)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US06/092,143 US4287578A (en) 1979-11-07 1979-11-07 Method for shaping and aiming narrow beams

Publications (3)

Publication Number Publication Date
NO803319L NO803319L (no) 1981-05-08
NO152577B true NO152577B (no) 1985-07-08
NO152577C NO152577C (no) 1985-10-16

Family

ID=22231836

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
NO803319A NO152577C (no) 1979-11-07 1980-11-05 Fremgangsmaate og innretning for forming og innretting av smale straaler.

Country Status (8)

Country Link
US (1) US4287578A (no)
EP (1) EP0028895B1 (no)
JP (1) JPS5676069A (no)
AT (1) ATE7543T1 (no)
AU (1) AU529206B2 (no)
CA (1) CA1151283A (no)
DE (1) DE3067882D1 (no)
NO (1) NO152577C (no)

Families Citing this family (30)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4404665A (en) * 1980-10-20 1983-09-13 Raytheon Company Sea bottom slope compensation apparatus
GB2184236B (en) * 1981-07-27 1987-11-18 Gec Avionics Surveillance sonar for torpedo detection and guidance
US5555532A (en) * 1984-05-23 1996-09-10 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy Method and apparatus for target imaging with sidelooking sonar
EP0199571A1 (en) * 1985-04-20 1986-10-29 Peter Travis Gough Continuous transmission synthetic aperture sonar
US4884246A (en) * 1986-01-22 1989-11-28 California Institute Of Technology Method and apparatus for reflection mode imaging
US4809235A (en) * 1987-09-28 1989-02-28 Western Atlas International, Inc. Method for removing doppler phase dispersion from seismic data
FR2623912B1 (fr) * 1987-11-27 1990-03-23 Lacroix E Tous Artifices Detecteur radioaltimetrique et fusee de proximite equipee d'un tel detecteur
US5122990A (en) * 1991-02-01 1992-06-16 Rowe-Deines Instruments Incorporated Bottom tracking system
FR2675587B1 (fr) * 1991-04-16 1993-07-16 Thomson Csf Procede de compensation du mouvement de l'antenne pour un sonar.
US5142502A (en) * 1991-09-24 1992-08-25 Wilcox Martin H Microcomputer-based side scanning sonar system
US5469403A (en) * 1992-08-11 1995-11-21 Board Of Regents Of The University Of Washington Digital sonar system
US5251186A (en) * 1992-10-06 1993-10-05 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy Preprocessor and adaptive beamformer for linear-frequency modulation active signals
US5550549A (en) * 1995-02-28 1996-08-27 Harris Corporation Transponder system and method
FR2735873A1 (fr) * 1995-06-23 1996-12-27 Thomson Csf Procede de mesure de vitesse a l'aide d'un loch doppler a precision amelioree
DE19940055C1 (de) * 1999-08-24 2001-04-05 Siemens Ag Dosierventil
GB9927462D0 (en) * 1999-11-22 2000-01-19 Systems Engineering & Assessme Signal processing apparatus
CA2588047A1 (en) * 2004-08-02 2006-02-16 Johnson Outdoors Inc. Sonar imaging system for mounting to watercraft
US8305840B2 (en) 2009-07-14 2012-11-06 Navico, Inc. Downscan imaging sonar
US8300499B2 (en) 2009-07-14 2012-10-30 Navico, Inc. Linear and circular downscan imaging sonar
US9142206B2 (en) 2011-07-14 2015-09-22 Navico Holding As System for interchangeable mounting options for a sonar transducer
US9268020B2 (en) 2012-02-10 2016-02-23 Navico Holding As Sonar assembly for reduced interference
JP5275486B1 (ja) * 2012-02-16 2013-08-28 日本郵船株式会社 船速計および船速計測方法
US9354312B2 (en) 2012-07-06 2016-05-31 Navico Holding As Sonar system using frequency bursts
US9465108B1 (en) * 2014-12-03 2016-10-11 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy System and method for target doppler estimation and range bias compensation using high duty cycle linear frequency modulated signals
US20160309278A1 (en) * 2015-04-14 2016-10-20 Qualcomm Technologies International, Ltd. Determining doppler shift in an audio chirp signal
US11367425B2 (en) 2017-09-21 2022-06-21 Navico Holding As Sonar transducer with multiple mounting options
US11733377B2 (en) * 2018-05-07 2023-08-22 Texas Instruments Incorporated Time of flight and code signature detection for coded ultrasonic transmission
US11644555B2 (en) 2018-07-27 2023-05-09 Texas Instruments Incorporated Threshold generation for coded ultrasonic sensing
WO2024099615A1 (en) * 2022-11-10 2024-05-16 Fnv Ip B.V. Method and system for mapping a subsurface target region
WO2024099614A1 (en) * 2022-11-10 2024-05-16 Fnv Ip B.V. Method and system for mapping a region

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3302162A (en) * 1965-06-04 1967-01-31 Richard O Rowlands Doppler sonar apparatus
US3484737A (en) * 1968-02-23 1969-12-16 Raytheon Co Acoustic mapping apparatus
US3798590A (en) * 1968-09-12 1974-03-19 Us Navy Signal processing apparatus including doppler dispersion correction means
DE2020566C3 (de) * 1970-04-27 1978-10-26 Siemens Ag, 1000 Berlin Und 8000 Muenchen Verfahren zur Erzeugung hochaufgelöster Sonarbilder
US3827022A (en) * 1973-04-23 1974-07-30 Us Navy Induced doppler sonar
US3890618A (en) * 1973-08-30 1975-06-17 Us Navy Bessel sequence echo-location system
US3898660A (en) * 1973-10-15 1975-08-05 Kms Ind Inc Time/bandwidth interchange system
US3969725A (en) * 1974-06-12 1976-07-13 The United States Of America As Represented By The Secretary Of Transportation Distance measuring equipment
FR2315703A1 (fr) * 1975-06-24 1977-01-21 Thomson Csf Systeme radar a vision laterale
US4088978A (en) * 1976-09-27 1978-05-09 Westinghouse Electric Corp. Synthetic aperture side-looking sonar system
GB1568291A (en) * 1977-02-16 1980-05-29 Marconi Co Ltd Sidelooking radar systems
FR2431137A2 (fr) * 1977-12-20 1980-02-08 Inst Francais Du Petrole Sonar pour obtenir une representation topographique d'une surface immergee et des couches sous-jacentes

Also Published As

Publication number Publication date
DE3067882D1 (en) 1984-06-20
NO152577C (no) 1985-10-16
EP0028895B1 (en) 1984-05-16
EP0028895A1 (en) 1981-05-20
AU6385480A (en) 1981-05-14
ATE7543T1 (de) 1984-06-15
CA1151283A (en) 1983-08-02
US4287578A (en) 1981-09-01
AU529206B2 (en) 1983-05-26
JPS5676069A (en) 1981-06-23
NO803319L (no) 1981-05-08

Similar Documents

Publication Publication Date Title
NO152577B (no) Fremgangsmaate og innretning for forming og innretting av smale straaler
US4532617A (en) System for locating a towed marine object
Daun et al. Tracking algorithms for multistatic sonar systems
NO153021B (no) Anordning for maaling av vannstroemning
US4308599A (en) Echo sounder transmitting radiant energy at two frequencies
Pecknold et al. Improved active sonar performance using Costas waveforms
US3766518A (en) Apparatus for determining distance
US3064234A (en) Sonar system
JP2017166880A (ja) 音響測定装置、音響測定方法、マルチビーム音響測定装置及び開口合成ソナー
NO133984B (no)
US6912176B2 (en) Active element array apparatus for displaced phase center systems
US4972387A (en) High information rate catacoustic system
US4471473A (en) Direction finding circuit arrangement
US20060083110A1 (en) Ambient bistatic echo ranging system and method
JPH085732A (ja) レーダ装置
US3696328A (en) Sonar apparatus, particularly for deep-sea fishing
Heyser Method for shaping and aiming narrow beams
US5559755A (en) Range finding device and method
US5339283A (en) Apparatus and method for measuring velocity
RU2794700C1 (ru) Способ позиционирования подводного объекта на больших дистанциях
US3469230A (en) Sonar system
NO891600L (no) Avstandsmaalende apparat.
EP0393269A1 (en) Range-Finding Apparatus
WO2022245217A1 (en) Method and system for mapping a region
US3290643A (en) Simplified method of submarine depth determination