NO160748B

NO160748B - PROCEDURES FOR OPERATING AN ACOUSTIC GUIDANCE AND AN ACOUSTIC GUIDING SYSTEM.

Info

Publication number: NO160748B
Application number: NO841218A
Authority: NO
Inventors: Colin Peter Clare
Original assignee: Marconi Co Ltd
Priority date: 1984-03-27
Filing date: 1984-03-27
Publication date: 1989-02-13
Also published as: NO841218L; NO160748C

Description

Oppfinnelsen vedrører en fremgangsmåte til drift av The invention relates to a method for the operation of

et akustisk retningsfinnersystem og et akustisk retningsfinnersystem. an acoustic direction finder system and an acoustic direction finder system.

I en kjent form for hydrofonsystemer er flere hydrofoner anordnet med jevn avstand i en korsformet oppstilling, In a known form of hydrophone system, several hydrophones are arranged at regular intervals in a cross-shaped arrangement,

og retningen av bølgene som slår mot hydrofonsettet bestemmes avhengig av periodene mellom bølgenes nullgjennomganger som registreres av forskjellige hydrofonpar. and the direction of the waves impinging on the hydrophone set is determined depending on the periods between zero crossings of the waves recorded by different pairs of hydrophones.

Fra US-PS 3383690 er det kjent et retningsfinnersystem med ett eller flere transduserpar anordnet i et plan for detektering av nullgjennomgangene til bølger som går mellom transduserne i paret eller i de respektive par. Systemet kan benyttes for bølger med lydfrekvens eller radiofrekvens, overført gjennom luften eller gjennom vannet. Eksempler på arrangementer med to transduserpar anordnet i rett vinkel, innbefatter et tre-transduserarrangement med en felles trans-duser for de to par, og et fire-transduserarrangement med et felles senter for de to par. I samtlige tilfeller hvor det forefinnes mer enn ett transduserpar, er transduserne i hvert par anordnet med like avstander. Videre er denne avstand mindre enn en halv bølgelengde ved den høyeste frekvens som mottas. From US-PS 3383690, a direction finder system is known with one or more pairs of transducers arranged in a plane for detecting the zero crossings of waves passing between the transducers in the pair or in the respective pairs. The system can be used for waves with sound frequency or radio frequency, transmitted through the air or through the water. Examples of arrangements with two pairs of transducers arranged at right angles include a three-transducer arrangement with a common transducer for the two pairs, and a four-transducer arrangement with a common center for the two pairs. In all cases where there is more than one pair of transducers, the transducers in each pair are arranged at equal distances. Furthermore, this distance is less than half a wavelength at the highest frequency received.

GB patent 2 096 854 A viser et radio-retningsfinnersystem med to antennegrupper plassert i samme plan. Begge grupper har to i like avstander plasserte antennepar, anordnet i rette vinkler og med et felles senter. En gruppe har antennene i hvert par avstandsplassert med en avstand som er mindre enn halve bølgelengden til radiosignalet, og gir en tilnærmet verdi for retningsvinkelen. Den andre gruppen har antennene i hvert par avstandsplassert med en avstand som er større enn halve bølgelengden til radiosignalet, og gir en delverdi av retningsvinkelen. Denne delverdi er entydig. De to verdier kombineres, slik at det fremkommer et nøyaktig utvetydig retningsresultat. GB patent 2 096 854 A shows a radio direction finder system with two antenna groups placed in the same plane. Both groups have two evenly spaced pairs of antennae, arranged at right angles and with a common centre. One group has the antennas in each pair spaced at a distance that is less than half the wavelength of the radio signal, giving an approximate value for the direction angle. The second group has the antennas in each pair of spacers placed at a distance that is greater than half the wavelength of the radio signal, and gives a partial value of the direction angle. This partial value is unique. The two values are combined, so that an accurate and unambiguous direction result is produced.

US-PS 3633205 vedrører et problem i forbindelse med radio-retningsfinnersystemer av den type som finnes i GB- US-PS 3633205 relates to a problem in connection with radio direction finding systems of the type found in GB-

2 096 854 A, nemlig at avstanden i den tettpakkede gruppe, den grove kanal, blir meget i bølgelengde for reduserte frekvenser, noe som begrenser systemets båndbredde. Det foreslås derfor bruk av tre antenner som danner to par hver, med en antenneavstand som minst er lik bølgelengden til den høyeste frekvens som mottas, idet avstanden i et par er større enn avstanden i det andre par med en verdi som minst svarer til halvparten av bølgelengden til den høyeste frekvens. Hvert par gir en tvetydig finkanal-retning, og en ikke-tvetydig grovkanal-retning syntesiseres fra de to finkanaler. 2 096 854 A, namely that the distance in the densely packed group, the coarse channel, becomes very long in wavelength for reduced frequencies, which limits the system's bandwidth. It is therefore proposed to use three antennas that form two pairs each, with an antenna distance that is at least equal to the wavelength of the highest frequency that is received, the distance in one pair being greater than the distance in the other pair with a value that corresponds to at least half of the wavelength of the highest frequency. Each pair provides an ambiguous fine-channel direction, and an unambiguous coarse-channel direction is synthesized from the two fine channels.

Foreliggende oppfinnelse vedrører et problem som oppstår med et hydrofon-retningsfinnersystem i samsvar med US-PS 3383690, hvor samtlige transduserpar har en avstand som er mindre enn en halvpart av en bølgelengde ved den høyeste frekvens som mottas. Det vil si at for hydrofoner med en gitt fysisk størrelse, vil det foreligge en nedre grense med hensyn til avstanden og en øvre grense med hensyn til frekvensen som mottas, når avstanden er mindre enn halvparten av en bølgelengde. The present invention relates to a problem that arises with a hydrophone direction finder system in accordance with US-PS 3383690, where all transducer pairs have a distance that is less than half of a wavelength at the highest frequency received. That is, for hydrophones of a given physical size, there will be a lower limit with respect to the distance and an upper limit with respect to the frequency received, when the distance is less than half a wavelength.

En hensikt med foreliggende oppfinnelse er å tilveie-bringe et bedret hydrofonsystem. One purpose of the present invention is to provide an improved hydrophone system.

Ifølge oppfinnelsen foreslås det derfor en fremgangsmåte til drift av et akustisk retningsfinnersystem med hydrofoner som omfatter en sats av elektro-akustiske hydrofontransdusere anordnet i et plan for å bestemme retningen av bølger som slår mot satsen, innbefattende måling av periodene mellom på hverandre følgende øyeblikk for bølgenes null-gjennomganger, slik det påvises av forskjellige par transdusere, og det som kjennetegner fremgangsmåten er at det foretas en sammenligning av de nevnte perioder ved i det minste noen av de forskjellige par transdusere, der forholdet mellom avstanden mellom de to transdusere i slike sammenlignende par ikke er heltallig, og men at det foretas en kontroll av hvilke sammenligninger som tilsvarer tiden det tar for en bølgefront å passere mellom de par av transdusere som står i det nevnte avstandsforhold, etterat det er tatt tilbørlig hensyn til det faktum at i det minste noen av periodene kan være bestemt av transdusere som reagerer på null-gjennomganger fra andre bølger. According to the invention, there is therefore proposed a method for operating an acoustic direction finder system with hydrophones comprising a set of electro-acoustic hydrophone transducers arranged in a plane to determine the direction of waves striking the set, including measurement of the periods between successive instants of the waves zero crossings, as detected by different pairs of transducers, and what characterizes the method is that a comparison is made of the mentioned periods at at least some of the different pairs of transducers, where the ratio between the distance between the two transducers in such comparative pairs is not integer, but that a check is made of which comparisons correspond to the time it takes for a wave front to pass between the pairs of transducers that are in the aforementioned distance ratio, after due consideration has been given to the fact that at least some of the periods may be determined by transducers that respond to zero crossing are from other waves.

Ovenfor skal uttrykket "tilbørlig hensyn" tolkes der-hen at den minste fysiske avstand mellom transduserne i hvert par er større enn halvparten av en bølgelengde ved den høyeste bølgefrekvens som mottas i systemet. Above, the expression "due consideration" shall be interpreted as meaning that the smallest physical distance between the transducers in each pair is greater than half a wavelength at the highest wave frequency received in the system.

Ifølge et annet aspekt av oppfinnelsen er det tilveiebragt et akustisk retningsfinnersystem med hydrofoner omfattende en sats av elektro-akustiske hydrofontransdusere, anbragt langs to linjer i rett vinkel på hverandre i et plan og med måleanordninger som detekterer periodene mellom på hverandre følgende øyeblikk med null-gjennomganger for bølgene, påvist av forskjellige par av transdusere i satsen, idet satsen innbefatter minst fem transdusere anbragt i to grupper med minst tre transdusere, hvorav en kan være felles for begge grupper, og det som kjennetegner retningsfinner-systemet er at en gruppe befinner seg langs hver av de ortogonale linjer der forholdet mellom avstandene mellom forskjellige par transdusere i hver av de to grupper ikke er heltallig, og at måleanordningene reagerer på periodene mellom på hverandre følgende øyeblikk med null-gjennomganger for bølgene, påvist av de nevnte forskjellige par av transdusere i hver av de to grupper, for sammenligning av disse perioder ved de forskjellige par for kontroll med hvilke sammenligninger som tilsvarer tidene for passering av en bølgefront mellom de par av transdusere det gjelder i det nevnte ikke-heltallige forhold etterat tilbørlig hensyn er tatt til det faktum at den nevnte periode kan være bestemt av transdusere som reagerer på null-gjennomganger for forskjellige bølger, og for kontroll med resultatene av kontrollen i en ortogonal linje mot resultatene av kontrollen i den annen ortogonale linje, for bestemmelse av den kvadrant i det nevnte plan som går ut fra satsen, hvori kilden til de bølger som slår mot satsen er beliggende. According to another aspect of the invention, there is provided an acoustic direction finder system with hydrophones comprising a set of electro-acoustic hydrophone transducers, arranged along two lines at right angles to each other in a plane and with measuring devices which detect the periods between successive instants of zero crossings for the waves, detected by different pairs of transducers in the kit, the kit including at least five transducers arranged in two groups of at least three transducers, one of which may be common to both groups, and what characterizes the direction finder system is that a group is located along each of the orthogonal lines where the ratio between the distances between different pairs of transducers in each of the two groups is not integer, and that the measuring devices respond to the periods between successive moments of zero crossings for the waves, detected by the said different pairs of transducers in each of the two groups, for comparison of these periods at the various pairs of checks with which comparisons correspond to the times of passage of a wavefront between the pairs of transducers concerned in said non-integer ratio after due consideration has been given to the fact that said period may be determined by transducers responding to zero crossings for different waves, and for checking the results of the check in one orthogonal line against the results of the check in the other orthogonal line, for determining the quadrant in the said plane emanating from the rate, in which the source of the waves striking against the rate is situated.

Ovenfor vil uttrykket "tilbørlig hensyn" nødvendigvis bety at den minste fysiske avstand mellom transduserne i hvert par er større enn halvparten av en bølgelengde ved den høyeste bølgefrekvens som mottas i systemet. Imidlertid behøver i dette system denne minste fysiske avstand ikke være større enn en bølgelengde ved denne høyeste frekvens. Fordelaktig er forholdet for avstandene mellom de nevnte forskjellige transduserpar i hver gruppe lik 1,5. Above, the expression "due consideration" will necessarily mean that the smallest physical distance between the transducers in each pair is greater than half a wavelength at the highest wave frequency received in the system. However, in this system this minimum physical distance need not be greater than one wavelength at this highest frequency. Advantageously, the ratio of the distances between said different pairs of transducers in each group is equal to 1.5.

Ifølge et annet inventivt aspekt er det tilveiebragt et akustisk retningsfinnersystem med hydrofoner, omfattende en sats på minst tre elektroakustiske hydrofontransdusere som er anbragt i et plan slik at ikke tre av transduserne befinner seg i rett linje, og måleanordninger for sammenligning av periodene mellom øyeblikk med null-gjennomganger for bølger som påvises av forskjellige par av transdusere, kjennetegnet ved at forholdet mellom avstandene mellom transdusere i et slikt sammenlignet par, ikke er heltallig og at måleanordningene er innrettet til undersøkelse av hvilke sammenligninger som tilsvarer de tider det tar for en bølgefront å passere mellom de par transdusere det gjelder der disse står i det nevnte ikke heltallige forhold, etterat at tilbørlig hensyn er tatt til det faktum at minst en av de nevnte perioder kan bestemmes av transdusere som reagerer på null-gjennomganger for andre bølger, for på grunnlag av kontrollen å verifisere hvilke perioder gjelder null-gjennomganger i samme bølge og for bestemmelse av de verifiserte perioder i retningen i det nevnte plan for kilden til bølger som treffer satsen. According to another inventive aspect, an acoustic direction finder system with hydrophones is provided, comprising a set of at least three electroacoustic hydrophone transducers arranged in a plane such that no three of the transducers are in a straight line, and measuring devices for comparing the periods between instants with zero -passes for waves detected by different pairs of transducers, characterized by the fact that the ratio between the distances between transducers in such a compared pair is not integer and that the measuring devices are designed to examine which comparisons correspond to the times it takes for a wave front to pass between the pairs of transducers in question where these are in the aforementioned non-integer ratio, after due consideration has been given to the fact that at least one of the aforementioned periods may be determined by transducers responding to zero crossings for other waves, for on the basis of the control to verify which periods apply to zero reviews in the same wave and for determining the verified periods in the direction in the said plane of the source of waves hitting the rate.

I det her definerte system impliserer uttrykket "tilbørlig hensyn" at den minste fysiske avstand mellom transduserne i hvert par er større enn halvparten av en bølgelengde med den høyeste bølgefrekvens som mottas i systemet. Videre kan i dette system denne minste fysiske avstand være større enn en bølgelengde ved denne høyeste frekvens. I en foretrukken utførelse av systemet er satsen utført med fem transdusere anbragt i hjørnene i en regelmessig femkant. In the system defined here, the term "due consideration" implies that the smallest physical distance between the transducers in each pair is greater than half of a wavelength with the highest wave frequency received in the system. Furthermore, in this system this minimum physical distance can be greater than a wavelength at this highest frequency. In a preferred embodiment of the system, the set is made with five transducers placed in the corners of a regular pentagon.

Eksempler på hydrofonsystemer og fremgangsmåter for drift av disse ifølge oppfinnelsen vil nå bli omtalt under Examples of hydrophone systems and methods for operating them according to the invention will now be discussed below

henvisning til vedlagte tegning, hvor reference to the attached drawing, where

fig. 1 er en skjematisk gjengivelse av et første hydrof onsystem, fig. 1 is a schematic representation of a first hydrophone system,

fig. 2 og 3 er gjengivelser i perspektiv av to alternative hydrofonsett til bruk i forbindelse med første system, fig. 2 and 3 are renderings in perspective of two alternative hydrophone sets for use in connection with the first system,

fig. 4 er en skjematisk gjengivelse av et andre system, fig. 4 is a schematic representation of a second system,

fig. 5 er en gjengivelse i perspektiv av hydrofonsettet for det andre systemet. fig. 5 is a perspective view of the hydrophone set for the second system.

Under henvisning til tegningenes fig. 1, omfatter det første hydrof onsystem et sett på fem hydrofoner Hq, H-^, <H>2, <H>3, H^, som hver består av en piezo-elektrisk transduktor, f.eks. av Bruel og Kjaer type 8103. De to sett av hydrofoner HQ, H-^ og H2 hhv. <H>q, <H>3 og H4 er anordnet i to ortogonale linjer, som hensiktsmessig kan betraktes som Y- hhv. X-aksen i et kartesisk referansesystem med utgangspunkt i Hydrofonens HQ beliggenhet. De to hydrofoner H-^ og H3 har avstanden d fra hvdrofonen Hq , mens hydrofon-parene H^ H2 og H3, H4 har en avstand på 3d/2. fra hverandre. With reference to the drawings fig. 1, the first hydrophone system comprises a set of five hydrophones Hq, H-^, <H>2, <H>3, H^, each consisting of a piezo-electric transducer, e.g. by Bruel and Kjaer type 8103. The two sets of hydrophones HQ, H-^ and H2 respectively. <H>q, <H>3 and H4 are arranged in two orthogonal lines, which can conveniently be considered as Y- or The X-axis in a Cartesian reference system based on the Hydrophone's HQ location. The two hydrophones H-^ and H3 have a distance d from the hvdrophone Hq , while the hydrophone pairs H^ H2 and H3, H4 have a distance of 3d/2. apart.

Hver av de fem hydrofoner Hq og H4 har tilordnede elek-troniske kretser 2 (av kjent form) for bestemmelse av tilfellene av null-gjennomganger av akustiske bølger som slår mot hydrofonen, og hver slik bestemmelse blir signalisert til en digital datamaskin 1 via en bane 3. Det skal bemerkes her at hydrofonsystemet kan drives for oppnåelse av retningen (fra hydrofonsettet) av en slik bølge-kilde opp til en maksi-mal frekvens hvor disse bølgers bølgelengde ikke er mindre enn d. Each of the five hydrophones Hq and H4 has associated electronic circuits 2 (of known form) for determining the cases of zero crossings of acoustic waves impinging on the hydrophone, and each such determination is signaled to a digital computer 1 via a path 3. It should be noted here that the hydrophone system can be operated to obtain the direction (from the hydrophone set) of such a wave source up to a maximum frequency where the wavelength of these waves is not less than d.

Ved bruk av hydrofonsystemet, reagerer de enkelte hydrofoner Hq - H4 på akustiske bølger fra en fjern kilde etter tur og datamaskinen 1 er innrettet for å måle forsinkelsen mellom etter hverandre følgende null-gjennomganger på følgen-de måte: When using the hydrophone system, the individual hydrophones Hq - H4 respond to acoustic waves from a distant source in turn and the computer 1 is arranged to measure the delay between successive zero crossings in the following manner:

Datamaskinen 1 er også innrettet for å måle perioden x mellom etter hverandre følgende null-gjennomganger av bølger som slår mot hydrofonsettet. Denne måling kan hensiktsmessig gjennomføres med henblikk på en hydrofon, f.eks. hydrofon Hq. Skjønt denne periode skulle være den samme for alle hydrofoner i settet, kan det imidlertid foretrekkes å utlede en verdi for x som middel-tiden mellom null-gjennomgangene for hver av hydrof onene Hq til H4. The computer 1 is also arranged to measure the period x between successive zero crossings of waves striking the hydrophone set. This measurement can conveniently be carried out with a view to a hydrophone, e.g. hydrophone Hq. Although this period should be the same for all hydrophones in the set, it may be preferred to derive a value for x as the mean time between zero crossings for each of the hydrophones Hq to H4.

Hydrofonene Hq til H^ blir i realiteten båret av et massivt organ (ikke vist, men dets overflate ligger generelt i X-Y planet i fig. 1), slik at bølgene bare kan nå hydrofonsettet fra retninger ovenfor figurens X-Y plan. The hydrophones Hq to H^ are in reality carried by a massive body (not shown, but its surface generally lies in the X-Y plane in Fig. 1), so that the waves can only reach the hydrophone set from directions above the X-Y plane of the figure.

Ut fra målingene av t-^ til t^ og x, kan datamaskinen 1 bestemme i hvilken av oktantene A, B, C eller D kilden til de bølger som slår mot hydrofonsettet ligger, slik det nå skal beskrives. For hver av disse oktanter foreligger et forhåndsbestemt forhold mellom de målte tider t-^ og t^ og et annet forhåndsbestemt forhold mellom tidene t2 og t^, som følge av anordningens geometri. I alle disse tilfelle er det imidlertid to mulige relasjoner, avhengig av om det er en mellomliggende null-gjennomgang eller ikke av de innkommende bølger mellom hydrofonene H-^ og H2 eller mellom hydrofonene H3 og H4. Det kan vises at disse forhold er som følger: Based on the measurements of t-^ to t^ and x, the computer 1 can determine in which of the octants A, B, C or D the source of the waves striking the hydrophone set is located, as will now be described. For each of these octants there is a predetermined ratio between the measured times t-^ and t^ and another predetermined ratio between the times t2 and t^, as a result of the device's geometry. In all these cases, however, there are two possible relationships, depending on whether or not there is an intermediate zero crossing of the incoming waves between the hydrophones H-^ and H2 or between the hydrophones H3 and H4. It can be shown that these conditions are as follows:

Det skal bemerkes at disse forhold er forskjellige for hver av de fire oktanter. Hvis t^ således er lik enten 3^/2 eller 3^/2 - x,følger det derav at bølge-kilden må ligge i enten oktant A eller D. Hvis t^ er lik 3t2/2 eller 3t2/2 - x , må kilden ligge enten i oktant A eller B. Det er derfor egentlig bare nødvendig for datamaskinen 1 å utføre de beregninger og sammenligninger som er nevnt ovenfor for å slå fast den korrekte oktant. I praksis kan det dog være mer til-fredsstillende at datamaskinen 1 utfører alle ovenfor angitte beregninger og sammenligninger og deretter bestemmer oktanten der bølge-kilden ligger på basis av "best tilpasning". It should be noted that these ratios are different for each of the four octants. If t^ is thus equal to either 3^/2 or 3^/2 - x, it follows that the wave source must lie in either octant A or D. If t^ is equal to 3t2/2 or 3t2/2 - x, the source must be located either in octant A or B. It is therefore really only necessary for computer 1 to carry out the calculations and comparisons mentioned above to determine the correct octant. In practice, however, it may be more satisfactory for the computer 1 to carry out all the calculations and comparisons indicated above and then determine the octant where the wave source is located on the basis of "best fit".

Det skal bemerkes at hvis hydrofonsettet hadde reagert på bølger fra begge sider av X-Y planet, kunne de nettopp omtalte relasjoner brukes til å bestemme kvadranten om Z aksen (i realiteten to oktanter, en på hver side av X-Y planet) der bølge-kilden ligger. It should be noted that if the hydrophone set had responded to waves from both sides of the X-Y plane, the relations just discussed could be used to determine the quadrant about the Z axis (in reality two octants, one on each side of the X-Y plane) where the wave source is located.

Med henblikk på fire oktant tilfellet, kan det vises at hvis retningen fra bølge-kilden, målt fra hydrofonsettet, danner vinkler Øa og 6^ med X og Y aksene i X-Z hhv Y-Z planene, fremkommer disse vinkler ved følgende ligninger: hvor td er den tid det tok en bølgefront å tilbakelegge avstanden d i sin utbredelsesretning. With regard to the four octant case, it can be shown that if the direction from the wave source, measured from the hydrophone set, forms angles Øa and 6^ with the X and Y axes in the X-Z and Y-Z planes, these angles appear by the following equations: where td is the time it took a wave front to travel the distance d in its direction of propagation.

Når datamaskinen 1 har fastslått den oktant i hvilken bølge-kilden ligger (som beskrevet ovenfor), fortsetter den med å beregne verdien av hver hvinkel ©a og 6^ ved bruk av den av de alternative formler som sannsynligvis vil gi det mest nøyaktige svar, og en verdi av t^ som er lik den tid det tar en bølgefront å tilbakelegge avstanden d i vann, hvor det korrigeres for vannets temperatur, trykk og saltholdighet når det gjelder lydens hastighet i vannet. Once the computer 1 has determined the octant in which the wave source is located (as described above), it proceeds to calculate the value of each angle ©a and 6^ using whichever of the alternative formulas is likely to give the most accurate answer, and a value of t^ which is equal to the time it takes a wave front to cover the distance d in water, where correction is made for the water's temperature, pressure and salinity in terms of the speed of sound in the water.

I praksis kan det være hensiktsmessig at settet omfatter ytterligere fire hydrofoner, hvor alle ni hydrofoner er anordnet i en symmetrisk korsform, sentrert i hydrofonen HQ. En slik anordning fil gi en del overflødig informasjon, men samtidig vil hele systemets yteevne bedres. Videre kan avstanden av de tre hydrofoner i hver arm av settet endres uten at det ovenfor beskrevne grunnlag for beregningene og bestem-melsene blir påvirket, slik at avstanden mellom den sentrale hydrofon (svarer til HQ) og nabohydrofonen (svarer til H, eller H^) i hver arm er 1,5 ganger avstanden mellom de to ytre hydrofoner i hver arm. En slik hydrofonanordning er vist i fig. 2. In practice, it may be appropriate for the set to include a further four hydrophones, where all nine hydrophones are arranged in a symmetrical cross shape, centered in the hydrophone HQ. Such a device will provide some redundant information, but at the same time the entire system's performance will improve. Furthermore, the distance of the three hydrophones in each arm of the set can be changed without the above-described basis for the calculations and determinations being affected, so that the distance between the central hydrophone (corresponding to HQ) and the neighboring hydrophone (corresponding to H, or H^ ) in each arm is 1.5 times the distance between the two outer hydrophones in each arm. Such a hydrophone device is shown in fig. 2.

I det korsformede hydrofon-sett kan enkelte hydrofoner bli utsatt for akustisk skygging av nabohydrofoner. Dette kan reduseres ved en anordning med "T"-form, som for øvrig benyttes på samme måte som tidligere omtalt. Et slikt sett er vist i fig. 3 og omfatter to like moduler 4 og 5, som hver omfatter fem sub-miniatyr-hydrofoner 6, som er montert på en stålplate 7, hvor avstanden D mellom midtpunktene i de to moduler 4 og 5 ikke er mer enn noen få bølgelengder ved den anvendte frekvens. In the cross-shaped hydrophone set, individual hydrophones may be subject to acoustic shadowing by neighboring hydrophones. This can be reduced by a device with a "T" shape, which is otherwise used in the same way as previously discussed. Such a set is shown in fig. 3 and comprises two identical modules 4 and 5, each comprising five sub-miniature hydrophones 6, which are mounted on a steel plate 7, where the distance D between the centers of the two modules 4 and 5 is no more than a few wavelengths at the applied frequency.

Det vises nå til fig. 4 og 5 i tegningene. Det andre tførelseseksempel av hydrofonsystemet som skal beskrives, omfatter fem hydrofoner H,. - Hg, som er beliggende i hjørnene av en regelmessig femkant. Hydrofonene H,- til Hg er montert på en stålplate 8. Også her blir tilfellene av null-gjennomganger av bølger som slår mot hydrofonene H^ til Hg registrert av kretser 9 og signalisert til en digital datamaskin 10. Reference is now made to fig. 4 and 5 in the drawings. The second embodiment of the hydrophone system to be described comprises five hydrophones H,. - Hg, which is located at the corners of a regular pentagon. The hydrophones H,- to Hg are mounted on a steel plate 8. Here, too, the cases of zero crossings of waves striking the hydrophones H^ to Hg are recorded by circuits 9 and signaled to a digital computer 10.

I dette utførelseseksempel av oppfinnelsen er datamaskinen 10 innrettet for å lagre informasjon som identifiserer antallet tilfeller (i forhold til en tilfeldig referanseverdi) av i det minste første, andre og tredje null-gjennomgang som er registrert av hver av de fem hydrofoner H^ til Hg etter starten av en beregnings-sekvens for å finne frem til retningen av en kilde til bølger som slår mot settet. På grunnlag av denne informasjon beregner og lagrer datamaskinen 10 periodene mellom hver av de første null-gjennomganger som er registrert av hver av hydrofonene H5 til Hg og hver av de første, andre og tredje null-gjennomganger registrert av hver av hydrofonene. Ett eksempel på periodene som beregnes slik er den som ligger mellom første null-gjennomgang registrert av hydrofon H,. og første null-gjennomgang registrert av hydrofon H^, mens et annet eksempel er perioden mellom første null-gjennomgang registrert av hydrofon Hg og tredje null-gjennomgang registrert av hydrofon Hg. In this embodiment of the invention, the computer 10 is arranged to store information identifying the number of instances (relative to a random reference value) of at least first, second and third zero crossings recorded by each of the five hydrophones H^ to Hg after the start of a calculation sequence to find the direction of a source of waves impinging on the set. On the basis of this information, the computer 10 calculates and stores the periods between each of the first zero crossings recorded by each of the hydrophones H5 to Hg and each of the first, second and third zero crossings recorded by each of the hydrophones. One example of the periods calculated in this way is the period between the first zero crossing recorded by hydrophone H,. and first zero crossing recorded by hydrophone H^, while another example is the period between first zero crossing recorded by hydrophone Hg and third zero crossing recorded by hydrophone Hg.

Det vil gå frem av hydrofonsettets geometri at den tid det tar en hvilken som helst gitt bølgefront å passere fra hydrofon H5 til hydrofon Hg til enhver tid vil ligge i et fast forhold på sin 54° (tilnærmet 1,618) til den tid det tar samme bølgefront å passere fra hydrofon Hfi til hydrofon H^. Det foreligger i realiteten en sum på ti slike forhold for forskjellige hydrofonpar og datamaskinen 10 sammenligner etterhverandre følgende par av slike perioder for å bestemme hvilken av dem (etter at det er tatt tilbørlig hensyn til enhver mellomliggende null-gjennomgang på grunnlag av kjenn-skapet til bølgeperioden x) som er i overensstemmelse med et av de faste relasjoner. Dette innebærer tilsammen nitti beregninger. It will appear from the geometry of the hydrophone set that the time it takes any given wavefront to pass from hydrophone H5 to hydrophone Hg will at all times lie in a fixed ratio of its 54° (approximately 1.618) to the time it takes the same wavefront to pass from hydrophone Hfi to hydrophone H^. There are in effect a total of ten such conditions for different pairs of hydrophones and the computer 10 successively compares the following pairs of such periods to determine which one (after due allowance has been made for any intervening zero-crossings on the basis of the knowledge of the wave period x) which is in accordance with one of the fixed relations. This involves a total of ninety calculations.

Under ideelle forhold, skulle ti av de nettopp omtalte beregninger gi det korrekte, faste forhold og dermed verifisere at de involverte tids-forskjell-målinger gjelder samme bølgefront, skjønt det i praksis ikke er uvanlig at et lavere antall slike verifikasjoner blir utført. Under ideal conditions, ten of the calculations just mentioned should give the correct, fixed ratio and thus verify that the involved time-difference measurements apply to the same wavefront, although in practice it is not unusual for a lower number of such verifications to be carried out.

Når tids-forskjell-målingen med henblikk på et par av hydrofonene H 5 til Hg er fastslått, blir kildens retning be-regnet av datamaskinen ut fra den verifiserte måling. Anta f. eks. at tidsdifferansen t mellom første null-gjennomgang registrert av hydrofonen Hg og første null-gjennomgang registrert av hydrofonen Hg er verifisert når det gjelder bølger som ankommer i pilens A retning. Når avstanden mellom hydrofonene Hg og Hg er l,618d, hvor d er avstanden mellom nabohydrofoner, følger av dette at retningen av kilden er i en vinkel a med en datumlinje 12 gjennom hydrofonsettet, som fremkommer ved følgende ligning: When the time-difference measurement for a pair of hydrophones H 5 to Hg has been established, the direction of the source is calculated by the computer based on the verified measurement. Suppose, for example, that the time difference t between the first zero crossing recorded by the hydrophone Hg and the first zero crossing recorded by the hydrophone Hg is verified in the case of waves arriving in the A direction of the arrow. When the distance between the hydrophones Hg and Hg is l.618d, where d is the distance between neighboring hydrophones, it follows that the direction of the source is at an angle a with a datum line 12 through the hydrophone set, which appears from the following equation:

sin a = ct/1,62d sin a = ct/1.62d

hvor c er lydens hastighet i vannet (etter korrigering som i første eksempel som er omtalt ovenfor). where c is the speed of sound in the water (after correction as in the first example discussed above).

Det vil forstås at bølger som kommer fra retningen 180-a vil gi samme tidsforskjells-måling. For å fjerne denne tvetydighet og gi en unik løsning, er det nødvendig å gjen-nomføre en tilsvarende beregning med henblikk på en annen verifisert tidsforskjells-måling. It will be understood that waves coming from the direction 180-a will give the same time difference measurement. In order to remove this ambiguity and provide a unique solution, it is necessary to carry out a corresponding calculation with a view to another verified time difference measurement.

Den konstruksjon av hydrofonsettet som er omtalt ovenfor i forbindelse med fig. 4 og 5 har den fordel at den, i motsetning til et lineært sett, gjør det mulig for hydrofon-synsternet å arbeide ved bølgelengder som er merkbart mindre enn den minste fysiske avstand av hydrofonen. Dette er et viktig hensyn, hvis avstanden kan sammenlignes med den fak-tiske størrelse av hver hydrofon, slik at avstanden ikke kan reduseres ytterligere for utvidelse av båndbredden. The construction of the hydrophone set discussed above in connection with fig. 4 and 5 has the advantage that, unlike a linear set, it enables the hydrophone sight to operate at wavelengths appreciably less than the minimum physical distance of the hydrophone. This is an important consideration, if the distance can be compared with the actual size of each hydrophone, so that the distance cannot be reduced further to expand the bandwidth.

Når et av de ovenfor omtalte hydrofonsystemer drives i omgivelser med et dårlig signal-støy-forhold, er det nødven-dig først å verifisere at det foreligger et "godt".signal. Et antall terskelprøver for å oppnå dette er tidligere foreslått. Datamaskinen kan f.eks. innrettes slik at den som respons på null-gjennomganger registrert av en av hydrofonene i settet, bestemmer størrelsen av verdien t-t,hvor x har den betydning som er nevnt ovenfor og t er middel-verdien av t tatt over et stort antall null-gjennomganger (fortrinnsvis vektlagt for å foretrekke nærliggende målinger i tid), hvor datamaskinen er innrettet for bare å utføre de retnings-finnende beregninger hvis denne størrelse har mindre enn en forhåndsbestemt verdi. When one of the above-mentioned hydrophone systems is operated in an environment with a poor signal-to-noise ratio, it is first necessary to verify that there is a "good" signal. A number of threshold tests to achieve this have previously been proposed. The computer can e.g. arranged so that in response to zero crossings recorded by one of the hydrophones in the set, it determines the magnitude of the value t-t, where x has the meaning mentioned above and t is the mean value of t taken over a large number of zero crossings ( preferably weighted to prefer nearby measurements in time), where the computer is arranged to only perform the direction-finding calculations if this quantity has less than a predetermined value.

Claims

1. Method of operation of an acoustic direction finder system with hydrophones comprising an array of electroacoustic hydrophone transducers (Hq-H^, H^<-Hg>) arranged in a plane to determine the direction of waves impinging on the array, including measurement of the periods between successive instants of the waves' zero crossings as detected by different pairs of transducers, characterized by comparison of said periods at at least some of the different pairs of transducers where the ratio of the distances between the two transducers in such compared pairs ( H-l-I^/Hq-Hi , H5-H2//H6~H7^ is not integer, and by checking which comparisons correspond to the time it takes for a wavefront to pass between the pairs of transducers that stand in the aforementioned distance ratio, after the due allowance is made for the fact that at least some of the periods may be determined by transducers responding to zero crossings from other waves.

2. Method as stated in claim 1, where the set of transducers comprises at least five transducers (Hg-H^) placed in at least two groups each of which has at least three transducers, of which one Hq) can be common to both groups, along two lines in at right angles to each other in the plane, characterized in that at least one of the comparatively different pairs of transducers is found in each of the two right-angled lines, and in that the results of the check in one right-angled line are checked against the results of the check in the other right-angled line to determine the quadrant in the said plane that goes out from the set, in which the source of the waves striking the set is located.

3. Method as stated in claim 1, where the batch of transducers comprises at least three transducers (H^-Hg) which are arranged so that not three of the transducers lie on a straight line, characterized in that on the basis of a measured period which is has been verified by inspection. as mentioned above, it is determined in which direction in the said plane the source of the waves that hit the rate lies.

4. Acoustic direction finder system with hydrophones comprising a set of electroacoustic hydrophone transducers arranged along two lines at right angles to each other in a plane and with measuring devices which detect the periods between successive instants of zero crossings for the waves detected by different pairs of transducers in the set, as the set includes at least five transducers (Hq-H4) placed in two groups of at least three transducers, one of which (Hq) can be common to both groups, characterized by the fact that a group is located along each of the orthogonal lines where the ratio between the distances between different pairs of transducers in each of the two groups (H1-H2/Hq-H1, H3<-H4/Hq-H>3) is not integer, and in that the measuring devices (1, 2, 3) react to the periods between each other the following moments of zero crossings for the waves detected by the aforementioned different pairs of transducers in each of the two groups, for comparison of these periods at the different pairs for control with lke comparisons corresponding to the times of passage of a wavefront between the pairs of transducers concerned in said non-integer ratio after due consideration is given to the fact that said period may be determined by transducers responding to zero crossings for different waves , and for checking the results of the check in one orthogonal line against the results of the check in the other orthogonal line to determine the quadrant in the said plane that starts from the rate, in which the source of the waves hitting the rate is located.

5. Direction finder system as stated in claim 4, characterized in that the relationship for the distance between the aforementioned different transducer pairs are 1.5.

6. Acoustic direction finder system with hydrophones comprising a set of at least three electro-acoustic hydrophone transducers (H^-Hg) which are placed in a plane so that no three of the transducers are in a straight line and measuring devices for comparing the periods between moments of zero crossings for waves detected by different pairs of transducers, characterized in that the ratio between the distances between two transducers in such a compared pair (H^-Hg/<H>g<H>y) is not integer and that the measuring devices (9 , 10) is designed to investigate which comparisons correspond to the times it takes for a wavefront to pass between the pairs of transducers in question where these are in the aforementioned non-integer ratio, after due consideration has been given to the fact that at least one of the said periods can be determined by transducers that respond to zero crossings for other waves, in order to verify, on the basis of the control, which periods in the direction in the said plane of the source of bo lger that hits the mark.

7. Direction finder system as stated in claim 6, characterized in that the kit has five transducers placed in the corners of a regular pentagon.