NO173528B

NO173528B - UNDERWATER-view mirror DEVICE

Info

Publication number: NO173528B
Application number: NO89893321A
Authority: NO
Inventors: Friedrich Hoering
Original assignee: Honeywell Elac Nautik Gmbh
Priority date: 1988-08-19
Filing date: 1989-08-18
Publication date: 1993-09-13
Also published as: DE3828151C2; EP0355669B1; DE58907386D1; NO893321L; DE3828151A1; NO893321D0; NO173528C; EP0355669A3; ES2051332T3; EP0355669A2

Abstract

Ved en undervanns-peileanordning dreies en sende- og mottakstransduser med lik hastighet om en felles akse på en slik måte at sendetransduseren (1) ligger foran mottakstransduseren (2). Enten har mottakstransduseren en skarpt avgrenset eller fokusert retningskarakteristikk og sendetransduseren en stor åpningsvinkel (Fig. 1) eller omvendt (Fig. 2). Under overlapping i den store åpningsvinkelen <p blir under den felles rotasjon flere forskjellig kodede sendepulser utstrålt.In a subsea bearing device, a transmitting and receiving transducer is rotated at an equal speed about a common axis in such a way that the transmitting transducer (1) lies in front of the receiving transducer (2). Either the receiving transducer has a sharply defined or focused directional characteristic and the transmitting transducer has a large aperture angle (Fig. 1) or vice versa (Fig. 2). During overlap in the large aperture angle <p, several different coded transmission pulses are radiated during the common rotation.

Description

Oppfinnelsen angår en elektroakustisk undervanns-peileanordning som har sende- og mottakstransdusere som roterer likt om en vertikal akse, og som tjener til rund-scanning av et vannområde som omgir peileanordningen. The invention relates to an electroacoustic underwater sounding device which has transmitting and receiving transducers which rotate equally about a vertical axis, and which serve for circular scanning of a water area surrounding the sounding device.

På grunn av den i forhold til radarsignaler lave ut-bredelseshastighet av akustiske signaler i vann er det ved en lik hurtig dreiebevegelse av sende- og mottakstransdusere i azimut-tretningen ikke formålstjenlig å innrette begge transdusere akseparallelt med et skarpt avgrenset retningsdiagram. Som følge av den forholdsvis lange ekkoløpetiden mellom sendeimpuls og det mottatte ekko har mottakstransduseren nemlig beveget seg fra senderetningen og derved retningen til målet før ekkoet kommer tilbake. Man kan dog på kjent måte (DE-OS 27 03 413) sørge for en skrittvis lik dreiebevegelse av sende- og mottakstransduser slik at de etter hverandre scanner det samme azimutområde, men for dette kreves et relativt langt tidsrom. Dessuten er oppnåelsen av en slik skrittvis dreiebevegelse mekanisk komplisert og følgelig kostbar. Etterstrebes en mest mulig enkel oppbygging av en peileanordning hvor rund-scanningen skal foretas på relativt kort tid, skiller samtidig anvendelse av sende- og mottakstransdusere med tilstrekkelig skarpt avgrensede antennediagrammer for bestemmelse av målpeilingen seg ut når det gjelder peileanordninger som skal anvendes i vann. Due to the low propagation speed of acoustic signals in water compared to radar signals, it is not expedient to align both transducers axis-parallel with a sharply defined directional diagram in the case of an equally fast turning movement of the sending and receiving transducers in the azimuth direction. As a result of the relatively long echo delay between the sending impulse and the received echo, the receiving transducer has moved from the sending direction and thereby the direction of the target before the echo returns. One can, however, in a known manner (DE-OS 27 03 413) ensure a step-by-step equal turning movement of the sending and receiving transducers so that they successively scan the same azimuth area, but this requires a relatively long period of time. Moreover, the achievement of such a step-by-step turning movement is mechanically complicated and consequently expensive. If the aim is to achieve the simplest possible structure of a sounding device where the round scan is to be carried out in a relatively short time, the simultaneous use of transmitting and receiving transducers with sufficiently sharply defined antenna diagrams for determining the target bearing stands out when it comes to sounding devices that are to be used in water.

Fra DE-PS 767 520 er det kjent et horisontalt lydreflek-sjonsanlegg med kjennetegnene angitt i ingressene til patentkrav 1 og 7. Sendediagrammet løper foran mottaksdiagrammet. Under en sendefølge blir én enkelt puls utstrålt, og med tiltagende avstand blir dreiehastigheten til transduserne minsket, med henblikk på den ønskede entydighet i resultatet, på grunn av den forlengede løpetid ved store avstander, for at færre pulser pr. tidsenhet skal utsendes. For undervanns-peileanordninger hvor det opptrer mål i forskjellige sektorer under rund-scanningen i forskjellig avstand, er en slik fremgangsmåte uegnet. From DE-PS 767 520, a horizontal sound reflection system is known with the characteristics indicated in the preambles of patent claims 1 and 7. The transmission diagram runs in front of the reception diagram. During a transmission sequence, a single pulse is radiated, and with increasing distance, the rotational speed of the transducers is reduced, with a view to the desired unambiguity in the result, due to the extended duration at large distances, so that fewer pulses per time unit to be issued. For underwater bearing devices where targets appear in different sectors during the circular scan at different distances, such a method is unsuitable.

Et sonaranlegg som i ingressen til de selvstendige patentkravene 2 og 8, er beskrevet i GB-PS 11 25 152. Her blir en rundstråler brukt som sendetransduser slik at bare mottaks-retningsdiagrammet omløpes. Sendetransduseren stråler ut en passende lang tilmålt puls, hvilken puls varer så lenge at den omløpende retningsmottakeren har scannet den samlede azimut. Anvendelsen av slike lange sendepulser resulterer i en dårlig energiutnyttelse og er uegnet spesielt på grunn av faren for flerekko ved fjerntliggende mål. Dessuten er det lett å stedsbestemme selve peileanordningen. A sonar system as in the preamble to the independent patent claims 2 and 8 is described in GB-PS 11 25 152. Here a circular beam is used as a transmitting transducer so that only the receiving direction diagram is bypassed. The transmitting transducer emits a suitably long measured pulse, which pulse lasts so long that the orbiting direction receiver has scanned the overall azimuth. The use of such long transmission pulses results in a poor energy utilization and is unsuitable especially because of the danger of multiple echoes at distant targets. In addition, it is easy to locate the bearing device itself.

Det foreligger således den oppgave å fremskaffe en undervanns-peileanordning som innenfor et forutbestemt område og med forutbestemt peilenøyaktighet rundt peileanordningen og som innenfor et tilstrekkelig kort tidsrom på f.eks. 3s, fullstendig scanner etter eventuelle mål eller forstyrrelses-legemer, og hvis apparatmessige oppbygging er enklest mulig. Peileanordninger med transdusergrupper som samtidig utstråler i flere retninger og oppfanger fra flere retninger i azimut-retningen, og er jevnt fordelt over omkretsen, skiller seg således ut av kostnadsgrunner. There is thus the task of providing an underwater bearing device which within a predetermined area and with predetermined bearing accuracy around the bearing device and which within a sufficiently short period of e.g. 3s, complete scan for any targets or disturbance bodies, and whose device-wise structure is the simplest possible. Bearing devices with transducer groups that simultaneously radiate in several directions and pick up from several directions in the azimuth direction, and are evenly distributed over the circumference, thus stand out for reasons of cost.

Løsningen av den stilte oppgave oppnås med de utførelses-former av oppfinnelsen som kjennetegnes i de selvstendige patentkrav 1, 2, 7 og 8, som alle angår anvendelse av enten en sendetransduser med bredt retningsdiagram i forbindelse med en skarpt avgrenset mottakstransduser, eller omvendt en skarpt avgrenset sendetransduser i forbindelse med en mottakstransduser med stor åpningsvinkel. Samtidig roteres begge transdusere likt, og hovedsenderetningen løper foran i forhold til hovedmottaksretningen med en forholdsvinkel på halve bredden til den bredeste retningskarakteristikken. Dessuten har alle utføringsformene det felles, at flere sendepulser utstråles i forutbestemt tidsmessig avstand i løpet av en ved den maksimale ekkoløpetid forutbestemt sendefølge, og disse sendepulsene er forskjellig kodet. Under anvendelsen av en skarpt avgrenset eller fokusert transduser i forbindelse med en transduser med en stor åpningsbredde og hvor foran-løpet til hovedsenderetningen er sikret en fast gjensidig overlapping av sende- og mottakssektor, sikres ved anvendelsen av flere kodede sendepulser også en fullstendig overdekning av hver sektor såvel som en entydig vinkeltilordning av mottaks-pulsen. Ytterligere fordelaktige utførelsesformer av oppfinnelsen er beskrevet i de uselvstendige patentkravene. The solution to the stated task is achieved with the embodiments of the invention characterized in the independent patent claims 1, 2, 7 and 8, which all relate to the use of either a transmitting transducer with a broad directional diagram in connection with a sharply defined receiving transducer, or conversely a sharply limited transmitting transducer in connection with a receiving transducer with a large opening angle. At the same time, both transducers are rotated equally, and the main transmission direction runs in front of the main reception direction with a ratio angle of half the width of the widest directional characteristic. Moreover, all the embodiments have in common that several transmission pulses are radiated at a predetermined temporal distance during a transmission sequence predetermined by the maximum echo duration, and these transmission pulses are differently coded. During the use of a sharply defined or focused transducer in connection with a transducer with a large opening width and where the front run to the main transmission direction is ensured a fixed mutual overlap of the transmit and receive sectors, the use of several coded transmit pulses also ensures a complete coverage of each sector as well as a unique angular assignment of the received pulse. Further advantageous embodiments of the invention are described in the independent patent claims.

Dreiebevegelsen til transduseranordningen kan oppnås enten ved hjelp av en egnet drivanordning eller ved en dreiebevegelse frembragt ved hjelp av utragende styreflater anordnet på huset til peileanordningen og som sørger for at denne dreies etter at den f.eks. er blitt kastet ut av et fly og på grunn av sin vekt synker i vannet. Den utregnede peileretning til målet kan i tilfellet med vannovervåkning utnyttes for utløsning av en alarm eller for innledning av tiltak for bekjempelse av et mål. Mens det ved peileanordningen i henhold til patentkrav 1 og 2 anvendes en diskret koding av sendepulsene, angir patentkrav 7 og 8 en kontinuerlig avstemming av sendefrekvensen mellom en nedre og en øvre frekvensverdi, hvorved den aktuelle frekvensen er gitt ut fra startposisjonen til sendetransduseren ved begynnelsen av wobbelperioden samt vinkelbevegelsen innenfor åpningsvinkelen. The turning movement of the transducer device can be achieved either by means of a suitable drive device or by a turning movement produced by means of projecting control surfaces arranged on the housing of the bearing device and which ensure that it is turned after it e.g. has been thrown out of a plane and due to its weight sinks into the water. In the case of water monitoring, the calculated bearing direction to the target can be used to trigger an alarm or to initiate measures to combat a target. While in the bearing device according to patent claims 1 and 2 a discrete coding of the transmission pulses is used, patent claims 7 and 8 indicate a continuous tuning of the transmission frequency between a lower and an upper frequency value, whereby the relevant frequency is given out from the starting position of the transmission transducer at the beginning of the wobble period as well as the angular movement within the opening angle.

Oppfinnelsen skal nå beskrives under henvisning til de medfølgende tegninger, hvor: Fig. 1 viser skjematisk en peileanordning som anvender en sendetransduser med stor åpningsvinkel og en skarpt avgrenset mottakstransduser; Fig. 2 viser en anordning med skarpt avgrenset sendetransduser og en mottakstransduser med en stor vinkeloverdekning; Fig. 3 viser blokkskjema overen peileanordning med en transduseranordning i henhold til Fig. 1 ved anvendelse av diskrete, etter hverandre utsendte sendefrekvenser; og Fig. 4 viser som blokkskjema en peileanordning med en transduseranordning i henhold til Fig. 1 ved kontinuerlig frekvensmodulasjon av sende- The invention will now be described with reference to the accompanying drawings, where: Fig. 1 schematically shows a leveling device that uses a transmitting transducer with a large opening angle and a sharply defined receiving transducer; Fig. 2 shows a device with a sharply defined transmitting transducer and a receiving transducer with a large angular coverage; Fig. 3 shows a block diagram of a surveying device with a transducer device according to Fig. 1 using discrete, successively transmitted transmission frequencies; and Fig. 4 shows as a block diagram a leveling device with a transducer device according to Fig. 1 by continuous frequency modulation of the transmitter

signalene. the signals.

På figurene 1 og 2 er sendetransduseren 1 og mottakstransduseren 2 alltid anordnet inntil hverandre, selv om de også kan være anordnet over hverandre. Den viste fremstilling er nå valgt for å forklare oppfinnelsen på en mest mulig oversiktlig måte. Begge transduseranordningene dreier seg likt i retning mot klokken om en felles dreieakse og med en vinkel-hastighet fi. Dersom man legger til grunn en maksimal rekkevidde rm for peileanordningen t så vil den maksimale ekkoløpetid være tm=2rm/c, hvorved c er lydhastigheten i vann. Dersom såvel sendetransduseren som mottakstransduseren er utformet med skarp avgrensning og innrettet akseparallelt, oppfanges ikke det tilbakekommende ekko etter tiden tm, siden mottakstransduseren i mellomtiden med sin hovedmottaksretning har dreid seg ut fra mottaksfeltet for det innkommende signalet. Man må således, som angitt på fig. 1, anvende en skarpt avgrenset mottakstransduser 2 sammen med en sendetransduser 1 som stråler over en bred åpningsvinkel cp, eller omvendt, som på fig. 2, anvende en skarpt avgrenset sendetransduser 1 i forbindelse med en mottakstransduser 2 som har en bred åpningsvinkel cp. Vinkel-oppløsningen blir i begge tilfeller bestemt av åpningsvinkelen til de skarpt avgrensede eller fokuserte transdusere. Åpningsvinkelen cp avhenger av den maksimale ekkoløpetiden tm, av åpningsvinkelen 3 til den skarpt avgrensede transduser og av vinkelhastigheten Q, som begge transduserne dreier seg med. Under forutsetning av en egnet skarp avgrensning for de skarpt avgrensede transdusere, må vinkelen <p selvfølgelig være større enn vinkelområdet til den skarpt avgrensede transduser mens den maksimale ekkoløpetiden overløpes, dvs. at følgende forhold må gjelde: cp > Qtm = 2 Q rm/c. For å sikre at sende- og mottaks-retningsdiagrammene under den samme ekkoløpetid overlapper hverandre, må hovedaksen S til sendetransduseren løpe foran hovedaksen E til mottakstransduseren med en vinkel <p/2. In Figures 1 and 2, the transmitting transducer 1 and the receiving transducer 2 are always arranged next to each other, although they can also be arranged above each other. The presentation shown has now been chosen to explain the invention in the clearest possible way. Both transducer devices rotate equally in the anti-clockwise direction about a common axis of rotation and with an angular velocity fi. If one assumes a maximum range rm for the bearing device t, then the maximum echo duration will be tm=2rm/c, whereby c is the speed of sound in water. If both the transmitting transducer and the receiving transducer are designed with a sharp demarcation and arranged parallel to the axis, the returning echo is not picked up after the time tm, since the receiving transducer in the meantime with its main receiving direction has turned out from the receiving field for the incoming signal. One must thus, as indicated in fig. 1, use a sharply defined receiving transducer 2 together with a transmitting transducer 1 which radiates over a wide opening angle cp, or vice versa, as in fig. 2, use a sharply defined transmitting transducer 1 in connection with a receiving transducer 2 which has a wide opening angle cp. In both cases, the angular resolution is determined by the aperture angle of the sharply defined or focused transducers. The opening angle cp depends on the maximum echo travel time tm, on the opening angle 3 of the sharply defined transducer and on the angular velocity Q with which both transducers rotate. Under the assumption of a suitable sharp demarcation for the sharply delimited transducers, the angle <p must of course be greater than the angular range of the sharply delimited transducer while the maximum echo duration is exceeded, i.e. the following relationship must apply: cp > Qtm = 2 Q rm/c . To ensure that the transmit and receive directional diagrams during the same echo duration overlap, the major axis S of the transmit transducer must run in front of the major axis E of the receive transducer by an angle <p/2.

Med den hittil beskrevne anvendelse av to transdusere med forskjellig fokusering eller avgrensning av utstrålingen er det dog fremdeles ikke mulig å oppnå en fullstendig scanning over hele azimutområdet. Tar man f.eks. utgangspunkt i anordningen vist på fig. 1 og forutsetter at med den felles vinkelstilling til begge transduserne, blir en sendepuls i retningen til hoved-stråleretningen S utsendt og målet i retningen til denne hovedstråleaksen S befinner seg i en avstand r^, så kommer ekkoet etter den maksimale ekkoløpetiden tm tilbake til mottakeren, og denne har i mellomtiden dreiet sin hovedmottaksretning en vinkel cp. Den vender således i retningen til linjen Zl; og ekkoet blir ikke oppfanget. Bare når målet ligger i en avstand tilsvarende den halve maksimale målavstanden, kommer ekkoet fra retningen S tilbake i et tidspunkt hvor mottakstransduseren 2 vender mot retning S. Ligger på den annen side målet i retningen Zl i den maksimale avstand rm, så kommer ekkoet tilbake i et tidspunkt når mottakstransduseren er rettet i retning Zl. Et mål i retning Z2 kan bare peiles når det ligger umiddelbart foran transduseranordningen. Det er også åpenbart at på grunn av at de forskjellige åpningsvinkler til sende- og mottakstransduseren har en lik overlapping, vil den maksimale ekkoløpetiden under det tilbakelagte dreievinkel-området bare kunne oppnås når det under denne tiden blir utsendt flere sendepulser. Antallet nødvendige sendepulser bestemmes på bakgrunn av forholdet til åpningsvinkelen til den bredt strålende transduser og åpningsvinkelen p til den sterkt avgrensede eller fokuserte transduser. Som eksempel nevnes cp = 16° og e = 2°, og da må i den samme avstanden under dreining av transduseranordningen en vinkel cp i det minste 16:2=8 However, with the hitherto described use of two transducers with different focusing or delineation of the radiation, it is still not possible to achieve a complete scan over the entire azimuth range. If you take e.g. starting point in the device shown in fig. 1 and assumes that with the common angular position of both transducers, a transmission pulse in the direction of the main beam direction S is emitted and the target in the direction of this main beam axis S is located at a distance r^, then the echo returns to the receiver after the maximum echo duration tm , and this has meanwhile turned its main reception direction an angle cp. It thus faces in the direction of the line Zl; and the echo is not picked up. Only when the target is at a distance corresponding to half the maximum target distance, the echo from the direction S returns at a time when the receiving transducer 2 faces direction S. If, on the other hand, the target lies in the direction Zl at the maximum distance rm, then the echo returns in a time when the receiving transducer is directed in the direction Z1. A target in direction Z2 can only be measured when it is immediately in front of the transducer device. It is also obvious that due to the fact that the different opening angles of the transmitting and receiving transducer have an equal overlap, the maximum echo duration during the traversed turning angle range can only be achieved when several transmitting pulses are emitted during this time. The number of necessary transmit pulses is determined on the basis of the ratio of the opening angle of the wide beam transducer and the opening angle p of the sharply defined or focused transducer. As an example, cp = 16° and e = 2° are mentioned, and then in the same distance during rotation of the transducer device an angle cp must be at least 16:2=8

pulser i lik avstand utsendes, dvs. N = <p/P. Dermed er det mulig å få til en fullstendig scanning av omkretsen i azimut-retningen uavhengig av dreiehastigheten. equally spaced pulses are emitted, i.e. N = <p/P. Thus, it is possible to obtain a complete scan of the circumference in the azimuth direction regardless of the rotation speed.

Ved anordningen på fig. 1 bestemmer den aktuelle mottaks-retningen E til mottakstransduserne peilingen av målene. In the device in fig. 1, the relevant receiving direction E of the receiving transducers determines the bearing of the targets.

Dersom det i tillegg ønskes en avstandsbestemmelse for målet, fører dette ved den hittil beskrevne fremgangsmåte til flertydig-heter siden mottakstransduseren ikke kan skille ut hvilke av de N etter hverandre utstrålte pulser som reflekteres fra målet. If, in addition, a distance determination for the target is desired, this leads to ambiguities in the method described so far, since the receiving transducer cannot distinguish which of the N successively radiated pulses are reflected from the target.

Jo fjernere målet er, desto lenger er ekkopulsen underveis. The further the target is, the longer the echo pulse travels.

Mål som ligger langt unna, må også treffes av en tidligere puls enn et nærmål om ekkoet skal ankomme til mottakstransduseren i et bestemt tidspunkt. For her å kunne gjøre et skille og dermed foreta en avstandsbestemmelse, blir de enkelte etter hverandre følgende utsendte sendepulser kodet, f.eks. slik at de sendes ved forskjellige frekvenser. På den måten kan alltid den mottatte frekvensen sammen med utsendelsestidspunktet og løpetiden gi avstanden til målet. Targets that are far away must also be hit by an earlier pulse than a near target if the echo is to arrive at the receiving transducer at a specific time. In order to be able to make a distinction here and thus make a distance determination, the individual successively transmitted transmission pulses are coded, e.g. so that they are transmitted at different frequencies. In this way, the received frequency together with the time of transmission and the duration can always give the distance to the target.

Mens målretningen er entydig gitt ved anordningen på Fig. While the target direction is unambiguously given by the device in Fig.

1 ved hjelp av hovedmottaksretningen til mottakstransduseren og pulskodingen tjener til å avklare mertydigheten i avstands-bestemiiielsen, er ved utføringsformen i henhold til Fig. 2 avstanden entydig bestembar, mens målretningen er mertydig. Her sender sendetransduseren 1 en romlig skarpt avgrenset eller fokusert sendepuls, mens mottakstransduseren 2 har en stor åpningsvinkel <p i sitt retningsdiagram. Hvilket lett kan innses blir det også her benyttet utstråling av flere pulser under dreining av begge retningsdiagrammene om vinkelen cp for å oppnå en fullstendig overdekning av hele azimutområdet. Mottakstransduseren 2 kan ikke bestemme fra hvilken spesiell vinkel innenfor området (p som ekkoet kommer tilbake fra. Mottakeren kan imidlertid på bakgrunn av det kjente sendetidspunkt og tidspunktet hvor ekkoet inntreffer, bestemme løpetiden og dermed avstanden fra målet. For å bestemme målretningen må mottakeren kunne bestemme i hvilken retning den skarpt fokuserte sendetransduseren har sendt pulsen. Av de foran nevnte grunner blir flere påfølgende pulser sendt og det er igjen nødvendig med en koding. På bakgrunn av kodingen av det mottatte ekko, som f.eks. gjenkjennes ved sin bestemte frekvens, vil senderekke-følgen av de aktuelle sendepulser gi i hvilken retning til enhver tid sendetransduseren er rettet. Dette er den søkte peileretning til målet. 1 by means of the main receiving direction of the receiving transducer and the pulse coding serves to clarify the meaningfulness of the distance determination, in the embodiment according to Fig. 2 the distance can be unambiguously determined, while the target direction is meaningful. Here, the transmitting transducer 1 sends a spatially sharply defined or focused transmitting pulse, while the receiving transducer 2 has a large opening angle <p in its directional diagram. As can easily be seen, radiation of several pulses is also used here while rotating both directional diagrams about the angle cp to achieve complete coverage of the entire azimuth range. The receiving transducer 2 cannot determine from which particular angle within the area (p) from which the echo returns. However, on the basis of the known transmission time and the time when the echo occurs, the receiver can determine the travel time and thus the distance from the target. To determine the target direction, the receiver must be able to determine in which direction the sharply focused transmitting transducer has sent the pulse. For the reasons mentioned above, several successive pulses are sent and again an encoding is necessary. Based on the encoding of the received echo, which is for example recognized by its specific frequency, the sending order of the relevant sending pulses will give the direction in which the sending transducer is pointed at any given time. This is the sought bearing direction to the target.

Er peileretningen til målet av den vesentligste interesse og målavstanden av underordnet betydning, så utpeker det seg anvendelsen av en peilefremgangsmåte i henhold til Fig. 1. Oppbyggingen av den hertil tjenende sende- og mottaksomkopling av peileanordningen er vist skjematisk i blokkskjemaet på Fig. 3. I en frekvensgenerator 10 blir det fra en felles taktgiver 11 styrt de forskjellige sendefrekvensene som skal anvendes, og disse blir ført over en kanalvelger 12 til en effektforsterker 13 og en tilpasningskopling 14 til sendetransduseren 1. Mottakstransduseren 2 mater over en sende/mottaks-vender 15 og en filterkopling 16 som er avstemt til en av de forskjellige sendefrekvensene, de enkelte sendefrekvensenes tilordnede kanaler til en flerkanalforsterker. Utgangssignalene fra filteret 16 kan, etter rytmen til taktgiveren 11, også omsettes til en felles mellomfrekvens og forsterkes i forsterkeren 17. If the bearing direction to the target is of the most significant interest and the target distance is of secondary importance, then the application of a bearing method according to Fig. 1 is indicated. The structure of the transmitting and receiving switching of the bearing device that serves this purpose is shown schematically in the block diagram in Fig. 3. In a frequency generator 10, the different transmission frequencies to be used are controlled from a common clock generator 11, and these are fed via a channel selector 12 to a power amplifier 13 and an adaptation coupling 14 to the transmitting transducer 1. The receiving transducer 2 feeds via a transmit/receive inverter 15 and a filter coupling 16 which is tuned to one of the different transmission frequencies, the individual transmission frequencies' assigned channels to a multi-channel amplifier. The output signals from the filter 16 can, according to the rhythm of the clock generator 11, also be converted to a common intermediate frequency and amplified in the amplifier 17.

Forsterkningsgraden til hver kanal lar seg, da frekvensen og dermed sendetidspunktet er bestemt, på bekjent måte regulere avstandsuavhengig, og derved vil de i hovedsak svake ekkoene fra fjerne mål på sin utgang gi et like sterkt utgangssignal som de relativt sterke mottakssignalene fra nærmål. Hver av de tilordnede forsterkningskanalene til de enkelte frekvensene omfatter utover reguleringsforsterkeren 17 en etterkoplet ekkodetektor 18 og en påfølgende integrator 19. Utgangssignalet fra alle forsterkningskanalene 17 til 19 blir ført til inngangen til en multiplekser 20 som på samme måte fra taktgiveren 11 styrer de enkelte kanaler som scannes etter hverandre. Denne mater på sin utgang en terskelverdikopling 21. Denne kan enten styre en alarminnretning som viser målretningen eller f.eks. starte opp en utløseinnretning 22 som er anbragt i flytelegemet til peileanordningen for å bekjempe flere av målene. En trykkføler 23 frigjør ved innføringen av peileanordningen i vannet på den ene side terskelverdikopleren 21 og aktiverer på den andre side, over en kopleinnretning 24, strømforsynings-innretningen 25 for peileanordningen. The degree of amplification of each channel can, as the frequency and thus the transmission time have been determined, be regulated in a familiar way independent of distance, and thereby the mainly weak echoes from distant targets will give an output signal as strong as the relatively strong reception signals from near targets. Each of the amplification channels assigned to the individual frequencies includes, in addition to the control amplifier 17, a connected echo detector 18 and a subsequent integrator 19. The output signal from all the amplification channels 17 to 19 is fed to the input of a multiplexer 20 which, in the same way from the clock generator 11, controls the individual channels which are scanned one after the other. This feeds at its output a threshold value connection 21. This can either control an alarm device that shows the target direction or e.g. start up a trigger device 22 which is placed in the floating body of the bearing device to defeat several of the targets. A pressure sensor 23 releases the threshold value coupler 21 when the probe device is introduced into the water on the one hand and activates on the other side, via a coupling device 24, the power supply device 25 for the probe device.

På utgangen til detektoren 18 er det videre tilkoplet en bunnavfølingskopling 26 som påvirker forsterkeren 17 på en slik måte at det vesentlig sterkere ekkoet fra havbunnen ikke automatisk regulerer forsterkningen til forsterkeren 17 og derved ikke behandles som et ekte mål. A bottom sensing coupling 26 is also connected to the output of the detector 18 which affects the amplifier 17 in such a way that the significantly stronger echo from the seabed does not automatically regulate the amplification of the amplifier 17 and is thereby not treated as a real target.

Signalbearbeidelsen kan utføres som antydet på blokkskjemaet enten analogt eller digitalt ved hjelp av en mikroprosessor. Bekreftelsen av de forskjellige sendefrekvensene følger i filteret 16. Dersom forskjellige frekvenser ved annen type koding av de enkelte sendepulsene anvendes, så er det anordnet et frekvensfilter hvor det kan innsettes diskriminatorer med de aktuelle kodinger. Sendeforsterkerkopleren 15 sperrer mottakskanalene under utsendingen av sendepulsen for å forhindre overstyring og stopping av mottakskanalen av selve sendepulsen. The signal processing can be carried out as indicated on the block diagram either analogue or digital using a microprocessor. The confirmation of the different transmission frequencies follows in the filter 16. If different frequencies are used by different types of coding of the individual transmission pulses, then a frequency filter is arranged where discriminators with the relevant codings can be inserted. The transmit amplifier coupler 15 blocks the receive channels during the transmission of the transmit pulse to prevent over-control and stopping of the receive channel by the transmit pulse itself.

Dersom det istedenfor transduseranordningen på Fig. 1 innsettes en av typen vist på Fig. 2, blir koplingsoppbyggingen til peileanordningen i hovedsak den samme. Som ovenfor vil bare løpetiden og dermed avstanden kunne måles direkte, mens målretningen må utledes på bakgrunn av kodingen. Koplingsanord-ninger hvor løpetiden til en ekkopuls anvendes for å bestemme målavstanden, f.eks. en ekkoforsterker med en avstandsavhengig forsterkningsregulering, er velkjent i tallrike variasjoner fra ekkoloddteknikken. If one of the type shown in Fig. 2 is inserted instead of the transducer device in Fig. 1, the connection structure of the bearing device is essentially the same. As above, only the running time and thus the distance can be measured directly, while the target direction must be derived on the basis of the coding. Coupling devices where the duration of an echo pulse is used to determine the target distance, e.g. an echo amplifier with a distance-dependent gain control is well known in numerous variations from the sonar technique.

Slik oppfinnelsen er fremstilt hittil, har man gått ut ifra at de enkelte sendepulsene blir kodet forskjellig, eksempelvis ved at de utstråles ved forskjellige sendefrekvenser. Istedenfor å anvende forskjellige diskrete sendefrekvenser kan også frekvensen under en lydperiode veksles kontinuerlig mellom en nedre frekvensverdi fu og en øvre frekvensverdi fQ. Denne fremgangsmåte er kjent fra radarteknikken. Det lar seg gjøre å anvende en slik løsning for den foreliggende oppgave når det anvendes en anordning som angitt i kravene 7 eller 8. As the invention has been prepared up to now, it has been assumed that the individual transmission pulses are coded differently, for example by being emitted at different transmission frequencies. Instead of using different discrete transmission frequencies, the frequency during a sound period can also be continuously switched between a lower frequency value fu and an upper frequency value fQ. This procedure is known from radar technology. It is possible to use such a solution for the present task when a device as specified in claims 7 or 8 is used.

Ved denne fremgangsmåte (CTFM) er ikke nødvendigvis varigheten til det økende eller fallende frekvensforløp knyttet til den maksimale rekkevidden rm. Informasjonen vedrørende målavstanden ligger i f.eks. frekvensdifferansen mellom det øyeblikkelige mottatte signal og det umiddelbare utsendte signalet. Selv når den eksplisitte kjennskap til målavstanden ikke er nødvendig for funksjonen til anordningen, er en avstandsavhengig regulering av signalforsterkningen som regel nødvendig og ønskelig. Da i dette tilfellet differansefrekvensen er et mål for målavstanden, kan den avstandsavhengige forsterk-ningsstyringen ved en frekvensavhengig forsterkning også erstattes med et filter for signalet til differansefrekvensen, hvilket filter må ha et egnet frekvensforløp. In this method (CTFM) the duration of the rising or falling frequency progression is not necessarily linked to the maximum range rm. The information regarding the target distance is in e.g. the frequency difference between the instantaneous received signal and the instantaneous transmitted signal. Even when the explicit knowledge of the target distance is not necessary for the function of the device, a distance-dependent regulation of the signal amplification is usually necessary and desirable. Since in this case the difference frequency is a measure of the target distance, the distance-dependent gain control in a frequency-dependent gain can also be replaced with a filter for the signal of the difference frequency, which filter must have a suitable frequency curve.

Fordelen med frekvensmodulasjonsfremgangsmåten i denne anvendelsen er at det ikke som ved den ovenfor beskrevne fremgangsmåte er nødvendig for hver av de N = (p/P frekvens-eller på annen måte kodede signaler er nødvendig med en signalkanal som er utstyrt med egen avstandsavhengig forsterk-ningsinnstilling, men at en enkelt mottakskanal er tilstrekkelig. Mindre gunstig er den i alminnelighet nødvendige større mottaksbåndbredden og dermed det dårligere signal/støy-forholdet. Videre må det sørges for liten krysstale mellom de til samme The advantage of the frequency modulation method in this application is that, as with the method described above, it is not necessary for each of the N = (p/P frequency- or otherwise coded signals) a signal channel that is equipped with its own distance-dependent gain setting , but that a single reception channel is sufficient. Less favorable is the generally required larger reception bandwidth and thus the poorer signal/noise ratio. Furthermore, little cross-talk must be ensured between those of the same

tid arbeidende sende- og mottakskanaler. Det kan her dreie seg om såvel elektrisk som akustisk krysstale. Et middel som påvirker krysstalen (differansefrekvens) for å minske denne, er time working transmit and receive channels. This can be both electrical and acoustic crosstalk. A means that affects the crosstalk (difference frequency) to reduce this is

akustiske sperrer og elektriske avskjerminger, her også en egnet filtrering av differansefrekvensen. Transduseranordningen må ved denne fremgangsmåten være av typen som vist på Fig. 1 da det ikke kan gis et entydig utsagn vedrørende målpeilingen. acoustic barriers and electrical shielding, here also a suitable filtering of the difference frequency. In this method, the transducer device must be of the type shown in Fig. 1, as an unequivocal statement regarding the target bearing cannot be given.

På Fig. 4 er et blokkskjema over en slik anordning vist. A block diagram of such a device is shown in Fig. 4.

Som på Fig. 3 er det anordnet en sendetransduser 1 og en mottakstransduser 2. Signalgeneratoren 31 som styres av en tidsgiver 3 0 frembringer et lineært frekvensmodulert signal som gjentar seg selv. Dermed er det generelt tidsbestemt om det dreier seg om et signal med fallende eller stigende frekvens. Dette signalet blir forsterket i effektforsterkeren 32, ført over tilpasningsleddet 33 for impedanstilpasning til sendetransduseren 1 og utstrålt i en bred sektor cp. Mottaksgrenen inneholder den høyfokuserte hydrofonen 2 som omformer de akustiske ekkosignalene tilbake til elektriske signaler. Filteret 34 fjerner forstyrrelsessignaler som ikke ligger i arbeidsfrekvensområdet til anlegget. Det gjenværende signalet blir forsterket i forsterkeren 35 og blandet med signalet til signalgeneratoren 31 i blanderen 36. Derved kan det være tvilsomt å anvende en frekvens som er fast forskjøvet fra den momentane avstrålte sendefrekvensen. Det tilsluttende filteret 37 filtrerer ut differansefrekvensen, undertrykker krysstaledelen og trekker ut de høyere differansefrekvensene og dermed de fjerneste målekkoene. En filterbank 38 gjør det mulig å frembringe en støyfri signaldeteksjon i en bank av detektorer 39. De aktuelle signalene blir sammenført i en multiplekser 40 og ledet til en prosessor 42 over dennes analog/digital-omformer 41. Denne sentralenhet styrer taktgiveren 30 og dermed sendeprosessen, og utfører likeledes signalbearbeidelsen. Dertil hører registrering og avblending av bunnekkoet ved hjelp av signalet av trykksensorene 23 såvel som den gyldige utgave av utløsersignalene ved registrering av et gyldig mål. As in Fig. 3, a transmitting transducer 1 and a receiving transducer 2 are arranged. The signal generator 31 which is controlled by a timer 30 produces a linear frequency modulated signal which repeats itself. Thus, it is generally determined in time whether it is a signal with a falling or rising frequency. This signal is amplified in the power amplifier 32, passed over the matching link 33 for impedance matching to the transmitting transducer 1 and radiated in a wide sector cp. The receiving branch contains the highly focused hydrophone 2 which converts the acoustic echo signals back into electrical signals. The filter 34 removes interference signals that are not in the operating frequency range of the system. The remaining signal is amplified in the amplifier 35 and mixed with the signal of the signal generator 31 in the mixer 36. Thereby, it may be questionable to use a frequency which is fixedly shifted from the instantaneous radiated transmission frequency. The connecting filter 37 filters out the difference frequency, suppresses the crosstalk part and extracts the higher difference frequencies and thus the most distant target echoes. A filter bank 38 makes it possible to produce a noise-free signal detection in a bank of detectors 39. The relevant signals are combined in a multiplexer 40 and led to a processor 42 via its analog/digital converter 41. This central unit controls the clock generator 30 and thus the transmission process , and also performs the signal processing. This includes recording and deglazing the bottom echo using the signal from the pressure sensors 23 as well as the valid version of the trigger signals when registering a valid target.

Ved det her beskrevne blokkskjema-utførelseseksempel In the case of the block diagram execution example described here

dreier det seg alltid om prinsippskisser. Andre utførelsesformer er tenkbare. Eksempelvis kan signalfrembringelsen, den frekvensselektive filtreringen og detekteringen også foretas i en signalprosessor. Grensesnittet mellom analog- og digital-bearbeidelse skiller seg bare ved hva som er fornuftig for den it is always about principle sketches. Other embodiments are conceivable. For example, the signal generation, the frequency-selective filtering and the detection can also be carried out in a signal processor. The interface between analogue and digital processing differs only in what makes sense for it

aktuelle oppgave. Det samme gjelder for utførelsesformen på current task. The same applies to the embodiment of

Fig. 3. Også her vil det i den praktiske utførelsesform bli anvendt en mikroprosessor med tilordnede mateinnretninger for signalfrembringelse og eksempelvis -koding og signalbe-arbeidelse. Fig. 3. Here too, in the practical embodiment, a microprocessor will be used with associated feeding devices for signal generation and, for example, coding and signal processing.

Claims

1. Electroacoustic underwater sounding device with rotating transmitting and receiving transducers that rotate at equal speed about a vertical axis, whereby a) the transmitting transducer (1) emits a sharply defined or focused beam in the direction of its main beam direction; b) the receiving transducer (2) exhibits a larger opening angle cp in its directional diagram than the transmitting transducer; c) the main transmit direction runs ahead of the main receive direction by a predetermined angle; d) an evaluation link connected to the receiver calculates the direction of incidence of the echoes from the target on the basis of the angular position of the transmitting transducers, characterized in that e) the receiving transducer (2) exhibits an opening angle cp in the receiving diagram that satisfies the condition cp > 2rmn/c, where rm is the maximum legible target distance, c the speed of sound in the propagation medium and D. the angular velocity of the rotation of the transmitting and receiving transducers; f) the lead angle is equal to cp/2; g) several (N) transmission pulses at predetermined time intervals are emitted during a predetermined transmission sequence at the maximum echo duration tm = 2rm/c; h) the transmission pulses radiated one after the other in a transmission sequence (tm) are coded differently; i) several assigned signal channels (16-19) are arranged in the receiver, one for each individual coding; and that j) the evaluation coupling calculates the direction of incidence of the echo from the target (Fig. 2) on the basis of the received coding and the associated angular position of the transmitting transducer.

2. Electroacoustic underwater sounding device with transmitting and receiving transducers rotating at equal speed about a vertical axis, where a) the receiving transducer (2) exhibits a focused receiving pattern in the direction of its main receiving direction; b) the transmitting transducer (1) has a larger opening angle in its transmission diagram than the receiving transducer; and c) an evaluation coupling connected to the receiver when receiving the echoes calculates the direction of incidence of the echoes from the target, on the basis of the angular position of the receiving transducer, characterized in that d) the transmitting transducer (1) exhibits an opening angle cp in its directional diagram, which angle satisfies cp > 2rmf2/c , where rm is the maximum target distance that can be deciphered, c is the speed of sound in the propagation medium and f2 is the angular speed of the rotation of the transmitting and receiving transducers; e) the main transmission direction runs at an angle <p/2 in front of the main reception direction; f) several (N) transmission pulses are radiated at predetermined time intervals during a predetermined transmission sequence at the maximum echo duration tm = 2rm/c; g) the successively radiated transmit pulses in a transmit sequence (tm) are differently coded; and that h) the receiver is equipped with different assigned signal channels (16-19) for the individual codes (Fig. 1 and 3).

3. Bearing device according to claim 2, characterized in that the evaluation device of the receiver, on the basis of the transmission time determined by the received coding and the time of the echo reception, calculates the echo duration t = 2r/c, and hence the target distance r.

4. Bearing device according to claim 2 or 3, characterized in that the coding of the successive transmission pulses takes place at different transmission frequencies.

5. Indicator device according to claim 2, 3 or 4, characterized by) a clock transmitter (11) which controls on the one hand the coding of the transmission pulses and on the other hand the switching of the inputs to a multiplexer (20) which is connected to the different reception channels (16-19); b) a code generator (10) for the individual transmission pulses; c) a filter coupling (16) in the receiver which is tuned to the individual codings (frequencies) of the transmission signals; d) an echo detector (18) with downstream integrator (19) in each of the receiving channels between the filter coupling (16) and the multiplexer (20); e) an alarm or trigger device (22) which is connected to the output of the multiplexer (20).

6. Bearing device according to one of claims 1 to 5, characterized in that at an opening angle cp for the transducer with the broad directional diagram and at an opening angle f3 for the sharply defined or focused transducer, the number N of transmitted transmission pulses which are sent at equal time intervals, is under a transmission sequence at least equal to N = 9//3.

7. Electroacoustic underwater sounding device with transmitting and receiving transducers that rotate at equal speed about a vertical axis, where a) the transmitting transducer (1) emits a sharply focused beam in the direction of its main beam direction; b) the receiving transducer (2) exhibits a larger opening angle cp in its directional diagram than the transmitting transducer; c) the main transmit direction runs ahead of the main receive direction by a predetermined angle; d) an evaluation link in the receiver calculates the direction of incidence of the echoes from the target on the basis of the angular position of the transmitting transducer, characterized in that e) the receiving transducer (2) exhibits an opening angle 9 in its receiving diagram, which angle satisfies 9 > 2rmn/c, where rm is the maximum target distance to be deciphered, c the speed of sound in the propagation medium and n the angular speed of the rotation of the transmitting and receiving transducers ; f) the advance angle is cp/2 ; g) the frequency of the transmission radiation is changed uniformly between a lower limit value (fu ) and an upper limit value (fD) during a predetermined transmission sequence (tm) at the maximum echo duration tm = 2rm/c; h) the receiver is equipped with a frequency detector (38, 39) which covers the frequency range of the transmission radiation; and that i) the evaluation coupling (40-42) on the basis of the output signal from the frequency detector and the angular position of the transmitter transducer which is assigned to the reception frequency, calculates the direction of incidence of the echoes from the target (Fig. 2).

8. Electroacoustic underwater sounding device with transmitting and receiving transducers rotating at equal speed about a vertical axis, where a) the receiving transducer (2) exhibits a focused receiving pattern in the direction of its main receiving direction; b) the transmitting transducer (1) has a larger opening angle in its transmission diagram than the receiving transducer; and c) an evaluation link in the receiver calculates the direction of incidence of the echoes from the target based on the angular position of the receiving transducer when receiving echoes; characterized in that d) the transmitting transducer (1) exhibits an opening angle cp in its directional diagram, which angle satisfies cp > 2rmf2/c, where rm is the maximum target distance to be deciphered, c the speed of sound in the propagation medium and n the angular velocity of the rotation of the transmitting and receiving transducers ; e) the main transmission direction runs an angle cp/2 in front of the main reception direction; f) the frequency in the transmission radiation changes uniformly between a lower limit value (fu) and an upper limit value (fQ) during a predetermined transmission sequence (tm) at the maximum echo duration tm = 2rm/c; and that g) the receiver is equipped with a frequency detector that covers the frequency range of the transmission radiation (Fig. 1 and 4).

9. Bearing device according to claim 8, characterized in that the receiver's evaluation coupling is designed to calculate the echo duration t = 2t/c and hence the target distance r, based on the transmission time determined by the reception frequency and the time of the echo reception.

10. Bearing device according to claim 8 or 9, characterized by) a frequency modulator (31) in the transmission channel (30-33) controlled by a clock transmitter (30); b) a mixer (36) in the receiving channel (34-38), which is supplied with the transmission signal on one side and the reception signal on the other side; c) a selective detector coupling (38, 39) in communication with the output of the mixer (36); d) a multiplexer (40) connected to the outputs of the detector connection (38, 39) with a downstream analog/digital converter (41); e) a processor (42) which is connected to the analogue/digital converter, and an alarm or trigger device (22) controlled by the processor. (Fig. 1 and 4.)

11. Bearing device according to claim 1 or 7, characterized in that the receiver's evaluation coupling is designed to calculate the target distance r on the basis of the echo travel time t = 2r/c.