NO309446B1

NO309446B1 - Undervanns deteksjonssystem

Info

Publication number: NO309446B1
Application number: NO942915A
Authority: NO
Inventors: Itsuo Fukuoka; Takashi Yoshioka; Tatsuo Hayashi; Masato Kawai; Yasushi Nishimori
Original assignee: Furuno Electric Co
Priority date: 1992-02-06
Filing date: 1994-08-05
Publication date: 2001-01-29
Also published as: NO942915D0; JP3088174B2; CA2117432C; WO1993016399A1; CA2117432A1; NO942915L; US5561641A; JPH05215852A

Description

Denne oppfinnelse gjelder et undervanns deteksjonssystem som kan bestemme bærebølgefrekvenser (innbefattet vinkelfrekvenser) for ultralydsignaler som ankommer fra et stort søkeområde, og nærmere bestemt et undervanns deteksj onssystem som er i stand til å presentere registrerte mål i forskjellig farge i avhengighet av deres hastighet under forflytting, for eksempel som følge av de målte bærebølgefrekvenser.

Konvensjonelle ekkoloddapparater eller sonarer og som presenterer detekterte ekkoer i samsvar med ekkonivåinformasjon har ulemper såsom: 1. Informasjon vedrørende relative ekkointensiteter kan tapes på grunn av signal-metningsfenomener, 2. lavnivåsignaler kan maskeres av eller forsvinne i høynivåsignaler og derved bli umulige å skille ut, og 3. fra ekkosignaler med samme intensitetsnivå vil ofte intet kunne skilles ut.

Forskjellige forbedringer er blitt utført i så måte for å unngå disse problemer, innbefattet økning av sonarmottakernes dynamiske omfang, innsetting av automatisk forsterkningsregulering (AGC) og utvikling av nye teknikker for signalprosessering. Til tross for slike virkemidler vil det ikke være mulig å skille eller diskriminere mellom enkelte signaler som ikke har forskjell i signalnivå, slik som indikert under punkt 3 ovenfor, så lenge man bare har signalinformasjonen selv å holde seg til.

Hvis man ved hjelp av sonar eller ekkolodd ønsker å registrere en fiskestim skjer dette ved at det ekko som sendes tilbake fra stimen kan ha noe forskjøvet frekvens, som følge av det fenomen som kjennes som Dopplerfrekvensforskyvning. Hvis frekvensforskyv-ningen (eller faseforskyvningen) (på grunn av innbyrdes bevegelse mellom ultralydsendersted og ekkogivende objekt eller mål) kan registreres uten at det går på bekostning av ekkoloddets eller sonarens evne til å frembringe hurtig avsøking (eller sanntids prosessering) og et stort søkeområde så vel som god retnings- og avstandsoppløsning, vil det være mulig å skille mellom forskjellige mål ut fra deres ultralydekkoer, når de første mål er i bevegelse, mens de andre er stasjonære såsom sjøbunnen. Det vil også være mulig å gjenkjenne forskjeller i bevegelseshastighet for fiskestim, hvilket vil føre til en betydelig forbedring i evnen til å skille mellom enkelte mål. Av denne grunn har enkelte konvensjonelle sonarer evnen til å registrere Dopplerforskyvningsnivå (se f.eks. patentskriftet JP 57-29975).

Slike konvensjonelle systemer er imidlertid bare så vidt i stand til å måle Doppler-forskyvning for ultralydekkoer i en bestemt retning og ikke generelt hurtige målinger for ekkoer fra et større dekningsområde. Dette er grunnen til at det ennå ikke er tilbudt noen sonar som kan presentere forflyttingshastigheter av undervanns mål basert på frekvensinformasjon. Det har derfor lenge vært et ønske å kunne utvikle et system som kan gi sanntidsmålinger av forflyttingshastigheter for større fiskestim innenfor et stort søke- eller dekningsområde.

Denne oppfinnelse søker å løse disse problemer som er knyttet til konvensjonelle systemer. Det er følgelig et mål med oppfinnelsen å skaffe tilveie et undervanns deteksjonssystem som kan utlede frekvensinformasjon fra mottatte ekkoer ved stor hastighet og tilveiebringe frekvensinformasjonen på en måte som forbedrer evnen til å skille enkelte mål fra hverandre.

Et undervanns deteksjonssystem i henhold til oppfinnelsen og det etterfølgende patentkrav 1 er særlig kjennetegnet ved en bærebølgefrekvensmålekrets som innbefatter ultralydmottakerkretser for å motta ultralydsignaler som ankommer fra et bredt søkeområde under dreining av en første ultralydstråle ledsaget av en andre ultralydstråle, idet den andre ultralydstråle er forsinket i forhold til den første ultralydstråle med en fast vinkelforskjell 6, detektorkretser for å detektere separate signaler som opptas av de to ultralydstråler frembrakt av ultralydmottakerkretsene, forsinkelseskretser for å forsinke signalet som opptas av den første ultralydstråle og som ankommer en tidsperiode x før den andre ultralydstråle som følge av vinkelforskjellen 6, med samme tidsperiode x i et utgangstrinn i ultralydmottakerkretsene eller detektorkretsene, kretser for beregning av faseforskjell for å bestemme faseforskjellen mellom de to signaler som detekteres av detektorkretsene, kretser for å beregne bærebølgefrekvensen f av de mottatte ultralydsignaler ut fra faseforskjellen som er beregnet av kretsene for faseforskjellsberegning, i henhold til ligningen f AilV(2jrt), og en filter/amplitude/fargeomvandlerkrets for å velge bare slike amplitudedata ut fra de data som utledes av signalene som detekteres av detektorkretsene, som ligger innenfor et ønsket frekvensområde og deretter føres til utlesing av spesifikke fargedata i avhengighet av enkeltverdier for de valgte amplitudedata, og en visningsenhet for presentasjon av fargedata.

Ifølge det undervannsdeteksjonssystem som er angitt i krav 1 sørger frekvensmålekretsen først for at ultralydstrålen avsøker søkeområdet, etterfulgt av den andre ultralydstråle, idet vinkelavstanden mellom dem er 6. Signalet som opptas av den første stråle før den andre stråle tidsperioden x bak, idet denne tidsperiode tilsvarer vinkelforskjellen 0, forsinkes med samme tidsverdi x for å eliminere tidsforsinkelse mellom signalene som opptas av de to stråler. Kretsene for beregning av faseforskjell fastslår deretter faseforskjellen Aip mellom signalene, og frekvensen av de mottatte ultralydsignaler beregnes ut fra faseforskjellen i henhold til ligningen angitt ovenfor. Virkemåten for målekretsen for frekvensmåling og eksempler på kretsoppbygging vil gjennomgås senere.

Bærebølgefrekvensen f som på denne måte bestemmes innbefatter en Dopplerfrekvens som forårsakes av den relative hastighet mellom målet eller kilden av ultralydsignalene og eget skip. Med en slik anordning vil det være mulig å oppnå informasjon om hastigheten av målet i forhold til eget skip ut fra den verdi man får for bære-bølgefrekvensen f. Fargedata som tilsvarer bærebølgefrekvensen f kommer ut fra frekvens/fargeomvandleren og vises på visningsenheten i form av en målhastighetsavbildning.

Man kan videre ha variansberegningskretser for å utlede variansdata som indikerer variasjonsgraden for bærebølgefrekvensen f utledet av frekvensmålekretsen, en varians/fargeomvandlerkrets for å frembringe spesifikke fargedata i avhengighet av de enkelte variansdata verdier, og en visningsenhet for å presentere fargedata.

De variansdata som er representative for frekvens- eller hastighetsvariasjonene kan bestemmes ut fra de enkelte bærebølgefrekvenser som fremkommer ved frekvensmålingen, og de vises i visningsenheten i form av en variansdataavbildning som kan brukes for å skille forskjellige fiskearter fra hverandre.

En frekvens/varians/fargeomvandlerkrets kan brukes for å frembringe spesifikke fargedata i avhengighet av de enkelte verdier av de målte bærebølgefrekvenser f og variansdata.Data for en bestemt farge kan derved leses ut fra frekvens/varians/farge-omvandlerkretsen i avhengighet av verdiene av hver målt bærebølgefrekvens f og variansdata, og kan vises i visningsenheten. Med en slik anordning vil det være mulig å fastslå målhastighetsnivået (utledet fra bærebølgefrekvensene) og variasjoner i målhastigheter (utledet fra variansdata).

Den angitte filter/amplitude/fargeomvandlerkrets brukes til å velge bare slike amplitudedata ut fra de data som utledes av signalene som detekteres av detektorkretsene, som ligger innenfor et ønsket frekvensområde og deretter føres til utlesing av spesifikke fargedata i avhengighet av enkeltverdier for de valgte amplitudedata, og en visningsenhet for presentasjon av fargedata.

Et ønsket frekvensområde kan velges med referanse til bærebølgefrekvensen f slik at bare de amplitudedata som finnes å ligge innenfor frekvensområdet blir fargeomvandlet, for derved å undertrykke interferens fra signaler i andre frekvensbånd. Alternativt kan man ved å tillate fargeomvandling av bare slike signaler som overskrider en bestemt frekvens (hastighet) muliggjøre skille mellom objekter i bevegelse og stasjonære objekter såsom avbildning av sjøbunnen eller vannoverflaten, slik at de stasjonære ikke blir vist i en visningsenhet, f.eks. på en skjerm.

Ved å foreta omvandlingen slik at man får fargedata kan systemets omvandlerkrets bruke amplitudeinformasjonen som kommer inn som innkommende data, som en referanse, hvorved bare slike innkommende data som overstiger et bestemt amplitudenivå blir omvandlet. Med en slik anordning er det mulig å eliminere lavnivåsignaler som forårsakes av uønsket støy for eksempel, fra å bli vist på skjermen.

Et undervanns deteksjonssystem ifølge krav 2 er konstruert på samme måte som systemet angitt i krav 1, men omfatter videre lagringskretser for å lagre enkelte verdier av bærebølgefrekvensene f tilført fra frekvensmålekretsen, en indikatorenhet for å spesifisere et bestemt område på visningsenheten, utlesingskretser for å lese ut data vedrørende bærebølgefrekvensen f fra lagerposisjoner i lagerkretsene tilsvarende det område som er spesifisert av indikatorenheten, en frekvenshistogramgenerator for å frembringe et histogram ut fra bestemmelsen av fordelingen av bærebølgefrekvenser f basert på de data som leses ut av utlesingskretsene, og visningskretser for å presentere histogrammet.

Det system som er angitt i krav 2 spesifiserer et bestemt område i et amplitudenivåbilde (som viser fargekodet amplitudeinformasjon) eller i målhastighetsavbildningen vist i visningsenheten, hvoretter frekvensfordelingen bestemmes ut fra de bærebølgefrekvenser f som leses ut fra det bestemte område. Med en slik anordning kan histogrammet som viser frekvensfordelingen vises i et bestemt område i enheten.

Mer enn ett bilde såsom målhastighetsavbildningen og variansdatabildet kan gjerne vises i samme visningsenhet, for eksempel det ene bildet i den øvre halvdel og det andre bilde i den nedre halvdel av en skjerm. En slik anordning tillater direkte sammenligning mellom to forskjellige avbildninger, hvilket kan tjene til ytterligere forbedring av måldiskrimineringsevnen.

Har man i tillegg en kompensasjonskrets for skipshastigheten og anordnet over bakken, kan man beregne en bærebølgefrekvens fe som angir den tilsvarende hastighet over bakken av et mål ved å trekke frekvensen fl for skipshastigheten fra hver bære-bølgefrekvens f tilført fra frekvensmålekretsen. Målets hastighet beregnes da ved å trekke fra (Doppler)frekvensen fl for "over-bakke-skipshastigheten" fra bærebølgefrekvensen f tilført fra målekretsen for bærebølgefrekvenser.

En kompensasjonskrets for skipshastigheten "gjennom vannet" kan brukes til å beregne en bærebølgef rekvens fw som angir gjennom-vann-hastigheten for et mål ved å trekke frekvensen f2 tilordnet gjennom vann-skips-hastigheten fra hver bære-bølgefrekvens f tilført fra målekretsen for bærebølgefrekvenser, nemlig ved å bestemme bærebølgefrekvensen fw som er representativ for gjennom-vann-hastigheten for selve målet ved å trekke fra (Doppler) frekvensen f2 tilordnet gjennom-vann-skipshastigheten fra bærebølgefrekvensen f tilført fra målekretsen for bærebølgefrekvenser.

Frekvensen fl tilordnet over-bakke-skipshastigheten kan finnes ved å dele opp en Dopplerfrekvens som tilsvarer over-bakke-skipshastigheten frembrakt fra slikt eksternt utstyr som navigasjonshjelpemidler, i hver asimutkomponent, og det er videre mulig å bestemme frekvensen f2 tilordnet gjennom-vann-skipshastigheten ved å dele opp Doppler-frekvensen som tilsvarer gjennom-vann-skipshastigheten slik denne frembringes av slikt eksternt utstyr såsom et vannstrømmåleapparat, til hver enkelte asimutkomponent. Frekvensen fl som er tilordnet over-bakke-skipshastigheten kan bestemmes for hver horisontal retning ved å lagre enkelte bærebølgefrekvenser f en gang, tilført fra målekretsen for bærebølgefrekvenser og til et hovedlager, ved å spesifisere et ønsket utlesingsområde i lageret og deretter lese ut i sekvensiell orden de bestemte bærebølgefrekvenser f fra utlesingsområdet og i en forhåndsbestemt rekkefølge med hensyn til lageradresser. Frekvensen fl som er tilordnet over-bakke-skipshastigheten kan bestemmes ved å lese ut bærebølgefrekvenser f for de enkelte horisontale retninger, idet man i så fall setter opp som et estimat en kosinuskurve fra de utleste data og med retningen valgt langs den horisontale akse, og deretter ny utlesing av bærebølgefrekvenser f for de enkelte horisontale

retninger, med referanse til den estimerte kosinuskurve.

En ytterligere finesse kan være at hele mengden av bærebølgefrekvenser f som utledes i en enkelt transmisjonssyklus kan lagres i hovedlageret og samtidig kompenseres med frekvensen fl tilordnet over-bakke-skipshastigheten. De enkelte bærebølgefrekvenser kan for øvrig sekvensielt tilføres fra frekvensmålekretsen og kompenseres i sanntid med frekvensen fl tilordnet over-bakke-skipshastigheten. Frekvensen f2 som er tilordnet gjennom-vann-skipshastigheten bestemmes helst for hver horisontal retning ved lagring en gang av enkelte bærebølgefrekvenser f tilført fra frekvensmålekretsen til et hovedlager, hvoretter et ønsket utlesingsområde i hovedlageret spesifiseres, og til sist leses sekvensielt bærebølgefrekvensene f ut fra det spesifiserte utlesingsområde i en forhåndsbestemt rekkefølge med hensyn til lageradresser, på en tilsvarende utlesingsmåte som angitt ovenfor.

Frekvensen f2 som er tilordnet gjennom-vann-skipshastigheten kan bestemmes ved estimering av en kosinuskurve fra datautlesningen for de enkelte horisontale retninger og med hovedretning eller bæring langs den horisontale akse, og gjentatt utlesing av bære-bølgefrekvenser for de enkelte horisontale retninger med referanse til den estimerte kosinuskurve på en tilsvarende utlesingsmåte. Hele gruppen bærebølgefrekvenser f som er utledet fra en enkelt transmisjonssyklus kan lagres i hovedlageret og samtidig kompenseres med frekvensen f2tilordnet gjennom-vann-skipshastigheten påtilsvarende måte som ovenfor.

Enkelte bærebølgefrekvenser f som i sekvens tilføres fra målekretsen for bære-bølgefrekvenser kan kompenseres i sanntid med frekvensen f2 tilordnet gjennom-vann-skipshastigheten. Hver bærebølgefrekvens fe som er representativ for målets over-bakke-hastighet eller hver bærebølgefrekvens fw som er representativ for målets gjennom-vann-hastighet kan vises i en farge som tilsvarer frekvensverdien og i form av et målhastighetsbilde. I avhengighet av verdien av hver kompensert bærebølgefrekvens fe representativ for målets over-bakke-hastighet eller hver kompensert bærebølgefrekvens fw representativ for målets gjennom-vann-hastighet og også i avhengighet av om Dopplerfrekvensforskyvningen er positiv eller negativ, kan en visningsenhet utnyttes for presentasjon av de presenterte fargedata.

Særlig kan data for en bestemt farge leses ut og vises som et målhastighetsbilde hvis enkelte elementer er avhengig av verdien av hver kompensert bærebølgefrekvens fe som representerer målets over-bakke-hastighet eller hver kompensert bærebølgefrekvens fw som representerer målets gjennom-vann-hastighet, og dessuten i avhengighet av om en slik bærebølgefrekvens fe eller fw er høyere eller lavere enn den utsendte frekvens. Med en slik anordning er det mulig å få kjennskap til over-bakke- eller gjennom-vann-målhastighetsnivåene og målbevegelsesretningene ut fra målhastighetsbildet eller

-avbildningen. Disse fargedata for flere farger kan klassifiseres i en gruppe kalde farger og en gruppe varme farger for eksempel, i avhengighet av om hver bærebølgefrekvens

fe eller fw, etter som hvilken av disse er aktuell, er høyere eller lavere enn den utsendte frekvens, med bestemte farger tilordnet enkelte verdier av bærebølgefrekvensene fe eller fw i både gruppen med kalde farger og gruppen med varme farger. Med en slik anordning vil det være mulig å få kjennskap til målhastighetsnivåene og målets bevegelsesretninger ut fra hver enkelt vist farge. Videre kan det være avsatt variansberegningskretser for å utlede variansdata for indikasjon av variasjonsgraden av den kompenserte bære-bølgefrekvens fe som er representativ for hvert måls over-bakke-hastighet eller den kompenserte bærebølgefrekvens som er representativ for målets gjennom-vann-hastighet, og en varians/fargeomvandler for utlesing av bestemte fargedata i avhengighet av spesielle variansdataverdier, og en visningsenhet for presentasjon av fargedata. Et variansdatabilde presenteres dermed for indikasjon av variansen i bærebølgefrekvensen fe representativ for målets over-bakke-hastighet eller den kompenserte bærebølgefrekvens fw som er representativ for målets gjennom-vann-hastighet. En frekvens/varians/fargeomvandler kan være innrettet for utlesing av bestemte fargedata i avhengighet av bestemte verdier for de kompenserte bærebølgefrekvenser fe eller fw og variansdata og/eller fargedata som tilsvarer enkelte verdier av de kompenserte bærebølgefrekvenser fe eller fw og variansdata. Med en slik anordning er det mulig å få kjennskap til målets over-bakke- og gjennom-vann-hastighet så vel som bevegelsesretningene. Med en filter/amplitude/fargeomvandler for bare seleksjon fra de amplitudedata som er utledet av signalene som detekteres av detektorkretsene, vil bare de amplitudedata som ligger innenfor et ønsket frekvensområde føres ut, og deretter kan utlesing av bestemte fargedata foretas i avhengighet av de enkelte verdier av de selekterte amplitudedata. En visningsenhet for presentasjon av fargedata brukes i denne sammenheng.

Det er mulig å undertrykke interferens fra signaler med frekvens fra andre frekvensbånd og skille mellom stasjonære og ikke-stasjonære objekter slik det er angitt ovenfor. Ved omvandlingen til fargedata kan omvandlerkretsene bruke den amplitudeinformasjon som ligger i de innkommende data som en referanse og bare omvandle slike innkommende data som overskrider et bestemt amplitudenivå. Med en slik anordning vil det være mulig å eliminere lavnivåsignaler som forårsakes av f.eks. uønsket støy, fra å bli vist på skjermen eller i visningsenheten. Man kan ha lagringskretser for å lagre kompenserte bærebølgefrekvenser fe som er representative for over-bakke-målhastigheter eller kompenserte bærebølgefrekvenser fw som er representative for gjennom-vann-målhastigheter, en indikatorenhet for å angi et ønsket område på visningsenheten, datautlesingskretser for å lese ut bærebølgefrekvensdata fra de lagerplasser i lagringskretsene i som tilsvarer området som er angitt av indikatorenheten, en frekvenshistogramgenerator for å frembringe et histogram under bestemmelsen av fordelingen av bærebølgefrekvenser ut fra de utleste data fra datautlesingskretsene, og en visningsenhet for presentasjon av histogrammet. Det er altså spesifisert et bestemt område i den kompenserte skipshastighet angitt som en amplitude i nivåavbildningen (som viser fargekodet amplitudeinformasjon) eller målhastighetsavbildningen som er vist i visningsenheten, og frekvensfordelingen bestemmes ut fra bærebølgefrekvensene f som leses ut fra det spesifiserte område. Med en slik anordning kan histogrammet som viser frekvensfordelingen vises et bestemt sted i visningsenheten eller på skjermen.

Det er videre mulig samtidig å vise mer enn en avbildning slik som avbildningen for den kompenserte skipshastighet og målhastigheten, og en variansdataavbildning på samme skjerm, for eksempel en avbildningshalvdel på den øvre halvdel og en annen del av bildet på den nedre halvdel av skjermen. En slik anordning tillater direkte sammenligning mellom to forskjellige bilder eller avbildninger, hvilket tjener til ytterligere forbedring av måldiskrimineringsevnen. Den fargeomvandlerkrets som er angitt ovenfor kan konfigureres med et leselager (ROM) for lagring av fargedata tilsvarende de enkelte verdier for de innkommende data. Særlig er ultralydmottakerkretsene utrustet med et par ultralydtransduktorelementer som dreies mekanisk rundt.

Systemets ultralydmottakerkretser kan omfatte flere ultralydtransduktorelementer anordnet i en sirkulær gruppe og innrettet for å bli valgt i et bestemt antall av tilstøtende elementer under sekvensiell forskyvning av det valgte antall ved hjelp av elektrisk omkobling, for å frembringe den første ultralydstråle ved syntese av fasen av signalene som mottas av hvert utvalgt transduktorelement, og for videre å frembringe den andre ultralydstråle som er skilt fra den første ved vinkelforskjellen 0, på tilsvarende måte, eller i en lineær gruppe og innrettet for å bli valgt i et bestemt antall av tilstøtende elementer under sekvensiell forskyvning av det valgte antall ved hjelp av elektrisk omkobling, for å frembringe den første ultralydstråle ved syntese av fasen av signalene som mottas av hvert utvalgt transduktorelement, og for videre å frembringe den andre ultralydstråle som er skilt fra den første ved vinkelforskjellen 0, på tilsvarende måte.

Bærebølgefrekvensmålekretsen angitt ovenfor kan omfatte avsøkingskretser for dirigering av den første og den andre ultralydstråle under omkobling fra helomløpsavsøking til sektoravsøking, for å gi øket avtastingstakt og påfølgende bedring av oppløsningen som følge av omkoblingen, og/eller andre forsinkelseskretser som i forhold til den første og den andre ultralydstråle har en gjensidig vinkelforskyvning på 2ji - 0 og innfører en tidsforsinkelse x2 tilsvarende denne vinkelforskyvning 2n - 0 i signalet som mottas av en av ultralydstrålene en tidsperiode x2 foran den andre stråle, andre kretser for å beregne faseforskjellen Ai|>' mellom signalet som føres ut fra de andre forsinkelseskretser og signalet som mottas av den andre ultralydstråle, og dessuten kretser for å beregne bære-bølgefrekvensen f2 = Aa|)7(2jtx2) fra faseforskjellen Aty' og føre ut en sann bære-bølgefrekvens hvor bærebølgefrekvensen fog bærebølgefrekvensen f2 sammenfaller med hverandre.

Når faseforskjellen Aip som er bestemt av frekvensmålekretsen overstiger 2ji oppstår en folding (eller tilbakestilling til null) for vinkelfrekvensen. Som et resultat av dette får man flere bærebølgefrekvenser, f.eks. fl—f4 innenfor systemets frekvensbåndbredde, slik at det blir umulig å finne en unik bærebølgefrekvens. Hvis faseforskjellen er redusert for å unngå nulltilbakestilling for vinkelfrekvensen vil det være mulig å bestemme en unik bærebølgefrekvens for eksempel f2', men nøyaktigheten ville ikke være god nok. Imidlertid er det mulig å bestemme en presis bærebølgefrekvens f2 blant de fire frekvenser fl-f4 ved å sammenligne med bærebølgefrekvensen f2'. Det kan følgelig være to forskjellige f aseforskj eller x og 2n - x i forhold til de to ultralydstråler, og bærebølgefrekvensen bestemmes ut fra disse to f asef orskj eller, eller to forskjellige f asef orskj eller x og 2jt + x i relasjon til de to ultralydstråler, eller to andre faseforskjeller, nemlig x og 2n relatert til de to ultralydstråler.

Figur 1 viser et diagram over et første prinsipp som benyttes ifølge oppfinnelsen for bærebølgefrekvensmåling, figur 2 viser et tidsskjema for anvendelsen av to ultralydstråler som er dannet i henhold til figur 1, figur 3 viser et blokks kjerna av en bære-bølgefrekvensmålekrets som bygges på det første prinsipp med et par ultralydtransduktorelementer som dreies, figur 4 viser et blokks kjerna av en frekvensmålekrets som bruker tilpassede filtere i stedet for en kvadraturdetektor slik det gjøres ifølge figur 3, figur 5 viser et blokkskjema av en frekvensmålekrets som utfører samme funksjon som kretsen vist på figur 3, men bare med ett ultralydtransduktorelement, figur 6 viser et blokkskjema over en som bruker flere ultralydtransduktorelementer anordnet i en sirkulær gruppe, figur 7 viser et blokkskjema av en bærebølgefrekvensmålekrets som bruker tilpassede filtere i stedet for en kvadraturdetektor slik det gjøres ifølge figur 6, figur 8 viser et blokkskjema av en frekvensmålekrets som bruker fasesyntesekretser i stedet for kvadraturdetektoren vist på figur 6, figur 9 viser et koblingsskjema for fasesyntesekretsene vist på figur 8, figur 10 viser et koblingsskjema for en faseforskjellsberegningskrets med en modifisert kretsutforming i forhold til de som er vist i frekvensmålekretsene vist i de tidligere tegninger, figur 11 viser et blokkskjema av en frekvensmålekrets som bruker et arbeidslager (RAM) for datalagring og en sentral prosessorenhet (CPU) for datautlesing i stedet for den forsinkelseskrets som er vist på figur 8, figur 12 viser et blokkskjema over en frekvensmålekrets som frembringer en enkelt ultralydstråle ved hjelp av kretsen vist på figur 6, figur 13 viser et blokkskjema av en frekvensmålekrets som frembringer en enkelt ultralydstråle ved hjelp av den anordning som er vist på figur 8, figur 14 viser et blokkskjema av en frekvensmålekrets som bruker et arbeidslager for datalagring og en sentral prosessor for datautlesing i stedet for forsinkelseskretsen vist på figur 13, figur 15 viser et skjema over et andre prinsipp som brukes i en bærebølgefrekvensmålekrets i henhold til oppfinnelsen, figur 16 viser et blokkskjema av en frekvensmålekrets som bygger på dette andre prinsipp, fig 17 viser et diagram over de effektspektra som oppnås av en effektspektrumsberegningskrets og en fasespektrumsberegningskrets av den type som inngår i skjemaet på figur 16, figur 18 viser et blokkskjema av en krets for skipshastighetskompensasjon og visning i en bestemt utførelse av oppfinnelsen, figur 19 viser et skjema som illustrerer et sporingsmønster for et søkepunkt når en ultralydstråle dreies rundt, figur 20 viser adressekart i hovedlageret slik de er anvendt i henhold til figur 18, figur 21 viser et eksempel på en visning i en visningsenhet såsom den vist på figur 18, figur 22 viser et skjema som et eksempel på fargeomvandling og utført av frekvens/farge-omvandleren vist på figur 18, figur 23 viser et skjema over den variansberegningskrets som er brukt i henhold til figur 18, figur 24 viser en variant av samme, figur 25 viser et skjema over en visningsenhet for fremvisning av et histogram innsatt i en målhastighetsavbildning i samme enhet, figur 26 viser et skjema over adresser innenfor et hovedlager som tilsvarer et område som er angitt i figur 25, figur 27 viser et skjema over et visnings-bilde hvor et amplitudenivåbilde og et målhastighetsbilde vises samtidig, figur 28 viser et skjema over tidsstyringen (timingen) for de enkelte deteksjoner av ankommende ekkoer når ultralydstrålen dreies over en hel omdreining, figur 29 viser samme under dreining av en halv omdreining, figur 30 viser forholdet mellom de detekterte fasef orskj eller Aty og de tilsvarende vinkelfrekvenser co, figur 31 viser et skjema over båndbreddene for fire bærebølgevinkelfrekvenser ool-co4 innenfor en bestemt frekvensbåndbredde for systemet, som et resultat av nulltilbakestilling av faseforskjellen Aty slik som indikert på figur 30, figur 32 viser et skjema over båndbredden for en vinkelfrekvens co5 innenfor systemets båndbredde når nullstillingen i henhold til figur 30 er utelatt, figur 33 viser et skjema over to faseforskjeller som oppnås med to ultralydstråler, figur 34 viser et skjema over kretsoppkoblingen for to faseforskjeller med to ultralydstråler, figur 35 viser et skjema over hvordan en tredimensjonal hastighetsvektor oppnås, figur 36 viser et skjema over hvordan hastighetsvektorer oppnås for et ønsket tredimensjonalt område, figur 37 viser en tredimensjonal hastighetsvektoroversikt i et diagram, figur 38 viser et todimensjonalt hastighetsvektordiagram, og figur 39 viser et skjema over et eksempel på en hastig-hets vektorpresentasj on på en visningsenhet.

Et undervanns deteksjonssystem ifølge oppfinnelsen omfatter en bærebølgemålekrets 50 for måling av bærefrekvens og en signalprosesseringskrets 100 koblet til målekretsen 50. Et første prinsipp som bærebølgefrekvensmålingen bygger på skal nå gjennomgås med henvisning til figur 1.

På figur 1 er vist to "mottakende" ultralydstråler P og Q som henholdsvis er tilveiebrakt av et ultralydtransduktorelement lp og lq. De to ultralydstråler P og Q avsøker en omsluttende vannmasse ved samme hastighet om et dreiesentrum eller rotasjonspunkt O og har til enhver tid samme mellomliggende vinkel 0 i horisontalplanet. Som en følge av dette vil de to stråler P og Q motta ultralydekkosignaler fra en bestemt retning (y-retningen i eksempelet) med samme konstante tidsforskjell x, hvilket fremgår av figur 2(a) og 2(b). Det skal bemerkes at dreiebevegelsen av transduktorelementene lp og lq og som frembringer ultralydstrålene P og Q bevirker Dopplereffekt på ultralydstrålene som ankommer fra mål.

Et ultralydsignal p(t) som opptas av ultralydstrålen P foran den tilsvarende stråle Q, nemlig tidsintervallet x foran, kan angis med følgende ligning:

hvor S(t) er amplituden av ultralydsignalet som bestemt av retningskarakteristikken for ultralydstrålen P og hastigheten av stråleavsøkingen i horisontalplanet, mens leddet

cos{cot + a + m(t) + f}} angir fasen av ultralydsignalet. co er ultralydsignalets bære-bølgevinkelfrekvens ved ankomst fra et mål, a er fasen av det ankommende ultralydsignal i utgangspunktet, |3 er faseforskyvningen som vil dannes i et mottakersystem, og m(t) angir en faseforskyvning som bevirkes av Dopplervirkningen når ultralydstrålen P mottar ultralydsignalet under dreiningen. Det er derfor klart at m(t) = 0 når strålene P og Q ikke dreier eller når den ene stråle (P i dette tilfelle) beveger seg i x-retningen normalt på y-retningen. I ligningen (1) over angir cot + a fasen av det innfallende ultralydsignal, mens m(t) + (3 angir en faseforskyvning som bevirkes av avsøkingen av ultralydstrålen

P.

Betrakter man et innkommende signal q(t) som tas opp av ultralydstrålen Q blir fasen av det innfallende ultralydsignal cot + a som er det samme som i tilfellet når ultralydsignalet lett tas opp av strålen P. Faseendringen som skyldes den roterende avsøking av strålen Q er imidlertid m(t) - x + (3, og følgelig vil inngangssignalet q(t) av ultralydstrålen Q kunne uttrykkes ved følgende ligning:

For å eliminere virkningen av tidsforskjellen x som forårsakes av avsøkingen av de to ultralydstråler P og Q innføres en tilsvarende tidsforsinkelse x i signalet p(t) i ligning (1), slik det er indikert på figur 2(c). Et resulterende signal px(t) kan derfor skrives om som:

Som det fremgår ved en sammenligning mellom ligningene (2) og (3) at faseforskjellen Aip mellom de mottatte ekkosignaler q(t) og px(t) blir: Aij) = cox = 2nfx. Følgelig blir bærebølgefrekvensen f for det mottatte ekkosignal:

Fra ligning (4) ovenfor fremgår at faseforskjellen Aip direkte er relatert til bære-bølgefrekvensen f av ultralydsignalet som ankommer fra et ultralydreflekterende objekt eller mål.

Det er også klart at siden tidsforskjellen x er kjent kan bærebølgefrekvensen f av det mottatte ultralydsignal bestemmes ut fra ligning (4) hvis faseforskjellen A\p mellom de to signaler q(t) og px(t) kan finnes.

Siden faseforskjellen Aip bare kan måles innenfor et maksimalt vinkelomfang på 2x må bærebølgefrekvensen f beregnes ut fra følgende ligning hvis verdien are ligger utenfor området [-jt, ji]:

hvor g er en funksjon for omdanning av vinkler utenfor grensene [- n, n] til dette område, og leddet cotx angir vinkelfrekvensen av et utsendt ultralydsignal.

I det følgende skal nå eksempler på bærebølgefrekvensmålekretsen 50 angis i forskjellige utførelser, idet kretsene er basert på det allerede nevnte første prinsipp:

Kretseksempel 1

Det vises til figur 3 hvor en sendertransduktor 101 er skissert for utsendelse av et ultralydpulssignal i et bredt avsøkingsområde i respons på et taktsignal som tilføres fra en styrekrets 102. En mottakende transduktor 1 inneholder et par ultralydtransduktorelementer lp og lq og, slik det allerede er gjennomgått i forbindelse med figur 1, disse to elementer opprettholder konstant en bestemt vinkelavstand fra hverandre, nemlig vinkelen x, idet de mekanisk dreies i et horisontalplan ved en fast omdreiningshastighet rundt et referanse- eller dreiepunkt. Dette bevirker at ultralydstrålene P og Q som dannes av elementene lp og lq avsøker det omsluttende vann i et horisontalplan. Virkningen av denne tostråleavsøking er at et ultralydekko som ankommer i en bestemt retning opptas av begge transduktorelementer lp og lq, slik at det frembringes resultantsignalet p(t) og q(t) innenfor et bestemt tidsintervall. Nærmere bestemt genereres signalet q(t) fra transduktorelementet lq etter en tidsperiode x bak signalet p(t) som frembringes av transduktorelementet lp.

Henvisningsbetegnelsene 2p og 2q viser til forforsterkere for å forsterke ekkosignaler som mottas av ultralydtransduktorelementene lp hhv lq, og videre er det anordnet en forsinkelseskrets 3 for innføring av den allerede nevnte tidsforsinkelse x i signalet som mottas av transduktorelementet lp for å fjerne tidsforsinkelsen mellom de to inngangssignaler som følge av vinkelforskjellen mellom transduktorelementene lp og lq. En kvadraturdetektor 5 detekterer separat kvadraturkomponentene i de enkelte signaler p(t) og q(t) som fremkommer ved avsøkingen av ultralydstrålene P og Q, selv tilveiebrakt av transduktorelementene lp og lq. Kvadraturdetektoren 5 har et par referansesignalgeneratorer 4c og 4s for å frembringe referansesignaler med innbyrdes faseforskjell 90°, fire multiplikatorer 6pl, 6p2, 6ql, 6q2 for å multiplisere de mottatte signaler med referansesignalet som tilføres fra de to referansesignalgeneratorer 4c og 4s, og fire lavpassfiltere 8pl, 8p2, 8ql og 8q2 for å eliminere harmoniske signalinnhold i de detekterte signaler som bringes ut fra de enkelte multiplikatorer 6pl, 6p2,6ql og 6q2.

De mottatte ekkosignaler tilføres kvadraturdetektoren 5 og har innbyrdes faseforskjell som forårsakes av Dopplervirkningen på de ultralydekkoer som mottas fra reflekterende mål. En beregningskrets for faseforskjell og indikert med henvisningstallet 12 utfører beregning av denne faseforskjell fra de detekterte pxc(t)', pxs(t)', qc(t)' og qs(t)' fra kvadra-turdetekteringen. Nærmere bestemt bestemmer en prosessor 13 fasevinkelen av det mottatte signal p(t) ved å beregne Arctg{pTs(t)'/pTc(t)'}, mens en prosessor 14 bestemmer fasevinkelen av det mottatte signal q(t) ved å beregne Arctg{qs(t)Vqc(t)'}. Videre beregner en subtraksjonskrets 15 faseforskjellen Atp mellom de to mottatte signaler. Slik det vil fremgå av den senere del av beskrivelsen brukes en beregningskrets 18 for å beregne bære-bølgefrekvensen ut fra faseforskjellen mellom de to mottatte signaler som detekteres av beregningskretsen 12 for faseforskjell.

Det vises nå til figur 3 og skjemaet som skal gjennomgås i nærmere detalj: Sendertransduktoren 101 sender ut et ultralydpulssignal, og de to ultralydtransduktorelementer lp og lq som utgjør mottakertransduktoren 1 dreies i horisontalplanet ved konstant omløpshastighet mens de danner en konstant vinkel 0 med hverandre, slik det er indikert på figur 1. Når et ultralydsignal ankommer fra en bestemt retning mottas det av de enkelte ultralydtransduktorelementer lp og lq innenfor de respektive ultralydmot-takerstråler. De resulterende ekkosignaler p(t) og q(t) er gitt av ligningene (1) og (2). Disse signaler p(t) og q(t) forsterkes av forforsterkerne 2p og 2q, og av de to signaler er det mottatte signal p(t) forsinket i forsinkelseskretsen 3 akkurat så mye som tidsforskjellen x tilsier, og det resulterende signal px(t) er gitt av ligningen (3). De mottatte signaler px(t) og q(t) føres til multiplikatorene 6pl-6p2 og 6ql-6q2 i kvadraturdetektoren 5.

På den annen side leverer referansesignalgeneratorene 4c og 4s i kvadraturdetektoren 5 utgående referansesignaler cosco0t og sina)0t, begge med samme midtfrekvens som frekvensen av det utsendte ultralydsignal, men med en innbyrdes faseforskjell på 90 °. Det ene av disse referansesignaler, cosco0t sendes til multiplikatorene 6pl og 6ql, mens det andre referansesignal sino)0t sendes til multiplikatorene 6p2 og 6q2. Som en følge av dette frembringer de fire multiplikatorer 6pl, 6p2, 6ql og 6q2 utgangssignaler som er gitt av ligningene (5)-(8) nedenfor:

Siden de harmoniske komponenter filtreres ut fra signalene angitt ovenfor, ved hjelp av lavpassfiltrene 8pl, 8p2, 8ql og 8q2 i det etterfølgende trinn er det følgende signaler som kommer ut fra kvadraturdetektoren:

De enkelte signaler pxc(t)', prs(t)', qc(t)' og qs(t)' fra kvadraturdeteksjonen føres videre til beregningskretsen 12 for faseforskjell.

I denne krets 12 frembringes fasevinkelen for det ene mottatte signal p(t) ved den aritmetiske operasjon

Arctg{pTs(t)7pTc(t)'} utført av prosessoren 13, mens fasevinkelen av det andre mottatte signal q(t) oppnås ved den tilsvarende aritmetiske operasjon Arctg{qs(t)7qc(t)'} utført av prosessoren 14. Deretter utfører subtraksjonskretsen 15 en fratrekking for å oppnå

faseforskjellen Atp mellom de to mottatte signaler.

Denne faseforskjellsverdi videresendes til den etterfølgende beregningskrets 18 hvor bærebølgefrekvensen f beregnes ved hjelp av ligning (4) satt opp tidligere. Samtidig sendes utgangssignalene qc(t)' = C og qs(t)' = D fra kvadraturdetektoren 5 til en detektor 111 for å beregne amplituden al i operasjonen (C2 + D2)/2. Også utgangssignalene prc(t)' og pxs(t)' fra kvadraturdetektoren 5 sendes til en detektor 112 for å beregne amplituden a2 på tilsvarende måte.

Kretseksempel 2

Under beskrivelsen av de enkelte kretseksempler som nå følger har kretser og kretselementer som utfører samme funksjon som i henhold til figur 3 samme henvisningsbetegnelse.

Figur 4 viser et kretseksempel med tilpassede filtere i stedet for kvadraturdetektoren 5 vist på figur 3. Et par ultralydtransduktorelementer lp og lq er som tidligere mekanisk brakt til rotasjon ved konstant vinkelhastighet om et referansepunkt og i samme retning slik at de representerer en konstant tidsforskjell x og følgelig får en konstant fasevinkelforskjell. Signalet p(t) og q(t) som opptas av transduktorelementene lp og lq videresendes til et par innbyrdes tilpassede filtere 30pl og 30p2 og et annet par innbyrdes tilpassede filtere 30ql og 30q2 via såkalte anti-aliasfiltere 106 og hhv 107. De enkelte tilpassede filtere 30pl, 30p2, 30ql og 30q2 er digitale filtere med endelig pulsrespons (FIR).

Som allerede beskrevet og siden de "mottakende" ultralydstråler P og Q som henholdsvis frembringes av de to ultralydtransduktorelementer lp og lq utfører undervanns avsøking eller sveiping blir ultralydsignalene som ankommer fra reflekterende objekter eller mål forskjøvet i frekvens på grunn av Dopplereffekten. Følgelig kan signalene p(t) og q(t) som frembringes av ultralydstrålene P og Q uttrykkes ved ligningene (1) og (2). Disse mottatte signaler er lineære frekvensmodulerte (FM) signaler hvis frekvenser varierer med tidsforløpet. Følgelig frembringes "mottakende" stråler ved hjelp av fasesyntese eller fase-array-teknikk ved å anvende innbyrdes tilpassede filtere (her skal vises til JP 57-40664 og 63-249071) idet filtrene har reversert tidskarakteristikk (pulsrespons) i relasjon til de mottatte signaler p(t) og q(t). De tidssekvensielt frembrakte mottatte signaler p(t) og q(t) har med andre ord en gjensidig faseforskjell som enkeltvis multipliseres med bestemte bærebølgesignaler for å bevirke faseforskyvninger på slik måte at de mottatte signaler p(t) og q(t) får sammenfallende fase. Deretter adderes de mottatte signaler.

Nærmere bestemt er det anordnet fire tilpassede filtere 30pl, 30p2, 30ql og 30q2 som settes slik at pulsresponsen hc(t) av de tilpassede filtere 30pl og 30ql blir: og pulsresponsen hs(t) av de tilpassede filtere 30p2 og 30q2 blir på tilsvarende måte hvor oa er den kjente bærebølgevinkelfrekvens for et ultralydsignal som frembringes av et registrert mål eller bærebølgevinkelfrekvensen av et avsøkende pulssignal som sendes ut av sendertransduktoren 101.

Med de enkelte pulsresponser tilrettelagt slik som beskrevet ovenfor omformes de mottatte signaler som har passert de enkelte tilpassede filtere 30pl, 30p2, 30ql og 30q2 på følgende måte, under forutsetning av at verdien coa ligger nær den detekterte vinkelfrekvens co:

hvor S'(t) = (AT/2)-sinc(uOTt/2)

sinc(x) = sinx/x

m(t) = -(l/2)j<x>0t2

p = kOr

\ i0 = kOrcos2

A(t) = amplituden av det mottatte signal

T = den tidsvarighet pulsresponskarakteristikken er definert for

r = radius av den avsøkende ultralydstråle

cos = vinkelhastigheten for den avsøkende ultralydstråle k0 = en konstant, og

a = fasen ved et begynnelsestidspunkt for det ankommende ultralydsignal.

Siden signalene Vpc(t) og Vps(t) forsinkes av en forhåndsbestemt tidsperiode x blir disse signaler:

Forsinkelseskretsen 10 er bygget opp ved hjelp av såkalte skiftregistere.

Det skal bemerkes at ligningene (15)' og (16)' er de samme som de tidligere oppsatte ligninger (9) og (10), mens ligningene (17) og (18) tilsvarer de tidligere oppsatte ligninger (11) og (12). Følgelig blir enkeltsignalene Vp xc(t), Vp xs(t), Vqc(t) og Vqs(t) hovedsakelig signaler med samme fasevinkel som de tilsvarende signaler pxc(t)', prs(t)', qc(t)' og qs(t)' frembrakt ved kvadraturdeteksjonen beskrevet i forbindelse med figur 3. Signalprosesseringen i de etterfølgende trinn er utført på tilsvarende måte som det som fremgår av figur 3, og bærebølgevinkelfrekvensen co av ultralydsignalet som ankommer fra et reflekterende objekt eller mål blir beregnet på tilsvarende måte.

Selv om forsinkelseskretsen 10 er satt opp i et trinn som følger etter de innbyrdes tilpassede filtere i kretseksempelet beskrevet ovenfor kan det like gjerne være satt opp i et trinn før filtrene, og i det siste tilfelle vil det være mulig å redusere antall interne kretselementer i selv forsinkelseskretsen 10.

Kretseksempel 3

I de allerede omtalte kretseksempler er det anordnet et par ultralydtransduktorelementer lp og lq, og bærebølgevinkelfrekvensen co av det ultralydsignal som frembringes av et reflekterende mål blir bestemt ut fra de signaler som plukkes opp av ultralydstrålene P og Q som på sin side er tilveiebrakt av ultralydtransduktorelementene. Det er imidlertid også mulig å bestemme bærebølgefrekvensen f ved hjelp av et enkelt ultralydtransduktorelement lp, og dette skjer ved at en enkel "mottakende" ultralydstråle P som selv er formet av ultralydtransduktorelementet lp roteres ved en fast omløpstid x0, og bærebølgefrekvensen f blir deretter beregnet ut fra signalene som mottas i en aktuell rotasjonssyklus og en foregående syklus under strålens avsøking. Figur 5 viser et eksempel på en slik bærebølgefrekvensmålekrets som er fordelaktig ved at kretsoppbyggingen er langt enklere.

Kretseksempel 4

Det vises nå til figur 6 som illustrerer en mottakende transduktor 1' bygget opp med et array eller en gruppe av 120 ultralydtransduktorelementer s med jevn fordeling rundt gruppens eller arrayets sirkulære overflate, som et eksempel. Et par omkoblings-kretser 7p og 7q utfører hver en seleksjon av 30 tilstøtende transduktorelementer s blant de 120, i en ringformet gruppe og for en bestemt tidsperiode, idet seleksjonen av transduktorelementer forskyves i sekvenstrinn rundt totalgruppen. To grupper på 30 transduktorelementer s som velges ut av de 120 elementer ved hjelp av omkoblerkretsene 7p og 7q skilles fra hverandre ved en sektorvinkel på 90 °. De signaler som mottas av de enkelte grupper på 30 transduktorelementer s styres av omkoblerkretsene 7p og 7q og sendes til sine respektive fasesyntesekretser 9p og 9q. Der dannes to mottakende ultralydstråler ved hjelp av fasesyntesekretsene og i en fasesynteseprosess. Videre styres driften av de to omkoblerkretser 7p og 7q slik at de kommer til å velge ut bestemte transduk-torelementgrupper med tidsforsinkelse tilsvarende den allerede beskrevne tidsforskjell x. Når de to ultralydstråler dreies nede i vannet med konstant tidsforskjell x frembringes to signaler p(t) og q(t) med innbyrdes faseforskjell tilsvarende vinkelen 6 på samme måte som i kretseksempelet gjennomgått i forbindelse med figur 3.

De etterfølgende kretser i figur 6 tilsvarer de som er vist på figur 3. En fordel med utførelsen vist på figur 6 og som gjelder dannelsen av den elektriske stråle og avsøkingsteknikken er at ultralydstrålene kan dreies rundt ved større hastighet enn i henhold til figur 3 hvor et par stråler frembrakt av to separate ultralydtransduktorelementer blir dreid ved mekanisk rotasjon av transduktorelementene.

Kretseksempel 5

Figur 7 viser et eksempel på en krets hvor det er anordnet tilpassede filtere 30pl, 30p2, 30ql og 30q2 i stedet for kvadraturdetektoren vist på figur 6. I motsetning til omkoblerkretsene 7p og 7q på figur 6 avsøker omkoblerkretsene 7p' og 7q' i dette eksempelet samtlige 120 transduktorelementer s, det ene etter det andre, hvorved det frembringes separate mottakersignaler for videreføring til filtrene. I dette eksempel prosesseres de enkelte signaler som i en bestemt tidssekvens danner et signalfølge slik at ultralydstrålene frembringes ved hjelp av fasesyntese.

Kretseksempel 6

Figur 8 viser en krets med fasesyntesekretser i stedet for kvadraturdetektoren 5 vist på figur 6.

Fasesyntesekretsene 9pl, 9p2, 9ql og 9q2 omfatter hver en faseforskyvningskrets 20 for å forskyve fasen av et referansesignal som tilføres fra en ikke her vist oscillator, med et bestemt fasebeløp, multiplikatorer 221-22n for multiplikasjon av enkeltvis mottatte signaler som tilføres fra en omkoblerkrets 7p eller 7q med det f asef orskj øvne referansesignal som tilføres fra faseforskyvningskretsen 20, en summeringskrets 24 for å summere utgangene fra multiplikatorene 221-22n og et filter 26 for å fjerne harmonisk innhold i utgangen fra summeringskretsen 24, slik som vist på figur 9.

I fasesyntesekretsene for kosinus- og sinuskomponenter, angitt med henvisningsbetegnelsene 9pl og 9ql, utføres fasesyntese av de enkeltvis mottatte signaler ved at de interne multiplikatorer 221-22n multipliserer de enkelte utganger fra omkoblerkretsene 7p eller 7q med referansesignalene cos(co0t + 91) til cos(co0t + Øn) tilført fra faseforskyvningskretsen 20. På den annen side utføres fasesyntese for de enkelte mottatte signaler i fasesyntesekretsene for kosinus- og sinuskomponenter, angitt med referansebetegnelsene 9p2 og 9q2, for de enkelte utganger fra omkoblerkretsene 7p eller 7q ved multiplikasjon med referansesignalene sin(co0t + 01)tilsin(co0t + Øn) tilført fra faseforskyvningskretsen 20, samtlige med en faseforskyvning på 90° i forhold til referansesignalene angitt ovenfor.

Utgangssignalene fra fasesyntesekretsene 9pl og 9p2 forsinkes av forsinkelseskretser 10pl og 10p2, og utgangene fra disse forsinkelseskretser sammen med utgangene fra fasesyntesekretsene 9ql og 9q2 er de samme som de som fremgår av ligningene (9)-(12) angitt tidligere. Signalprosesseringen i etterfølgende trinn utføres på tilsvarende måte som i den andre utførelse (kretseksempel 2) for å måle bærebølgevinkelfrekvensen (co - coO). Siden bærebølgefrekvensen coO allerede er kjent er det lett å beregne bære-bølgevinkelfrekvensen co, og deretter bærebølgefrekvensen f, av de innfallende ultralydsignaler.

Den fasesyntesekrets som er angitt på figur 9 bruker som et middel for å innføre faseforsinkelse multiplikatorene 22, en faseforskyvningskrets og en oscillator for indirekte forskyvning av signalene som opptas av de tilsvarende ultralydtransduktorelementer. I en varierende form av kretsoppbyggingen kan det være anordnet en forsinkelseskrets som omfatter induktorer og kondensatorer for direkte innføring av nødvendig tidsforsinkelse til signalene som mottas av transduktorelementene.

Videre kan man i stedet for å ha en f asef orskj ellsberegningskrets 12 slik som i de tidligere gjennomgåtte eksempler ha en tilsvarende krets 12' hvis oppbygging er vist på figur 10.

Med en slik krets 12' kan faseforskjellen ore mellom de mottatte signaler p(t) og q(t) fra ultralydekkoene som oppfanges av de to ultralydtransduktorelementer lp og lq eller av gruppen ultralydtransduktorelementer s uttrykkes ved følgende ligning, ved å anvende signalet som er frembrakt ved kvadraturdeteksjon: tg cot = {pxs(t)'-qc(t)' + pxc(t)'qs(t)'}/{pxc(t)'qc(t)' + pxs(t)'qs(t)'} (19)

Følgelig er det de separate multiplikatorer 12pl, 12p2, 12ql og 12q2 som henholdsvis beregner verdiene for prc(t)' qc(t)', prs(t)' qs(t)', prs(t)' qc(t)' og prc(t)'-qs(t)', og summeringskretser 14p og 14q i et etterfølgende trinn beregner henholdsvis følgende summer:

pxc(t)'qc(t)' + pxs(t)'qs(t)' = A og pxs(t)'qc(t)' + pxc(t)'qs(t)' = B.

Deretter beregner en prosessor 16 verdien Arctg(B/A) fra utgangene A og B fra de to summeringskretser 14p og 14q, og følgelig blir Arctg(B/A) = cox = Aty, hvilket gir faseforskjellen Ai|) mellom signalene p(t) og q(t) mottatt av ultralydtransduktorelementene lp og lq.

Kretseksempel 7

' Figur 11 viser et annet kretseksempel som bruker et lager 42 og en sentral prosessorenhet (CPU) 44 for å lese ut datainnholdet i lageret 42 i stedet for en forsinkelseskrets 10 slik som angitt på figur 8. Videre omfatter kretsen vist på figur 11 prosessorer 16p og 16q for deteksjon av faseforskjell umiddelbart etter fasesyntesekretsen det er anordnet tilpassede filtere 9pl, 9p2, 9ql og 9q2.

Lageret 42 lagrer data direkte vedrørende størrelsen av fasevinklene 8i(t) og 6i(t - x) som innbyrdes er relatert med tidsforskjellen x til ultralydstrålen P når denne avsøkes (idet i = 1 til n og hvor n er antallet inndelinger i det komplette omløp på 360 °).

Signalene 6p(i) og Øq(i) tilsvarer størrelsen av fasevinklene slik de fremkommer fra de separate prosessorer 16p og 16q, og de digitaliseres i sine respektive analog/digital-omvandlere 40p og 40q. De digitaliserte signaler 6p(i) og Øq(i) føres deretter til lageret 42 som adressedata. Følgelig leses data vedrørende størrelsen av fasevinklene 6i(t) og 8i(t - x) fra lageret 42, og basert på disse data kan prosessorenheten 44 lese ut verdien av faseforskjellen Aop Øi(t) - Øi(t - t). Videre utfører beregningskretsen 18 en beregning av verdien av bærebølgefrekvensen f.

Kretseksempel 8

Det skal minnes om at den krets som er vist på figur 5 innbefatter bruken av to "mottakende" stråler hvis innbyrdes faseforskjell frembringes ved at det er en enkelt stråle som dreies rundt, idet strålen er frambrakt et enkelt ultralydtransduktorelement lp. Det er imidlertid også mulig å benytte to stråler hvis innbyrdes faseforskjell er konstant, ved at man dreier en enkelt stråle rundt når denne er dannet av en sirkulær gruppe ultralydtransduktorelementer s slik det er anført for eksempel i figur 6. Figur 12 viser en krets' oppbygging som er bygget på denne type stråledannelse, idet denne er fordelaktig ved at kretsoppbyggingen kan gjøres langt enklere. Stråledannelsen kan også brukes på de kretseksempler som angis av figur 7 og 8.

Figur 13 viser et kretseksempel 9 som frembringes ved å bruke en slik stråledannelsesteknikk sammen med kretsoppbyggingen på figur 8. Videre viser figur 14 et kretseksempel 10 som kan settes opp ved å bevege forsinkelseskretsen 10 i henhold til figur 13 til et etterfølgende trinn i faseberegningskretsen 12. Det som er karakteristisk ved kretsoppbyggingen vist på figur 14 er at den bare krever en eneste forsinkelseskrets 3. Selv om den mottakende transduktor 1' vist på figur 6-11 bruker et ringformet array av flere ultralydtransduktorelementer s er det også mulig å anordne flere slike elementer s i lineære grupper eller arrayer. Med en slik lineær anordnet transduktor vil omkobler-kretsen koble om de enkelte elementer s slik at en enkelt mottakende stråle eller et par slike stråler med innbyrdes konstant vinkelavstand på Øx kan tildannes ved hjelp av fasesyntese. Den ene stråle eller begge styres og vinkelfrekvensen co av ultralydbærebølgen frembringes på tilsvarende måte som beskrevet tidligere.

Det vises nå til figur 15 som gjelder et andre prinsipp for bærebølgefrekvensmåling og som skal beskrives nærmere i det følgende: For den følgende gjennomgåelse er det forutsatt at det er anordnet en mottakende transduktor 1" i flukt med x-aksen i et todimensjonalt plan (x, y) som vist på figur 15. Transduktoren er i form av en lineær gruppe (et lineært array) som er bygget opp med flere omnidireksjonale ultralydtransduktorelementer s anordnet langs x-aksen og slik at en plan bølgefront for et ultralydsignal, nemlig en bølgefront som beveger seg fremover i en retning som skjærer y-aksen ved en fast vinkel 0 når frem til den mottakende transduktor 1".

Det ultralydsignal p(x, y, t) som ankommer til den mottakende transduktor 1" kan uttrykkes ved følgende ligning: hvor pO angir amplituden (lydtrykket) av det ankommende ultralydsignal, mens cos{x k sin0 + y k cosO - co t} angir fasen av ultralydsignalet, (x, y) er koordinatene i det todimensjonale plan, k er en bølgelengdekonstant (= 2nfk, idet X. angir bølgelengden), co er bærebølgevinkelfrekvensen av det ankommende ultralydsignal, og t angir tiden. I denne sammenheng antas at fasen i utgangspunktet for det ankommende ultralydsignal er 0 for enkelhets skyld. Ved å sette inn y = 0 vil man altså få det momentane uttrykk langs x-aksen uttrykt ved:

Hvis utgangssignalene fra transduktorelementene s kobles om ved en konstant hastighet u, blir posisjonen x av et bestemt utvalgt transduktorelement gitt av:

Setter man ligning (22) i ligning (21) får man:

Hvis transduktoren 1" frembringer et utgangssignal vO når den mottar et ultralydsignal hvis lydtrykk er pO blir mottakerfølsomheten G av transduktoren 1" gitt av: G = vO/pO. Utgangssignalet v(t) fra ultralydinngangssignalet p(t) blir: G-p(t). Siden v(t) er proporsjonal med p(t) kan ligning (23) skrives om som:

Det fremgår at uttrykket gir et transduktorutgangssignal som helt tilsvarer det som ville ha blitt oppnådd hvis et enkelt ultralydtransduktorelement s hadde mottatt det innfallende ultralydsignal under bevegelse langs x-aksen ved den konstante hastighet u.

Bølgetettheten av den utsendte bølge som signalet v(t) representerer er gitt av ligningen 2jif = u-k-sinO - co. Man kan si at denne bølgetetthet tilsvarer en tredimensjonalt eller romlig relatert frekvens eller hyppighet ("spatial frequency") på grunn av at hastigheten kan ha tre ortogonale vektorkomponenter, og uttrykket "tredimensjonal frekvens" vil derfor brukes noen steder i det følgende. Ved å finne effektspektrumet ved å utføre en Fouriertransformasjon av signalet v(t), idet man kjenner verdiene for u, k, co og G, kan man beregne ankomstvinkelen 6 og amplituden pO av ultralydsignalet som faller inn på den mottakende transduktor 1".

Ut fra ligning (22) skal nå gjennomgås en prosess hvor utgangssignalene fra en rekke ultralydtransduktorelementer s blir koblet om ved konstant hastighet u og tidsforsinkelse At.

Posisjonen x av et bestemt utvalgt transduktorelement kan uttrykkes som:

Ved å sette denne ligning inn i ligning (21) oppnås:

Denne ligning kan omskrives hvis man uttrykker det mottatte og utsendte signal til/fra hvert transduktorelement s med v(t):

Hvis det mottatte signal v(t) gitt av ligning (24) imidlertid er forsinket med verdien At får man et resulterende signal v(t - At) som er gitt ved følgende uttrykk:

Faseforskjellen Mp mellom det mottatte signal v(t) i henhold til ligning (27) og det mottatte signal v(t - At) i henhold til ligning (28) blir derfor:

Fra ligning (29) ovenfor er det åpenbart at faseforskjellen Aip er relatert til bære-bølgevinkelfrekvensen co for det ultralydsignal som reflekteres fra et objekt eller mål.

Tidsforskjellen At kan velges slik at den sammenfaller med tidsintervallet for gjentakelsen av en syklisk omkoblingssekvens for ultralydtransduktorelementet s i den mottakende transduktor 1". Siden tidsforskjellen At er kjent i dette tilfelle kan bærebølge-frekvensen f utledes fra følgende ligning ved beregning av verdien for faseforskjellen A^Jr.

Deretter kan Dopplerfrekvensforskyvningen som forårsakes av et bevegelig målobjekt finnes ut fra endringene i bærebølgefrekvensen f. I henhold til oppfinnelsen utføres deretter en Fourier-transformasjon av det mottatte signal v(t - At) gitt av ligningen (28) og det mottatte signal v(t) gitt av ligningen (27) for å komme frem til signalenes fasespektrum. Faseforskjellen Ai|) beregnes ved å utføre en subtraksjon mellom fasevinklene for begge signaler for hver "tredimensjonal" frekvenskomponent. Hver av f asef orskj ells-verdiene Aip deles med At for å omvandle forskjellen til en tilsvarende vinkelfrekvens co fra hvilken bærebølgefrekvensen f av ultralydsignalet kan bestemmes for hver tredimensjonal frekvenskomponent 2jrf (eller for hver ankomstvinkel 6 for ultralydsignalet).

Nå skal eksempler på bærebølgefrekvensmålekretser 50' i henhold til det allerede nevnte andre prinsipp gjennomgås.

Kretseksempel 11

Det vises til figur 16 hvor det fremgår at den mottakende transduktor 1" i dette eksempel omfatter flere ultralydtransduktorelementer s som er anordnet i en lineær gruppe og blir omkoblet i regelmessige tidsintervaller At. En multipleksenhet 202 for omkobling av de mottatte signaler fra transduktorelementene s er vist, videre er det anordnet et filter 204 for å redusere omkoblingsstøy i multiplekssignalet fra multipleksenheten 202, henvisningstallet 206 indikerer en A/D-omvandler, og 208 angir en Fouriertransforma-sjonskrets for å transformere det digitaliserte mottatte signal.

En beregningskrets 210 for effektspektrum beregner effektspektrumet av det mottatte signal ut fra resultatene fra Fouriertransformasjonen utført av kretsen 208, og en krets 212 utfører koordinatomvandling fra tredimensjonal frekvens 2jtf langs abscissene for effektspektrumet til verdier for ankomstvinkelen 0 for de ultralydsignaler som ankommer til den mottakende transduktor 1".

En beregningskrets 214 for fasespektrum brukes for å bestemme fasespektrumet av det mottatte signal ut fra resultatene fra Fourier-transformasjonen utført i kretsen 208, og en beregningskrets 216 for faseforskjell beregner faseforskjellen Aip ved å trekke signalenes fasevinkler i en aktuell avsøkingssyklus fra de tilsvarende fasevinkler for den foregående syklus, for ultralydtransduktorelementene s for de enkelte tredimensjonale frekvenskomponenter, ut fra fasespektrumet fra beregningskretsen 214.1 dette eksempel omfatter f asef orskj ellsberegningskretsen 216 et bufferlager 218 og en subtraksjonskrets 220.

En omvandler 222 for å omvandle verdier for tredimensjonal frekvens f til verdier for ankomstvinkel 0 for ultralydsignaler som ankommer til den mottakende transduktor 1", og en bærebølgefrekvensberegningskrets 224 for å beregne bærebølgefrekvenser f for ultralydsignalet som ankommer fra reflekterende mål, ut fra faseforskjellene Aip fra de enkelte tredimensjonale frekvenskomponenter i de mottatte signalfølger.

Gjennomgåelsen nedenfor dreier seg om et undervanns deteksjonssystem med den oppbygging som er skissert ovenfor, og det skal særlig fokuseres på hvordan man bestemmer ankomstvinkelen 8 og amplituden pO for et ultralydsignal som kommer inn fra mål, så vel som bærebølgevinkelfrekvensen co for ultralydsignalet.

Siden ultralydtransduktorelementene s som danner den mottakende transduktor 1" kobles om i rekkefølge ved gjentatte intervaller At av multipleksenheten 202 vil de motta eller avsøke de ultralydsignaler som ankommer som refleksjoner fra undervannsobjekter eller -mål. Etterat omkoblingsstøyen er fjernet av filteret 204 digitaliseres de signaler som plukkes opp av de enkelte ultralydtransduktorelementer s, ved hjelp av A/D-omvandleren 206, og Fouriertransformasjonskretsen 208 utfører Fouriertransformasjon av signalene. Deretter videreføres resultatet etter transformasjonen til både effektspektrumberegningskretsen 210 og fasespektrumberegningskretsen 214.

Effektspektrumberegningskretsen 210 beregner effektspektrumet ut fra resultatene av Fouriertransformasjonen, med de tredimensjonale frekvenser 2jrf av det mottatte signal langs abscisseaksen og utgangen v0 av det mottatte signal langs ordinataksene slik som vist på figur 17(a).

Deretter omvandler koordinatomvandlerkretsen 212 verdiene for de tredimensjonale frekvenser 2rcf langs abscisseaksene for effektspektrumet til ankomstvinkelverdier 8 for ultralydsignalet som ankommer til den mottakende transduktor 1" og bringer ut disse verdier. Nærmere bestemt er de tredimensjonale frekvenser 2jif av det mottatte signal v(t) gitt av 2jif = uksin6 - co som vist i forbindelse med ligning (24). Siden u, k og co er kjent er det mulig å omvandle de tredimensjonale frekvenser 2jif til en ankomstvinkel 8 for ultralydsignalet som kommer inn til den mottakende transduktor 1". Det er derfor klart at de momentane ankomstvinkler (01 og 62 i dette eksempel) for ultralydsignalet med hensyn til den mottakende transduktor 1" og de tilsvarende utgangsnivåer v01 og v02 (som er avhengig av amplituden pO av ultralydsignalet) kan beregnes.

På den annen side gir fasespektrumberegningskretsen 214 et fasespektrum basert på resultatene av Fouriertransformasjonen, med den tredimensjonale frekvens 2jif for det mottatte signal langs abscisseaksene og fasevinkelen ty for det mottatte signal langs ordinataksene slik som vist på figur 17(b).

Fasespektrumdata (vist med heltrukken linje på figur 17(b) i en aktuell avsøkingssyklus for ultralydtransduktorelementene s overføres til subtraksjonskretsen 220 så vel som til bufferlageret 218. Ved dette tidspunkt blir fasespektrumdata (vist med stiplede linjer på figur 17(b) og fremkommet i en foregående avsøkingssyklus av ultralydtransduktorelementene s lest ut fra bufferlageret 208 og sendt til subtraksjonskretsen 220 som utfører subtraksjon mellom fasevinklene for to påfølgende mottatte signaler, dvs det signal som oppnås i den aktuelle avsøkingssyklus (tilsvarende v(t) i ligning (27)) og det signal som fremkom i den foregående avsøkingssyklus (tilsvarende v(t - At) i ligning (28)), for de enkelte tredimensjonale frekvenskomponenter (2jtfl og 2jif2 i dette eksempel). Faseforskjellsverdiene Atyl og cty2 beregnes på denne måte.

Deretter utfører omvandlerkretsen 222 en omvandling av frekvensene 2jtf 1 og 2nf2 til tilsvarende ankomstvinkler 61 og 62 for ultralydsignalet som ankommer til transduktoren 1". Beregningskretsen 224 for bærebølgefrekvens dividerer faseforskjellene Aipl og Aty2 for de enkelte inngangssignaler med At for å komme frem til bærebølgefrekvensen fl og f2 for ultralydsignalene som faller inn under sine respektive ankomstvinkler 01 og 62 slik det fremgår av ligning (30).

Selv om kretseksemplet angitt ovenfor har bærebølgefrekvensberegningskretsen 224 for å beregne bærebølgevinkelfrekvensen co er det mulig å utelate denne krets 224 og i stedet direkte bruke fasedifferansesignalet Aty som sendes ut av enhetsomvandlerkretsen 222 i et tilfelle hvor forskjellige farger brukes for å representere for eksempel forskjellige vinkelfrekvenser co eller frekvensområder. Dette er fordi det, slik det fremgår av ligning (29) foreligger et bestemt forhold coctAty og med avsøkings-repetisjonsintervallet At for ultralydstrålen forhåndssatt til en bestemt verdi, hvilket betyr at faseforskjellen Aty i seg selv inneholder informasjon om bærebølgefrekvensen f.

Videre er det slik at selv om kretsen nevnt ovenfor har filteret 204 for å hindre interferens i signalene som mottas av de enkelte ultralydtransduktorelementer s, er det også mulig å hindre intermitterende innkommende mottakingssignaler på en alternativ måte. En slik alternativ måte er vist og beskrevet i JP 63-7350 f.eks., hvor signalet som mottas av to tilstøtende ultralydtransduktorelementer s samtidig tilføres og veies individuelt av en omvandlerkrets og deretter summeres slik at de mottatte signaler kan brukes som inngangssignaler selv når de enkelte ultralydtransduktorelementer s omkobles i sekvens.

I målekretsen for bærebølgefrekvenser, nevnt ovenfor vil ultralydsignalet som ankommer fra et stort avsøkingsområde kunne tas opp av de mottakende stråler som dannes ved forskjellig tidspunkt for å bestemme de respektive bærebølgefrekvenser. I en alternativ kretskonfigurasjon kan multiple mottakende stråler rettet i hver enkelt aktuell retning innenfor et bredt dekningsområde lett anordnes slik at ultralydsignaler som ankommer fra samtlige av de bestemte retninger kan detekteres av de enkelte mottakende stråler og deres bærebølgefrekvenser bestemmes.

Figur 18 viser et blokkskjema av en krets for skipshastighetskompensasjon/ fremvisning, idet kretsen har henvisningstallet 100. Kretsen er i en bestemt utførelse av oppfinnelsen innkoblebar i et etterfølgende trinn i et hvilket som helst av de eksempler som er angitt ovenfor, for bærebølgefrekvensmålekretsen 50.

Ved å bruke inngangsbærebølgefrekvensen f0 for et ultralydsendersignal og bære-bølgefrekvensen f som fremkommer ved måling i målekretsen 50 kan man utføre operasjonen fs = f - f0 i en subtraksjonskrets 51 for å bestemme Dopplerfrekvensforskyvningen (hastigheten) fs.

Siden Dopplerfrekvensforskyvningen fs på denne måte gir relative hastighetsdata betraktet fra eget skip vil det være mulig å bestemme om et mål nærmer seg eller fjerner seg fra skipet, hvilket vil kunne tjene som brukbar informasjon for å hindre kollisjon. Det er imidlertid også viktig å oppnå informasjon om den absolutte bevegelse av målet, idet det antas at skipet selv ikke beveger seg. Dette utføres ved å kompensere Dopplerfrekvensforskyvningen fs mot skipets egen hastighet (som kan være en såkalt over-bakke-eller gjennom-vannet-hastighet). (Denne prosess kalles skipshastighetskompensasjon.) Skipets hastighetskompensasjonskretser 61 og 71 brukes for dette formål. Kretsen 61 utfører skipshastighetskompensasjon ved å subtrahere Dopplerfrekvensforskyvningen Afv tilordnet skipets hastighet (over-bakke- eller gjennom-vann-hastigheten) som detektert av en senere beskrevet krets 65 eller ved hjelp av eksternt utstyr, fra Dopplerfrekvensforskyvningen fs som tidssekvensielt oppnås som et resultat på utgangen av subtraksjonskretsen 51. Et hovedlager 62 for lagring av korrigerte verdier av Dopplerfrekvensforskyvningen fm etter skipshastighetskompensasjonsprosessen er bygget opp slik at en ramme eller gruppe av ekkodata (frekvens fm) som er utledet fra transmisjonssyklusen kan skrives simultant, og disse data oppdateres med nye data som utledes fra hver etterfølgende transmisjonssyklus.

Skipshastighetskompensasjonskretsene 61 og 71 er bygget opp med et leselager (ROM). Kretsene er slik at når data vedrørende Dopplerfrekvensforskyvningen fs tilføres fra subtraksjonskretsen 51 og data vedrørende Dopplerfrekvensforskyvningen Afv (fl eller f2) for skipshastigheten (over bakken eller gjennom vannet) tilføres fra en beregningskrets 65 for intern skipshastighetsbasert korreksjon eller en tilsvarende beregningskrets 67 for ekstern skipshastighetsbasert korreksjon oversendes et bestemt signal som tilsvarer en korrigert Dopplerfrekvens.

Henvisningstallet 63 indikerer en amplitudemidlerkrets for å beregne middelverdien av ekkosignalamplitudene al og a2 som frembringes fra frekvensmålekretsen 50. Hvis bare en ekkosignalamplitudeverdi tilføres blir det denne verdi som automatisk går ut fra amplitudemidlerkretsen 63. 64 angir et hovedlager for lagring av data for de gjennomsnittlige amplituder a fra kretsen 63. Dopplerfrekvensforskyvningen fs og amplituden a fra samme søkepunkt (samme lydkilde) via bærebølgefrekvensmålekretsen 50 presses inn i samme adresser i hovedlagrene 62 og 64. Korreksjonsverdiberegningskretsen 65 er tiltenkt beregning av Dopplerfrekvensforskyvningen Afv tilordnet skipshastigheten over bakken eller gjennom vannet som en korreksjonsverdi til kretsen 61 ut fra Dopplerfrekvensforskyvningen fl. Kretsen 65 leser ut data fra et slikt område i hovedlageret 62, spesifisert som et utlesingsområde og angitt av en områdeindikator 66 for beregning av Dopplerfrekvensforskyvningene Afv (fl eller f2) for skipets hastighet over bakken eller gjennom vannet.

Senere vil bli gjennomgått nærmere detaljer for korreksjonsverdiberegningskretsen 65, idet denne inneholder en prosessorenhet for å beregne Dopplerfrekvensforskyvningene fl eller f2 tilordnet skipets hastighet over bakken eller gjennom vannet for bestemte horisontale retninger, idet en lagerkrets for eksempel omfatter 360 lagerelementer for lagring av Dopplerfrekvensforskyvningene fl eller f2 og en utlesingsenhet for påfølgende utlesing av Dopplerfrekvensforskyvningene fl eller f2 og videreføring til skipshastighetskompensasjonskretsen 61. Utlesingsområdeindikatorkretsen 66 velger om Doppler-frekvensforskyvningen fl eller f2 skal leses ut for å representere skipets hastighet over bakken eller gjennom vannet.

Kretsen 65 tilveiebringer videre amplitudedata a for ekkoer fra samme lydkilde som Dopplerfrekvensforskyvningen fl eller f2 leses ut fra hovedlageret 62, ved at data blir lest ut fra samme lagerområde i hovedlageret 64 som det som spesifiseres for hovedlageret 62 av indikatorkretsen 66. Amplitudedata a (heretter angitt som de amplitudedata som er tilordnet frekvensdata) brukes for å gi bestemte vektfaktorer (eller terskler) for beregningen av skipshastighetsbaserte korreksjonsverdier. De eksterne skipshastighetsbaserte korreksjonsverdier beregnes i kretsen 67 som utleder en korreksjonsverdi Afv for tilførsel til skipshastighetskompensasjonskretsen 61 fra over-bakke-skipshastigheten som tilføres fra eksternt utstyr (såsom et system som omfatter en såkalt GPS-mottaker og et gyrokompass) eller fra gjennom-vann-skipshastigheten som tilføres fra annet eksternt utstyr (såsom en vannstrømmåler). Nærmere bestemt og ved bruk av innførte over-bakke-eller gjennom-vann-hastighetsinformasjonsmengder beregner kretsen 67 en over-bakke-eller gjennom-vann-skipshastighetskomponent i retningen mot en lydkilde fra hvilken en bestemt bærebølgefrekvens f er fremkommet, og deretter utledes en Dopplerfrekvensforskyvning Afv (fl eller f2) som tilsvarer skipets hastighetskomponent. Over-bakke-skipshastigheten og gjennom-vann-skipshastigheten som fremkommer av den interne skipshastighetsbaserte korreksjonsverdiberegningskrets 65 (heretter angitt som hhv de interne over-bakke- og gjennom-vann-skipshastigheter) og over-bakke-skipshastigheten og gjennom-vann-skipshastigheten som tilveiebringes av den eksterne skipshastighetsbaserte korreksjonsverdiberegningskrets 67 (heretter angitt som den eksterne over-bakke- og gjennom-vann-skipshastighet) gir årsak til Dopplerfrekvensene fl og f2. Enten fl eller f2 velges deretter av en velgeromkobler 68 og overføres til skipshastighetskompensasjonskretsen 61. Når velgeromkobleren 68 er koblet om til en terminal x som ikke har forbindelse utfører kretsen 61 ingen kompensasjon. I dette tilfelle fører imidlertid kretsen 61 ut sine innkommende data som de er og hovedlageret 62 lagrer rå eller uprosesserte data.

Med kommunikasjon til (i grensesnitt mot) et verdensomspennende posisjoneringssystem (GPS) med sin mottaker og et gyrokompass for eksempel, sender kretsen 67 ut Dopplerfrekvensforskyvningene fl som ble tilført via over-bakke-skipshastigheten. På den annen side, i kommunikasjon med et vannstrømmåleapparat som måler vannstrømmens hastigheter ved å sende ut og motta et ultralydsignal sender skipshastig-hetsberegningskretsen 67 ut Dopplerfrekvensforskyvninger f2 som er tilført via gjennom-vann-skipshastigheten. Kretsen 67 inneholder en prosessorenhet for beregning av Dopplerfrekvensforskyvningene fl eller f2, tilordnet over-bakke- eller gjennom-vann-skipshastigheten, en lagerenhet som f.eks. omfatter 360 lagerelementer for lagring av Dopplerfrekvensforskyvningene fl eller f2, og en utlesingsenhet for påfølgende utlesing av de lagrede Dopplerfrekvensforskyvninger fl eller f2 og videreføring av disse til skipshastighetskompensasjonskretsen 61.

Det er mulig å oppdage uregelmessigheter i målhastighetene ved å bestemme en variant av Dopplerfrekvensforskyvningen fm fremkommet ved skipshastighetskompensa-sjonskretsens 61 prosessering. En variansberegningskrets 61 er anordnet for dette formål og lagrer variansverdier i et hovedlager 70 med samme oppbygging som hovedlageret 62.

Kompensasjonskretsen 61 for skipshastigheten kompenserer Dopplerfrekvensforskyvninger i sanntid ved utsending fra subtraksjonskretsen 51, mens skipshastighetskompensasjonskretsen 71 kompenserer en gruppe rådata som ligger lagret i hovedlageret 62. En omkoblervelger 72 for å velge hvilken type skipshastighet som skal kompenseres er anordnet, nemlig over-bakke-skipshastigheten eller gjennom-vann-skipshastigheten, begge interne. En velgeromkobler 73 for å velge Dopplerfrekvensforskyvningene fm fra skipshastighetskompensasjonskretsen 61 i sanntid eller frekvensdata f fra skipshastighetskompensasjonskretsen 71 innenfor forsinkelsen som bestemmes av en bestemt tidsluke. Videre er det anordnet en velgeromkobler 74 for å velge variansverdiene som tilføres fra variansberegningskretsen 69 i sanntid eller variansdata som allerede ligger lagret i hovedlageret 70. Tilsvarende velger en velgeromkobler 75 amplitudeverdier som føres ut fra amplitudemidlerkretsen 63 i sanntid eller amplitudedata som allerede er lagret i hovedlageret 64. Omkoblervelgerne 73-75 er innbyrdes koblet sammen. Så langt er i forbindelse med figur 18 beskrevet kretser som har med skipshastighetskompensasjon å gjøre. Nå skal fremvisningskretsene forklares nærmere.

En frekvens/f ar geom vand ler krets 76 for å angi frekvensdata og valgt av velgeromkobleren 73 i forskjellige farger i avhengighet av frekvensverdiene. I en slik fargeomvandlingsprosess brukes amplitudedata a tilordnet de enkelte frekvensdata f som mottas via velgeromkobleren 75 som terskelverdier. En varians/fargeomvandlerkrets 77 tar ut variansdata of som velges av velgeromkobleren 74 i forskjellige farger i avhengighet av variansnivåene. 1 denne fargeomvandlingsprosessen brukes amplitudedata a tilordnet de enkelte variansdata som terskelverdier. En frekvens-varians/fargeomvandlerkrets 78 utfører omvandling av hver kombinasjon av frekvens- og variansdata til tilsvarende farger, idet det refereres til begge typer data. En amplitude/fargeomvandlerkrets 79 frembringer et fargekodet bilde i henhold til de aktuelle amplitudedata a. En filter-amplitude/ fargeomvandlerkrets 80 er anordnet for å frembringe et fargesignal som tilsvarer de aktuelle amplitudedata a hvis de tilhørende aktuelle frekvensdata f faller innenfor et spesifisert frekvensområde, idet et bakgrunnsfargesignal blir imidlertid frembrakt hvis de tilhørende frekvensdata f ligger utenfor det aktuelle frekvensområde.

Frekvens/fargeomvandlerkretsen 76 frembringer et Dopplerfrekvensforskyvningssignal for et ekkosignal hvis signalet faller innenfor et signalnivåområde som er forhåndsfastlagt og bygger på et signal som tilføres fra en signalnivåområdekrets, og deretter omvandles det aktuelle signal til et fargekodet signal hvis fargekode tilsvarer dets frekvens. Frekvens/fargeomvandlerkretsen 76 omfatter et leselager som har forhåndslagret et bestemt forhold mellom frekvenser og forskjellige farger, hvorved kretsen kan sende ut fargekodede signaler hvis fargekoder tilsvarer frekvenssignalene som ble overført via velgeromkobleren 73.

Varians/fargeomvandlerkretsen 77 mottar variansdata fra et ekkosignal hvis signalet ligger innenfor et signalnivåområde som er satt opp ut fra en signaltilførsel fra en signalnivåområdekrets og omvandler ekkosignalet til et fargekodet signal hvis fargekode tilsvarer ekkosignalets variansdata. Varians/fargeomvandlerkretsen 77 inneholder også et leselager som er forhåndsprogrammert for et bestemt forhold mellom variansdata og de enkelte farger, for overføring av fargekodede signaler hvis fargekode tilsvarer variansdatasignalene som tilføres via velgeromkobleren 74.

Frekvens-varians/fargeomvandlerkretsen 78 frembringer et fargekodet signal som tilsvarer frekvens og varians av et ekkosignal hvis det faller innenfor et signalnivåområde som er etablert ut fra de aktuelle amplitudedata a, Dopplerfrekvensskiftsignalet f, variansdata og et signal som tilføres fra en signalnivåområdekrets. Frekvens-varians/fargeomvandlerkretsen omfatter likeledes et leselager som er forhåndsprogrammert med et bestemt forhold mellom kombinasjoner av frekvens og variansdata og forskjellige farger.

Filter-amplitude/fargeomvandlerkretsen 80 tilveiebringer et amplitudesignal for et ekkosignal hvis dets Dopplerfrekvensforskyvning faller innenfor et frekvensområde som er forhåndsetablert og basert på en signaltilførsel fra et frekvensområde bestemt av en frekvensområdekrets, og omvandler det aktuelle amplitudesignal til et fargekodet signal hvis fargekode tilsvarer amplituden. Filteramplitude/fargeomvandlerkretsen 80 omfatter et filter som vil slippe gjennom amplitudesignalet når et Dopplerfrekvensforskyvningssignal som tilføres via velgeromkobleren 73 faller innenfor det bestemte frekvensområde, og et leselager som er forhåndsprogrammert med et bestemt forhold mellom signalnivåer og forskjellige farger, hvorved kretsen 80 sender ut fargekodede signaler hvis fargekode tilsvarer amplitudesignalene som videreføres via velgeromkobleren 75.

Amplitude/fargeomvandlerkretsen 79 omfatter et leselager som er forhåndsprogrammert med et bestemt forhold mellom signalnivåene og forskjellige farger.

I den nå beskrevne fargeomvandlingsprosess som utføres av omvandlerkretsene 76-78 er det amplituder a for innkommende data som skal omvandles og bare de innkommende data som ligger innenfor det ønskede amplitudeområde som er etablert av signalnivåområdekretsene som skal omvandles.

En frekvenshistogramkrets 81 for å frembringe et histogram over frekvensfordelingen, ut fra frekvensdata som er tilført fra hovedlageret 62, er i bruk i henhold til oppfinnelsen, og en indikatorkrets 82 for spesifikasjon av og inngang til et ønsket avsøkingsområde er videre anordnet. En hastighetsvektorkrets 83 utfører bestemmelse av en hastighetsvektor for et område som er spesifisert av indikatorkretsen 84, ut fra de frekvensdata som tilføres fra hovedlageret 64. Videre er det anordnet en velgerkrets 85 som velger blant utgangssignalene fra de kretser som er nevnt ovenfor og overfører bestemte signaler til en visningsenhet 86.

Nå skal skipshastighetskompensasjonen beskrives. Først gjennomgås et tilfelle hvor en gruppe eller luke med data først bringes til lagring og deretter komplett kompenseres.

(Denne type kompensasjon vil heretter kalles kollektiv kompensasjon.) I dette tilfelle kobles velgeromkobleren 68 til den terminal x som ikke er tilkoblet slik at Dopplerfrekvensforskyvningene fs blir lagret i hovedlageret 62 uten kompensasjon, mens velgeromkoblerne 73-75 settes til de stillinger som er vist med heltrukne streker på figur 18.

I en undervannsdeteksjonssonar sendes en ultralydstråle som sprer seg utover konisk slik det er vist på figur 19 mot sjøbunnen ved hjelp av sendertransduktoren 101 vist på figur 3, og de resulterende ekkoer blir registrert av den mottakende transduktor 1 som roteres eller på annen måte avsøker under drift. Dette betyr at transduktoren 1 avsøker via søkepunkter som er plassert i et spiralmønster på den koniske overflate slik det er vist på figur 19. Data som sekvensielt opptas under denne form av avsøking leses inn i hovedlageret 62 uten kompensasjon. Hovedlageret 62 har todimensjonal oppbygging (hvilket tilsvarer oppbyggingen av de øvrige hovedlagere) som vist på figur 20, hvor "bæringen" er horisontal og området (eller dybden) er vertikal. De opptatte data leses gradvis inn linje for linje i lageradressene, idet det startes fra øverste lagerplass til venstre og fortsettes ned og mot høyre mot den nederste lagerplass lengst til høyre. Med henvisning til figur 20 fremgår at data som leses inn i lagerområdet X ble opptatt i en tidlig fase av en ekkosekvens (dvs ekkoer fra grunt vann) etter en transmisjonssyklus, og det følger at denne del av de innkommende og lagrede data angir Dopplerfrekvensforskyvningen f2. På motsatt side vil lagerdata i lagerområdet Y kunne utledes fra en senere del av ekkoene i sekvensen (dvs ekkoer fra bunnen ved større dybde) og opptatt etter transmisjonssyklusen, og det følger at denne del av datamengden angis av Dopplerfrekvensforskyvningen fl. Disse lagerområder X og Y er spesifisert av utlesings-arealindikatorkretsen 66 i denne utførelsesform. I en modifisert anordning kan lagerområdet Y automatisk bestemmes i avhengighet av bunndybden og helningsvinkelen ((j) vist på figur 19) av en utsendt ultralydstråle. Selv om det antas i den foregående del av beskrivelsen at bærebølgefrekvensmålekretsen 50 frembringer en fast helningsvinkel er det mulig å tenke seg modifikasjoner for å tillate varierende helningsvinkler. Nærmere bestemt angir figur 3 et par ultralydtransduktorelementer lp og lq som blir dreid mekanisk, og det er naturligvis mulig å ha en ønsket helningsvinkel ved å variere elementenes orientering i rommet. Også i den konfigurasjon som er angitt på figur 6 hvor det brukes en sirkulær gruppe eller et sirkulært array av ultralydtransduktorelementer som kobles om elektrisk for å utføre stråleavsøking vil det være mulig å ha en ønsket helningsvinkel ved å utføre en bestemt type fasesyntese, hvilket kan tilveiebringes ved å ha flere mottakende transduk-torer 1' lagret vertikalt over hverandre slik at det dannes et sylindrisk transduktorarray med innbyrdes faseforskyvning mellom de enkelte vertikale kolonner av transduktorelementer i hver asimutretning. Når en ultralydstråle på mottakersiden er siktet inn i en bestemt horisontal retning (dvs med helningsvinkelen 0) vil man ikke ha noe retursignal i form av et ekko fra sjøbunnen, og det er ikke lenger mulig å få Dopplerfrekvensforskyvninger fl med opprinnelse i over-bakke-skipshastigheten. I et slikt tilfelle vil man måtte bruke en over-bakke-skipshastighet fra en ekstern kilde, hvilket skal forklares i det følgende.

Det vises nå til figur 20 som illustrerer hvordan et bærebølgesignal med frekvens f0 sendes ut av sendertransduktoren 101, idet signalet tas ut fra et lagerområde som tilsvarer frekvensområdet mellom 0 og f. Dette skyldes at en liten del av det utsendte signal lekker ut gjennom en holdekrets for sender/mottaker-omkobling (ikke vist) og detekteres av den mottakende transduktor 1. Det følger at frekvensen f0 leses ut fra lagerområdet og formidles til den allerede beskrevne subtraksjonskrets 51 som et korreksjonssignal. Ved en slik oppbygging reduseres uheldige virkninger som måtte skyldes variasjoner i frekvensen hos en senderkrystalloscillator, fasefeil i mottakerkretsene eller variasjoner i samplingsfrekvensen, slik at det er mulig å frembringe presise Dopplerfrekvensforskyvninger fm.

Figur 21 viser et eksempel på hvordan dette kan være utført, idet deteksjonsresultatene vises i polarkoordinater i forhold til eget skip i et sentralt dreiepunkt eller origo O. Arealet mellom de radiale områder ri og r2 tilsvarer data i lagerområdet X, mens arealet mellom de radiale områder r3 og r4 angir data innenfor lagerområdet Y. Når radius r er spesifisert av utlesingsområdeindikatorkretsen 66 er det mulig å oppnå separate Dopplerfrekvensforskyvningsdata som tilordnes over-bakke- og gjennom-vann-skipshastighetene fra lagerplassene i hovedlageret 62 vist på figur 20.

Dopplerfrekvensforskyvningene fl(j) og f2(j) tilordnet de interne over-bakke- og gjennom-vann-skipshastigheter for hver enkelt retning fremkommer ved å midle de data som leses ut fra lagerområdene X og Y langs områdeaksene (D(j, k): k = p til q for over-bakke-skipshastigheten, og k = g til h for gjennom-vann-skipshastigheten) i hver horisontal retning (D(j, k): j = 0 til m), ved å sette inn de aktuelle data i ligningene (31) og (32):

eller, idet AG, k) = 1 settes inn: eller, ved å sette inn A(j, k) = 1:

Hvis velgeromkobleren 72 er satt til stilling intern over-bakke-skipshastighet slik som vist på figur 18 sendes Dopplerfrekvensforskyvningsdata fl for kompensasjon av over-bakke-skipshastigheten til skipshastighetkompensasjonskretsen 71.1 dette tilfelle er Dopplerfrekvensforskyvningen fe som angir over-bakke-hastigheten for et mål fremkommet ved å trekke Dopplerfrekvensforskyvningen fl(j) tilordnet over-bakke-skipshastigheten i en retning som tilsvarer samtlige rådata D(j, k) (hvor j = 0 til m, k = 0 til n) ifra, utlest fra hovedlageret 62, på denne måte:

Hvis motsatt velgeromkobleren 72 er innstilt for intern gjennom-vann-skipshastighet kommer Dopplerfrekvensforskyvningen fw som angir gjennom-vann-skipshastigheten for et mål ved å trekke Dopplerfrekvensforskyvningen f2(j) tilordnet gjennom-vann-skips-hastigheten i en retning som tilsvarer samtlige rådata, fra disse, utlest fra hovedlageret 62, nemlig fra D(j, k) (hvor j = 0 til m, k = 0 til n), på denne måte:

Ifølge den ovenfor beskrevne kollektive kompensasjon oppnås korreksjonsdata fl(j) og f2(j) etter etableringen av en gruppe eller luke med data D(j, k), hvoretter hele luken eller gruppen av data D(j, k) kompenseres med de tilgjengelige korreksjonsdata. I denne kompensasjonsprosess fremkommer en tidsforsinkelse som tilsvarer en transmisjonssyklus. Deretter skal beskrives en skipshastighetskompensasjonsprosess hvor de oppnådde data kompenseres på heldig måte. (Denne type kompensasjon vil heretter kalles sekvensiell kompensasjon.)

I det tilfelle man har slik sekvensiell kompensasjon settes velgeromkobleren 68 til intern over-bakke- eller gjennom-vann-skipshastighetsstilling, mens velgeromkobleren 73 settes til den stilling som er vist med stiplet linje på figur 18. (De mellomlåste velger-omkoblere 74 og 75 stilles også til den stilling som er vist med stiplede linjer.) Dopplerfrekvensene fs som tidssekvensielt tilføres fra subtraksjonskretsen 51 kompenseres i sanntid av skipshastighetskompensasjonskretsen 61, og kompensasjonsdata blir lagret i hovedlageret 62 og føres direkte ut til frekvens/fargeomvandlerkretsen 76 via velgeromkobleren 73.

Hvis velgeromkobleren 68 settes til sin stilling for intern gjennom-vann-skipshastighet lagres bærebølgefrekvensdata f som allerede er kompensert for med korreksjonsverdien f2[n-l] i hovedlageret 62 og med start fra lagerplassen øverst til venstre som illustrert, slik det allerede er gjennomgått i forbindelse med figur 20. Når bære-bølgefrekvensdata f som påvirkes av gjennom-vann-skipshastigheten er lagret opp til lagerområdet X beregnes f2(j) ved å erstatte disse data i ligningen (32). Deretter legges den tidligere korreksjonsverdi f2[n-l](j) til f2(j), og summen f2[n] = f2(j) + f2[n-l](j) sendes til skipshastighetskompensasjonskretsen 61 som nye korreksjonsdata. Følgelig blir de Dopplerfrekvensforskyvninger fs som er kompensert med de nye korreksjonsdata den del av de innkommende data som vil forekomme etter lagerområdet X vist i adressekartet på figur 20, og de innkommende data som fyller lageret opp til området X blir kompensert med korreksjonsdata som tidligere er fremkommet (dvs en transmisjonssyklus tidligere).

Hvis på den annen side velgeromkobleren 68 settes til den stilling som tilsier intern over-bakke-skipshastighet utføres beregningskretsen 65 for intern skipshastighetsbasert korreksjon en beregning av Dopplerfrekvensforskyvningen fl som skal brukes som korreksjonsdata og er basert på over-bakke skipshastigheten når de aktuelle frekvensdata er lagret opp til lagerområdet Y vist på figur 20. Følgelig kompenseres Dopplerfrekvensforskyvningene fs med de nye korreksjonsdata som utgjør den del av de innkommende data som ligger lagret etter lagerområdet Y vist i adressekartet på figur 20, mens inngående data som ligger lagret opp til lagerområdet Y blir kompensert med de korreksjonsdata som fremkommer i en foregående transmisjonssyklus. Det forstås fra dette at selv om man har sekvensiell kompensasjon og gir korrigerte måledata i sanntid vil de korreksjonsdata som brukes for skipshastighetskompensasjonen ikke utledes fra de siste måledata, men det dannes en datakorreksjonssløyfe slik at korreksjonsdata kontinuerlig oppdateres, hvorved man får rimelig nøyaktige og sanntids skipshastighetskorrigeringer ved hjelp av en slik sekvensiell kompensasjonsprosess.

Den kollektive og den sekvensielle kompensasjon som så langt er beskrevet gir kompensasjon av skipshastighetsdata ved hjelp av en hastighetskompensasjons/visningskrets 100 ved å bruke korreksjonsdata som er utledet fra egne inngående data. Nedenfor skal beskrives en ekstern kompensasjonsprosess hvor skipshastighetskompensasjonen utføres ved hjelp av skipshastighetsinformasjon som oppnås ved hjelp av eksternt utstyr. Denne kompensasjonsmåte er anvendelig når over-bakke- eller gjennom-vann-hastigheten ikke kan oppnås intern på grunn av uheldige måleforhold for eksempel.

Hvis velgeromkobleren er satt til ekstern over-bakke-skipshastighetsstillingen vil over-bakke-skipshastigheten VI (i horisontal retning 0) og skipets retning a innføres fra eksternt utstyr som omfatter en mottaker og et gyrokompass innenfor et globalt posisjoneringssystem for eksempel, til den beregningskrets 67 som utfører korreksjon basert på ekstern skipshastighetsmåling. Ved å bruke over-bakke-skipshastigheten VI utfører beregningskretsen 67 beregning av en over-bakke-skipshastighetskomponent Vl(j) for hver enkelt horisontal retning ut fra ligning (35) nedenfor:

hvor j = 0, 1, 2 ... m.

En påfølgende matematisk behandling gir utledning av en Dopplerfrekvensforskyvning fl(j) som tilsvarer over-bakke-skipshastighetskomponenten Vl(j) i hver enkelt horisontal retning. Ved å anvende Dopplerfrekvensforskyvningen fl(j) som korreksjonsdata kan skipshastighetskompensasjonskretsen beregne en Dopplerfrekvensforskyvning fe(j, k) for et målekko ut fra over-bakke-skipshastigheten, fra den tidligere angitte ligning (33) og Dopplerfrekvensforskyvningen fe(j, k) blir deretter sendt til velgeromkobleren

73. Hvis helningsvinkelen er f5 vil over-bakke-skipshastighetskomponenten Vl(j) bli:

Dersom det derimot er slik at velgeromkobleren 68 er satt til sin stilling for ekstern gjennom-vann-skipshastighet vil gjennom-vann-skipshastigheten V2 for eksempel kunne tas inn fra eksternt utstyr som kan omfatte en vannstrømmåleinnretning, til beregningskretsen 67 for eksternt basert skipshastighetskorreksjon. En gjennom-vann-skipshastighetskomponent V2(j) for hver enkelt horisontal retning utledes deretter fra gjennom-vann-skipshastigheten V2 på en måte som tilsvarer det som allerede er forklart, og en Dopplerfrekvensforskyvning f2(j) som tilsvarer gjennom-vann-skipshastighetskomponenten V2(j) blir beregnet, og deretter beregnes en bærebølgefrekvens fw(j, k) for et målekko tilordnet gjennom-vann-skipshastigheten ved hjelp av ligning (34). Den eksterne kompensasjonsmåte som er antydet ovenfor tillater sanntids skipshastighetskompensasjon (heretter kalt sanntidskompensasjon) siden den momentane skipshastig-

hetsinformasjon tilføres fra eksternt utstyr.

Nedenfor skal en alternativ beregningsmåte for å utrede Dopplerfrekvensforskyvningene fl og f2 gjennomgås: Dopplerfrekvensforskyvningene fl og f2 tilordnet over-bakke- og gjennom-vann-skipshastighetene og oppnådd for enkelte horisontale retninger ut fra ligningene (31) og (32) vil gjerne variere etter en kosinuskurve slik det uttrykkes i ligning (35) i teorien, men i praksis vil de egentlig ikke følge en slik kosinuskurve særlig godt, for eksempel på grunn av støy, og presise frekvensforskyvningsdata vil i mange tilfeller ikke være tilgjengelige. Ved å bruke fl- og f2-verdiene fra ligningene (31) og (32) vil det være mulig å estimere kosinuskurver som tillater bedre samsvar med det riktige forløp av for-skyvningene fl og f2.

For å få anledning til å estimere en kosinuskurve ut fra Dopplerfrekvensforskyvningene fl i henhold til ligningen (31) kan V(j) uttrykkes på denne måte:

hvor j = 0, 1, 2 ... m. Ved å bruke ligning (37) kan man finne den verdi av V og 6 som gir den minste kvadratsum Q av følgende differanse: hvor coj er en vektfaktor som kan uttrykkes som

for eksempel til ligning (31).

Ved å sette inn resultatene fra den matematiske behandling som fremgår av det ovenfor, i ligning (36) kan man få frem en estimert kosinuskurve som i neste instans brukes for å beregne fl(j) for skipshastighetskompensasjonen. Også f2(j) kan estimeres på tilsvarende måte.

Dopplerfrekvensforskyvningene fe og fw (heretter kalt frekvensdata f) og korrigert med hensyn til over-bakke-skipshastigheter (eller gjennom-vann-skipshastigheter) i hvilken som helst av de ovenfor beskrevne kompensasjonsforløp (kollektiv og sekvensiell kompensasjon) videreføres til frekvens/fargeomvandlerkretsen 76 via velgeromkobleren 73. Ved å bruke særskilte og uavhengige verdier av frekvensdata f er det mulig å bestemme over-bakke-skipshastighetene (eller gjennom-vann-hastighetene) (heretter kalt hastighet) for målene i skipets egen retning så vel som i deres hastighetsretninger (enten de nærmer seg eller fjerner seg fra det egne skip). Basert på slik informasjon utfører frekvens/farge-omvandlerkretsen 76 en dataomvandling til åtte farger i henhold til et skjema som er angitt i tabellen nedenfor, for simultan presentasjon av bevegelseshastighetene og -retningene for mål, vist på visningsenheten 86.

I den ovenfor beskrevne fargeomvandlingsprosess brukes også amplitudedata tilordnet frekvensdata f. Via velgeromkobleren 75 vil de aktuelle amplitudedata a fastlegge et amplitudeomfang, og bare den del av de aktuelle frekvensdata f som er begrenset av amplitudeomfanget vil passere fargeomvandlingsprosessen. Tilsvarende ampli-tudeomfangsbegrensninger utføres i fargeomvandlingsprosessen som gjennomføres av varians/fargeomvandlerkretsen 77 og frekvens-varians/fargeomvandlerkretsen 78.

I tabellen ovenfor vil et reflekterende mål eller objekt fremkomme med gul eller grønn farge dersom det ikke beveger seg. Hvis målet imidlertid nærmer seg skipet fremkommer det med en varm farge såsom brun, rød eller oransje, i avhengighet av hastigheten, mens hvis målet fjerner seg vil det vises i en kjøligere farge såsom mørkeblå, fiolett eller lysere blå i avhengighet av hastigheten. For å skille klart mellom bevegelige og stasjonære mål kan fargetilordningen modifiseres slik at stasjonære mål i stedet for eksempel angis med gråtoner.

Hvis man i stedet bruker 16 farger kan innskutte fargenyanser brukes mellom de allerede nevnte hovedfarger, og for en slik 16-fargers presentasjon vil de aktuelle frekvensdata f som typisk kan uttrykkes ved hjelp av 8-bits data (256 trinn) omvandles til 4-bits data (16 trinn). Omvandling av de 8-bits data til fargekoder utføres typisk ved hjelp av en lineær funksjon slik som angitt av en linje LI på figur 22. Alternativt kan fargeomvandlingen utføres langs en parabel L2 eller en eksponensialkurve L3 slik som vist på figur 20, slik at bestemte hastighetsområder blir fremhevet eller undertrykt. Uansett hvilket omvandlingsskjema man bruker vil informasjon vedrørende forholdet mellom de 8-bits data og fargekodene kunne leses ut fra et arbeidslager (ROM) som lagrer data for fargetilordningen.

Den nå følgende gjennomgåelse tar for seg varians. Som allerede nevnt er det for undersøkelse av fiskeforekomster nyttig å få kjennskap til fiskens bevegelser ut fra analyse av fiskeekkofrekvenser ved hjelp av en sonar eller et ekkolodd. En fiskestims bevegelseshastighet gir et gjennomsnitt for hele stimen, og i tillegg er det nyttig å vite hver enkelt fisks bevegelse, idet de individuelle hastigheter kan betraktes som variasjoner (eller avvik) i forhold til gjennomsnittshastigheten for stimen. På denne måte kan man kjenne igjen typiske stimer og man kan også bestemme fiskeslag og -størrelse. Ved god kjennskap til hastighetsawikene vil man også kunne skille godt mellom en gruppe eller sverm av undervanns mål fra absolutt stasjonære objekter (såsom sjøbunnen). En kretsoppbygging for en variansberegningskrets 69 som er innrettet for å utlede variansdata fra fordelingen av de allerede nevnte bærebølgefrekvensdata f, beskrevet nærmere i det følgende.

Det henvises til figur 23 som illustrerer at Dopplerfrekvensforskyvningen fm fra kretsen 61 vist på figur 18 omvandles til vinkelfrekvenser co i en omvandlerkrets 151. En midlerkrets 152 beregner den midlere vinkelfrekvens (heretter angitt som co) for videreføring til en summeringsinngang på en summeringskrets 153. De ikke midlede vinkelfrekvenser co forsinkes i en forsinkelseskrets 154 en tidsperiode som tilsvarer forsinkelsestiden i midlerkretsen 152, før videreføring til en subtraksjonsinngang på summeringskretsen 153. Utgangen |co - co| (eller [co - cop) fra summeringskretsen 153 glattes i en glattekrets 155 for å frembringe størrelsen variansen af. I midlerprosessen utført av midlerkretsen 152 kan de inngående data veies med hensyn til amplitude for å frembringe et veid gjennomsnitt.

Figur 24 viser en alternativ kretsoppbygging av variansberegningskretsen 69. Dopplerfrekvensforskyvninger fm omvandles til vinkelfrekvenser co i en omvandlerkrets 161, og en midlerkrets 162 beregner en midlere vinkelfrekvens (heretter angitt som co), mens en kvadreringskrets 163 beregner den midlere vinkelfrekvens' kvadrat: (co)<2>. En kvadreringskrets 164 utfører beregningen co<2> for vinkelfrekvensene co, og en midlerkrets 165 midler disse kvadratverdier. Deretter utfører en summeringskrets 166 subtraksjonen co<2> - (co)<2> for å komme frem til variansen of.

Variansberegningskretsen 69 beregner variansen av Dopplerfrekvensforskyvningene fm (rådata i kollektiv kompensering, korrigerte data i sekvensiell kompensering og sann-tidskompensering) ut fra skipshastighetskompenseringskretsen 61 som beskrevet ovenfor. De aktuelle variansdata som fremkommer på denne måte overføres til velgeromkobleren 74 under innlesing til hovedlageret 70. De variansdata som kommer direkte fra variansberegningskretsen 69 eller leses ut fra hovedlageret 70 føres til varians/farge-omvandlerkretsen 77 via velgeromkobleren 74. Ved dette tidspunkt leses fargedata ut fra et omvandlerdataleselager som er tilsvarende det som allerede er beskrevet i forbindelse med gjennomgåelsen av de enkelte variansverdier, og en visningsenhet 86 brukes for å vise en fargekodet variansdataavbildning.

Siden omvandlerkretsen 78 omvandler hver kombinasjon av frekvensdata f og variansdata af til en tilsvarende entydig farge er det mulig samtidig å vurdere både frekvens og varians fra ett og samme bilde på visningsenheten 86. Et eksempel på et fargeomvandlingsskjema er vist i tabellen nedenfor. Når variansen er liten endres presentasjonen gradvis i denne rekkefølge: rød,...grå,...blå tilsvarende maksimal hastighet mot observasjonspunktet, minimal (null) hastighet og maksimal hastighet fra observasjonspunktet, og etter hvert som variansen øker blandes grønt inn i disse farger i et stadig større forhold.

Filter-amplitude/fargeomvandlerkretsen 80 har en filterfunksjon for å tillate fargeomvandling av bare de innkommende data hvis frekvenser faller innenfor et bestemt frekvensområde som bestemmes med referanse til Dopplerfrekvensforskyvningene fm. Hvis frekvensområdet passer til systemets frekvensbåndbredde for undervanns deteksjon vil for eksempel bare de amplitude a som ligger innenfor dette frekvensområde fargeomvandles, hvorved interferens fra signaler innen andre frekvensområder blir undertrykt. Alternativt kan man ved å tillate fargeomvandling av de signaler som også overskrider et bestemt frekvensområde (hastighet) også svekke det bidrag som stasjonære mål gir, såsom sjøbunnen.

Nå skal histogrampresentasjon gjennomgås. Figur 25 viser et eksempel på en målhastighetsavbildning som er frembrakt av frekvens/fargeomvandlerkretsen 76 og vist på visningsenheten 86. Det antas at målene T1-T3 detekteres. Hvis en operatør ønsker å kjenne frekvens- eller hastighetsfordelingen for et bestemt mål, for eksempel målet Tl må parametere for å spesifisere et område leses inn (såsom retningsgrensene 01-02 og avstandsgrensene rl-r2), idet målet Tl vises via indikatorenheten 82. Som et resultat leser frekvenshistogramkretsen 81 frekvensdata f fra et lagerområde S (tilsvarende det operatørspesifiserte område) i hovedlageret 62 som indikert på figur 26, og en frekvensfordeling utledes ut fra frekvensdata f. Deretter vises et histogram som representerer frekvensfordelingen, slik det er indikert i et visningsvindu W på figur 25.

I de enkelte presentasjonsformer som er beskrevet ovenfor brukes Dopplerfrekvensforskyvningene fm i kompensert form i forhold til skipets egen hastighet som inngående data for kretsen 76 og de øvrige kretser 77, 78, 81 og 83.

I en alternativ løsning kan ukompenserte Dopplerfrekvensforskyvninger fm i forhold til skipets egen hastighet brukes som inngående data. I et slikt tilfelle bør velgeromkobleren 68 innstilles til den utilkoblede terminal x og rådata fra kretsen 61 eller lagret i hovedlageret 62 bør brukes som inngående data.

Amplitude/fargeomvandlerkretsen 79 omvandler sine inngående data til forskjellige farger i avhengighet av amplitudenivåene, for å frembringe et ordinært amplitudenivåbilde.

I de eksempler som er angitt ovenfor velger velgerkretsen 85 en av utgangene fra de enkelte omvandlerkretser 77-80, frekvenshistogramkretsen 81 og hastig-hetsvektorkretsen 83 og visningsenheten 86 viser en enkelt avbildning (enkel display-modus). I en annen presentasjonsform kan enheten 86 samtidig vise et amplitudenivåbilde 86a tilført fra kretsen 79 på den øvre halvdel av skjermen og en målhastighetsavbildning 86b fra frekvens/fargeomvandlerkretsen 76 på den nedre halvdel av skjermen (kombinert display-modus), som vist på figur 27, for eksempel. En slik anordning tillater direkte sammenligning mellom to forskjellige bilder eller avbildninger, hvilket kan tjene til ytterligere å forbedre måldiskrimineringsmulighetene.

En teknikk for å forbedre oppløsningen på skjermen eller visningsenheten skal nå gjennomgås.

Generelt avhenger systemoppløsningen for å skille mellom nærliggende målekkoer av avsøkingshastigheten for ultralydstrålen. Det er imidlertid en grense for hvor stor avsøkingshastighet man kan ha, på grunn av begrensninger i prosesseringshastig-hetene i de senere elektriske eller elektroniske kretser. Det vises til figur 8, og en pil Y viser retningen av en mottakende ultralydstråle som dannes av mottakertransduktoren 1' på figur 6 for eksempel. Det antas her at hver påfølgende dreining av strålen Y tar 80 ms. Antas at strålen Y har registrert et ekko ved tidspunktet ti og i pilens retning, vil samme ekko også registreres 80 ms senere, dvs ved tidspunktet t3, i samme retning, hvilket fremgår av figur 29. Det er klart at ut fra de betraktninger som er gjort ovenfor kan strålen Y bare akkurat registrere ankommende ekkoer ved 80 ms intervaller i hver retning, hvilket betyr at det foreligger visse tap av ekkoinformasjonen.

En måte å løse dette problem på er å regulere omkoblerkretsene 7p og 7q til å koble transduktorelementene s på en slik måte at man får en smalere avsøkingssektor slik det er vist på figur 29, hvor halvsirkulær avsøking utføres i stedet for helsirkulær. En slik anordning vil redusere ekkodetekteringsintervallene til 40 ms, og dette fører til dobbelt så stor samplingstakt. I et slikt tilfelle vil systemoppløsningen også dobles, siden et ekko som ankommer ved tidspunktet t2 i tillegg kan detekteres. Hvis videre avsøkingsområdet smalnes av til en 45° sektor vil ekkodetekteringsintervallene bare bli 10 ms, hvilket ville tjene til å øke systemoppløsningen til åtte ganger det som ble oppnådd med helsirkulær avsøking. Detaljert ekkoinformasjon kan fremkomme ved å øke oppløsningen på denne måte, og dette ville tillate en forstørret presentasjon av deteksjonsresultatene og gjøre det mulig å ytterligere forbedre måldiskrimineringsevnen.

I systemet vist på figur 3 for eksempel beregner f asef orskj ellsdetektorkretsen 12 faseforskjellen Aip (0^Aip£2ji) mellom to signaler som detekteres av et par ultralydstråler som er skilt fra hverandre med vinkelavstanden 8 (som tilsvarer tidsforskjellen x). Det er klart fra likheten Aip = w x at faseforskjellen Aip er proporsjonal med bære-bølgevinkelfrekvensen co slik den fremgår som linjen LI på figur 30, men faseforskjellen Aip ut fra kretsen 12 kan ikke anta andre verdier enn de som ligger innenfor 0sAipi2ji, og derfor vil faseforskjellen Aip når den når 2ji etter hvert som bærebølgevinkelfrekvensen co øker reduseres til null og deretter på ny økes langs linjen L2. Faseforskjellen Aip varieres periodisk deretter, langs linjene L3, L4 etc, og det fremgår at når den frembrakte faseforskjell Aip er lik for eksempel ji vil det ikke være mulig å bestemme om den aktuelle bære-bølgefrekvens er 0)1, co2, oo3, 0)4 eller annet, en måte å eliminere denne tvetydighet eller flertydighet på er å redusere verdien av x slik at nulltilbakestillingen for faseforskjellen Aip kunne unngås slik det fremgår ved linjen Ln. En slik tilnærmelse ville gjøre det mulig å bestemme en unik bærebølgevinkelfrekvens 0)5 som tilsvarer hver enkelt verdi av faseforskjellen Aip, men, slik det vil gjennomgås senere ville en mindre verdi av x bevirke en økning av feilene i den oppnådde bærebølgevinkelfrekvens o)5 og følgelig føre til mindre nøyaktige måleresultater.

Denne oppfinnelse foreslår følgende måte å løse disse problemer på:

Flere bærebølgevinkelfrekvenser o)x fra nulltilbakestillingen av faseforskjellen Aip når det foreligger en tidsforskjell på xl mellom vinkelposisjoner for de to mottakende ultralydstråler er gitt av følgende ligning:

hvor coxl = 2jc/x1.

Setter man inn Aipl = AiplO + Ad)l (hvor AiplO og A<{>1 er sanne verdier henholdsvis en feil i Aipl) får man:

Her antas at man har funnet fire bærebølgevinkelfrekvenser col, 0)2, o)3 og 0)4 innenfor systemets frekvensbåndbredde slik det fremgår av figur 31. De enkelte bære-bølgevinkelfrekvenser 0)x er vist med en bestemt bredde på figur 31, og dette er fordi de inneholder bestemte feil som kan uttrykkes av det andre ledd (A(J)l/xl) på høyre side av ligning (40).

Bærebølgevinkelfrekvensen 0)5 som ville fremkomme når tidsforskjellen mellom de to ultralydstråler fikk verdien x2 (<xl) for å unngå nulltilbakestillingspunkter er gitt av følgende ligning:

Innsetter man Aip2 = Aip20 + A<J)2 (hvor Ai|;20 og A<}>2 er sanne verdier, henholdsvis en feil i Atp), fremkommer:

I dette tilfelle kan en unik verdi av bærebølgevinkelfrekvensen co5 bestemmes innenfor systemfrekvensbåndbredden slik som vist på figur 32. Bærebølgevinkelfrekvensen co5 som således oppnås inneholder også en feil som uttrykkes ved det andre ledd på høyre side av ligning (42). Denne feil (A4>2/x2) er større enn den allerede nevnte feil (A(J)l/xl) siden verdien x2 er mindre enn verdien ti. Følgelig er ennå ingen eksakt verdi for bære-bølgevinkelfrekvensen 0)5 oppnåelig ved en slik bestemmelse, selv om man kan bestemme en unik verdi ved å bruke en mindre tidsforskjell x2.

Imidlertid fremgår ved en sammenligning mellom figur 31 og figur 32 at man blant de fire bærebølgevinkelfrekvensen 0)1, 0)2, 0)3 og 0)4 har o)3 som den med sann verdi siden den alene inneholdes i omfanget for bærebølgevinkelfrekvensen to5. Dette betyr at frekvensen co3 kan bestemmes til å være sann ved å la hver kombinasjon av bære-bølgevinkelfrekvenser i henhold til figur 31 og 32 passere en logisk OG-port.

For å få to forskjellige tidsforskjeller xl og x2 (<xl) med de to roterende mottakende ultralydstråler P og Q må man la tidsforskjellen som skyldes vinkelavviket 6 mellom de to stråler være x2 og tidsforskjellen som resulterer fra den gjenværende vinkel (2ji - 0) være xl, slik som vist på figur 33. Alternativt bør den større tidsforskjell xl gjøres lik Tfs eller Tfs + x2, hvor Tfs er rotasjonsperioden for de enkelte stråler.

Figur 34 viser et kretseksempel som kan illustrere anordningen omtalt ovenfor. Selv om kretseksemplet i henhold til figur 34 er typisk anvendelig til en målekrets som brukes tilpassede filtere og er vist på figur 4 eller 7 kan kretsen også gjelde for andre typer bærebølgefrekvensmålekretser. På figur 34 er vist ytterligere en faseforskjellsberegningskrets 12' og en forsinkelseskrets 10 for innføring av en tidsforsinkelse xl eller Tfs før faseforskjellsberegningskretsen 12'. Videre er det anordnet en velgeromkobler 300 for å velge inngangene til kretsen 12' i avhengighet av om tidsforsinkelsen fra tidsforsinkelseskretsen 10' er satt til xl eller Tfs. Som allerede beskrevet oppnås en unik, men ikke så presis bærebølgevinkelfrekvens o)' innenfor systemfrekvensbåndbredden ut fra faseforskjellen Aip ut fra forskjellsberegningskretsen 12 hvis innganger involverer en mindre tidsdifferanse x2. På den annen side oppnås flere bærebølgevinkelfrekvenser æx fra faseforskjellen Aip' ut fra kretsen 12' hvis innganger involverer en større tidsforskjell xl eller Tfs.

En entydig frekvensberegningskrets 301 er anordnet for å beregne en unik bærebølgevinkelfrekvens co eller en bærebølgefrekvens f fra hver kombinasjon av faseforskjellene Aip og Aip' ved å bruke den ovenfor nevnte teknikk. Indikert ved Ul og U2 er glattekretser for å midle de påfølgende f asef orskj ellsverdier Aip og Aip' ut fra fasefor-skjellsberegningskretsene 12 hhv 12'. Denne midleprosess tjener til å øke målenøyaktighe-ten.

I utførelsesformene beskrevet ovenfor omvandles bærebølgefrekvensdata til et Dopplerfrekvensforskyvningssignal ved anvendelse av en subtraksjon skr ets før de enkelte operasjoner såsom skipshastighetskompensasjon og variansantakelser utføres. I en modifisert utførelsesform er det mulig å utføre disse operasjoner for bære-bølgefrekvensdata uten å omvandle disse til et Dopplerfrekvensforskyvningssignal.

Selv om utførelsesformene beskrevet ovenfor bruker Dopplerfrekvensforskyv-ningssignaler og bærebølgefrekvensdata er det åpenbart mulig å bruke Dopplervinkel-frekvensforskyvning og bærebølgevinkelfrekvensdata i stedet.

Nå skal virkemåten av kretsen 83 for bestemmelse av hastighetsvektorer forklares, idet det vises til figur 35:

Man går ut fra et kartesisk ortogonalt koordinatsystem x-y-z, og det antas at det eksisterer et reflekterende mål som beveger seg med relativ hastighet VO beregnet for dets sentrum og i forhold til et punkt P (x, y, z) som på sin side har posisjon i en horisontal vinkel a i forhold til x-retningen, har en helningsvinkel |3 og ligger i en avstand r fra et observasjonspunkt som er koordinatsystemets origo O. I den følgende gjennomgåelse brukes understreking for å angi vektorer (ingen understrekinger forefinnes imidlertid i originaldokumentet). Hastigheten VO har en retning som er fastlagt ved den horisontale vinkel AO fra x-aksen og en helningsvinkel BO. De separate koordinater for punktet P (x, y, z) og hastigheten VO (XO, YO, ZO) kan uttrykkes på følgende måte ved hjelp av polarkoordinater (r, a, P) og (VO, AO, BO):

Det antas at en ultralydpuls sendes ut fra observasjonspunktet i origo O, og at et returnerende ekko kommer fra målet ved punkt P og registreres av en mottakende retningsstråle i retningen av linjen OP, hvorved avstanden r og Dopplerfrekvensforskyvningen kan beregnes. Hastigheten v(OP, VO) fra Dopplerfrekvensforskyvningen vil være en projeksjon av hastigheten VO på linjen OP. Følgelig gjelder:

hvor OP/r er en enhetsvektor.

Setter man ligningene (43) og (44) inn i ligning (45) oppnås:

Siden v er en funksjon av retningskomponentene a, (3 av den mottakende stråle og den relative hastighet VO og retningskomponentene AO, BO for målet kan ligning (46) omskrives på følgende måte:

I ligning (47) er retningsparametrene a og (3 kjente størrelser, mens målhastighetsparametrene VO, AO og BO er ukjente.

Hvis det skulle finnes mål fordelt i andre retninger enn langs linjen OP og som beveger seg med samme hastighet VO ville deres hastigheter v kunne utledes på tilsvarende måte fra ekkodata som opptas av flere mottakende stråler rettet i andre retninger enn langs linjen OP. Deretter kunne det settes opp et sett ligninger (47) med forskjellige parameterverdier (VO, a og |3), og verdiene for VO, AO og BO kan så finnes ved å løse dette ligningssett. Dette er grunnprinsippet i en vannstrømmåler som arbeider med tre eller fire stråler. Ifølge prinsippet foreslår oppfinnelsen følgende teknikk: Flere hastigheter v (a, (3, VO, AO, BO) oppnås for forskjellige verdier av a og p\ Betrakter man disse hastigheter v som data utledet fra modelligningen (47) kan man sette opp et estimat av modellparametrene ved å bruke minstekvadratmetoden for å bestemme målhastighetene VO, eller VO, AO og BO.

Det vises nå til figur 36 og det antas at hastighetsinformasjonen v og ekkointensitetsinformasjonen a for mål over en full sirkel omkring observasjonspunktet eller origo O er oppnådd i 2ji/N trinn av horisontalvinkelen, 2jt/M trinn for helningsvinkelen og Ar trinn i radial avstand. Hastighetsdata og ekkointensitetsdata uttrykkes som v(i, j, k) og am(i, j, k) hvor i, j og k angir polarkoordinatene a = (2ji/N)i, p = (2ji/M)j og k = Ark for hvert individuelt datapunkt, i rekkefølge. Under forutsetning av at observasjon er mulig rundt observasjonspunktet O, kan følgende heltall settes opp innenfor områdene:

Sannsynligheten for at et av målene har samme hastighet kan finnes ved et datapunkt (i, j, k) og uttrykkes av uttrykket w(i, j, k). En fremgangsmåte for å bestemme sannsynligheten w skal gjennomgås senere.

Hvis mål som er plassert i et område som inneholder mindre kubiske segmenter slik som de vist på figur 36 (i = il til i2, j = jl til j2, k = kl til k2) og antas å ha samme hastighet w(i, j, k) = 1 innenfor området, mens w(i, j, k) = 0 utenfor området, kan man for å tilpasse måledata v(i, j, k) til modelligningen (47) transformere a og P i denne ligning til de diskrete verdier i trinn på 2ji/N og 2ji/M. Dette foregår slik: y(i, j) oppnådd på denne måte brukes som en tilpasningsmodell, og forskjellen mellom de målte data og denne tilpasningsmodell defineres på følgende måte:

Løser man de simultane differensialuttrykk:

oppnås estimater a', b' og c' for a, b, hhv c, for minimalisering av verdien av Q (ligning 50). Ved innsetting av disse estimater i ligning (49) får man estimatene VO', AO' og BO' for den antatt samme hastighet.

For å bestemme de tidligere nevnte sannsynlighetsverdier (w) finnes forskjellige måter, og en av disse skal beskrives her: (1) I tilfelle man har en sonar for eksempel kan et område (il-i2, jl-j2, kl-k2) grovt spesifiseres ved manuell operasjon og med henvisning til en avbildning som viser ekkointensitetsinformasjonen. Sannsynligheten w(i, j, k) = 1 tilordnes slike datapunkter som frembringer ekkointensiteter am(i, j, k) som overskrider et gitt terskelnivå innenfor det spesifiserte område, mens sannsynligheten w(i, j, k) = 0 tilordnes alle øvrige datapunkter. Denne måte er egnet for de tilfeller hvor forflyttingshastigheten av en

fiskestim eller større fisk skal bestemmes.

(2) Det antas at w(i, j, k) = am(i, j, k) innenfor det ovenfor nevnte område og at w(i, j, k) =0 utenfor området. (3) Hele måleområdet oppdeles i flere underområde, og sannsynligheten w(i, j, k) anslås for de enkelte underområder i samsvar med fremgangsmåten angitt under

(1) eller (2) ovenfor.

(4) Hvis det er ønskelig å bestemme strømmen (eller strømningshastigheten av sjøvann) innenfor et bestemt område brukes en terskel på motsatt vis. Det vil si at sannsynligheten 1 tilordnes datapunktet som frembringer ekkointensiteter under et visst nivå innenfor det spesifiserte område, mens sannsynligheten 0 tilordnes samtlige øvrige datapunkter innenfor området så vel som på utsiden av dette.

Hvis det er mulig å anta at målets hastighet VO ikke har noen vertikal komponent (dvs at det ikke er noen vertikal bevegelseskomponent) som tilfellet er i vannstrømmer eller i fiskestim kan det ovenfor reduseres på følgende måte:

Antas at BO = 0 kan ligningene (47) til (51) omskrives på denne måte:

Det er nå mulig å utlede målhastighetsparametrene (VO' og AO' i dette tilfelle) fra estimatene a' og b'.

Hvis den mottakende stråles helningsvinkel |3 er fast (|30) blir ligningene (52) til (56) redusert til:

Deretter kan målhastighetsparametrene VO' og AO' utledes fra estimatene a', b' og {50.

Hvis det er ønskelig å redusere beregningskompleksiteten kan hastigheten v(i, j, k) midles i k-retningen med vektfaktoren w(i, j, k) og deretter kan hastigheten uttrykkes som va(i, j). Hvis helningsvinkelen videre er fastlagt til å være (30 kan hastigheten va(i, k) midles med vektfaktoren w(i, k) og hastigheten blir deretter redusert til va(i). Innsettes dette i uttrykkene for målhastigheten i ligningene (55) og (60) får man følgende:

hvor wa(i, j) og wa(i) er sannsynligheter som er midlet i k-retningen, eller de kan anta verdien 1 eller 0 i avhengighet av om summen av w(i, j, k) som summert inn i k-retningen er større enn en gitt terskel. Eksempler på hastighetsvektorpresentasjon som oppnås av den fremgangsmåte som er antydet ovenfor skal nå beskrives. Figur 37 viser en tredimensjonal avbildning av målhastigheter slik disse oppnås ved å variere helningsvinkelen p\ Figur 38 viser en todimensjonal presentasjon av horisontale målhastighetskomponenter ut fra et enkelt sjikt (ved en gitt dybde) i figur 37. Selv om et vektordiagram tilsvarende figur 38 ville kunne oppnås hvis helningsvinkelen P var fast, ville vanndybden øke etter hvert som radius av avbildningsdekningen rundt det egne skip (angitt ved triangelet A) blir større i dette tilfelle (se figur 19). Figur 39 viser et skjema over hastighetsvektoren angitt med en pil Yl og slik den fremkommer ved midling av de hastigheter som måles for et mål T4 i et bestemt område (angitt med Zl) og spesifisert av indikatorenheten 84 i relasjon til den avbildning som er vist på visningsenheten 86. På figur 39 er videre vist en vannstrømhastighetsvektor

Y2 for et område Z2 innsirklet i konsentriske sirkellinjer.

Fordelene med hastighetsvektorpresentasjonen ifølge oppfinnelsen er disse: Hvis det skulle foreligge en fiskestim direkte under bunnen av det egne skip vil stimens ekko virke som uønsket støy i et konvensjonelt vannstrømmåleapparat. Ifølge oppfinnelsen brukes imidlertid amplitudeinformasjon for å skille mellom refleksjoner fra den omsluttende vannmasse og selve fiskestimen, slik at det muliggjøres en bruk av vannstrømhastighetsdata som er upåvirket av fiskeekkoene. Videre gjøres det mulig å måle vannstrømhastighetene i et overflatesjikt i vannet ved å tillegge en mindre transduktorhelningsvinkel.

Som beskrevet ovenfor gjør denne oppfinnelsen det mulig å måle bære-bølgefrekvenser for ultralydekkoer som ankommer fra et stort avsøkingsområde og raskt tilveiebringe målhastighetsinformasjon i relasjon til det egne skip via analyse av de målte bærebølgefrekvenser. I tillegg gir en fargepresentasjon av målhastighetsinformasjonen en løsning på de problemer man kjenner fra konvensjonelle signalnivåavbildninger og som skyldes tap av relativ signalnivåinformasjon på grunn av metningsfenomener, maskering av svake ekkoer under sterkere ekkoer og dårlig evne til å skille mellom signaler med tilnærmet samme nivå.

I ett aspekt av oppfinnelsen tilveiebringes informasjon om variasjoner i separate målhastigheter i tillegg til hovedmålhastighetsavbildningen. Denne informasjon er viktig for gjenkjenning av fiskestimer og bestemmelse av de enkelte fiskearter og hver fisks lengde.

I et annet aspekt ved oppfinnelsen kan målekkoinformasjonen kompenseres med det egne skips over-bakke- eller gjennom-vann-hastighet slik at det gjøres mulig å oppnå informasjon om over-bakke- og gjennom-vann-målhastighetene, hvilket tillater mer positiv gjenkjenning av fiskestim.

I nok et aspekt ved oppfinnelsen kan datasamplingsintervallene kortes ned ved å velge et sektoravsøkingsmønster i stedet for helsirkulær avsøking av en ultralydstråle for mottaking, slik at målene kan registreres ved større oppløsning.

I et annet aspekt av oppfinnelsen utledes to forskjellige faseforskjeller fra vinkelforskjellen mellom de to mottakende ultralydstråler, og bærebølgefrekvensen beregnes fra disse to faseforskjeller slik at bestemmelsen kan gjøres med stor grad av nøyaktighet.

Endelig er det et aspekt ved oppfinnelsen å skaffe tilveie enten to- eller tredimensjonal fordeling av hastighetskomponentene ut fra hastighetsvektorer som enkeltvis beregnet for vilkårlig valgte fraksjonsområder slik at det er mulig å få kjennskap til sann bevegelse av fiskestim. På denne måte vil også fiskestim med svakt skrånende retning i forhold til det egne skip kunne registreres, og det blir mulig å finne stimens hastighet også når skipet ikke har posisjon rett over fiskestimen.

Claims

1. Undervanns deteksjonssystem, KARAKTERISERT VED: en bærebølgefrekvensmålekrets som innbefatter ultralydmottakerkretser for å motta ultralydsignaler som ankommer fra et bredt søkeområde under dreining av en første ultralydstråle ledsaget av en andre ultralydstråle, idet den andre ultralydstråle er forsinket i forhold til den første ultralydstråle med en fast vinkelforskjell 0, detektorkretser for å detektere separate signaler som opptas av de to ultralydstråler frembrakt av ultralydmottakerkretsene, forsinkelseskretser for å forsinke signalet som opptas av den første ultralydstråle og som ankommer en tidsperiode x før den andre ultralydstråle som følge av vinkelforskjellen 0, med samme tidsperiode x i et utgangstrinn i ultralydmottakerkretsene eller detektorkretsene, kretser for beregning av faseforskjell for å bestemme faseforskjellen mellom de to signaler som detekteres av detektorkretsene, kretser for å beregne bærebølgefrekvensen f av de mottatte ultralydsignaler ut fra faseforskjellen som er beregnet av kretsene for faseforskjellsberegning, i henhold til ligningen f Ai|V(2jtx), og en filter/amplitude/fargeomvandlerkrets for å velge bare slike amplitudedata ut fra de data som utledes av signalene som detekteres av detektorkretsene, som ligger innenfor et ønsket frekvensområde og deretter føres til utlesing av spesifikke fargedata i avhengighet av enkeltverdier for de valgte amplitudedata, og en visningsenhet for presentasjon av fargedata.

2. Undervanns deteksjonssystem ifølge krav 1, KARAKTERISERT VED. lagringskretser for å lagre enkelte verdier av bærebølgefrekvensene f tilført fra frekvensmålekretsen, en indikatorenhet for å spesifisere et bestemt område på visningsenheten, utlesingskretser for å lese ut data vedrørende bærebølgefrekvensen f fra lagerposisjoner i lagerkretsene tilsvarende det område som er spesifisert av indikatorenheten, en frekvenshistogramgenerator for å frembringe et histogram ut fra bestemmelsen av fordelingen av bærebølgefrekvenser f basert på de data som leses ut av utlesingskretsene, og visningskretser for å presentere histogrammet.

3. Undervanns deteksjonssystem omfattende senderkretser for å sende ut et ultralydsignal i et stort område, mottakerkretser for å motta ultralydekkosignaler fra samtlige retninger i området, og målekretser for å måle Dopplerfrekvensforskyvninger av de mottatte ekkosignaler, KARAKTERISERT VED: en hastighetsvektorkrets for å tilveiebringe en hastighetsvektor og som er innrettet for å, når et mål i et punkt P(x, y, z) i et ortogonalt koordinatsystem med origo O, og hvor origo samtidig er observasjonspunktet, beveger seg med en hastighet 5 V0(XoY0Z0) i forhold til origo O og observasjonspunktet, bestemme hastighetskomponenten v av målet i avstanden r i retningen av en linje OP, ut fra Dopplerfrekvensforskyvningen som bestemmes av målekretsene, tilveiebringe en ligning v = f(OP, V0), frembringe tilsvarende ligninger for andre mål som beveger seg med samme 10 hastighet V0 som det først bestemte mål, og estimere målets hastighet V0 i punktet P ut fra ligningene og ved hjelp av en minstekvadratberegningsmåte.

4. Undervanns deteksjonssystem omfattende senderkretser for å sende ut is et ultralydsignal i et bredt område, mottakerkretser for å motta ultralydekkosignaler fra samtlige retninger i området, frekvensmålekretser for å bestemme bærebølgefrekvenser (eller bærebølgevinkelfrekvenser) av de mottatte ultralydekkosignaler, og frekvensom-vandlerkretser for å omvandle bærebølgefrekvensene (eller bærebølgevinkelfrekvensene) til Dopplerfrekvensforsky vninger (eller Dopplervinkelfrekvensforsky vninger), KARAKT-20 ERISERT VED: variansberegningskretser for å utlede variansdata som indikerer variasjonsgraden av Dopplerfrekvensforskyvningene (eller Dopplervinkelfrekvensforskyvningene) ut fra frekvensomvandlerkretsene, varians/fargeomvandlerkretser for å frembringe bestemte fargedata i 25 avhengighet av enkelte verdier av variansdata, og en visningsenhet for presentasjon av fargedata.

5. Undervanns deteksjonssystem omfattende senderkretser for å sende ut et ultralydsignal i et bredt område, mottakerkretser for å motta ultralydekkosignaler fra so samtlige retninger i området, og frekvensmålekretser for å bestemme bærebølgefrekvenser (eller bærebølgevinkelfrekvenser) av de mottatte ultralydekkosignaler, KARAKTERISERT VED. variansberegningskretser for å utlede variansdata som indikerer variasjonsgraden av Dopplerfrekvensforskyvningene (eller Dopplervinkelfrekvensforskyvningene) 35 ut fra frekvensomvandlerkretsene, varians/fargeomvandlerkretser for å frembringe bestemte fargedata i avhengighet av enkelte verdier av variansdata, og en visningsenhet for presentasjon av fargedata.

6. Undervanns deteksjonssystem omfattende senderkretser for å sende ut et ultralydsignal i et bredt område, mottakerkretser for å motta ultralydekkosignaler fra samtlige retninger i området, frekvensmålekretser for å bestemme bærebølgefrekvenser (eller bærebølgevinkelfrekvenser) av de mottatte ultralydekkosignaler, og frekvensom-vandlerkretser for å omvandle bærebølgefrekvensene (eller bærebølgevinkelfrekvensene) til Dopplerfrekvensforskyvninger (eller Dopplervinkelfrekvensforskyvninger), KARAKTERISERT VED: detektorkretser for å detektere de mottatte ultralydekkosignaler, velgerkretser for å velge ut fra de amplitudedata som utledes fra de detekterte signaler som tilføres fra detektorkretsene, bare slike amplitudedata som er tilordnet Dopplerfrekvensforskyvninger (eller Dopplervinkelfrekvensforskyvninger) som faller innenfor et ønsket frekvensområde, amplitude/fargeomvandlerkretser for å frembringe bestemte fargekodede signaler i avhengighet av enkelte verdier av de amplitudedata som velges av velgerkretsene, og en visningsenhet for presentasjon av fargekodede signaler.

7. Undervanns deteksjonssystem omfattende senderkretser for å sende et ultralydsignal inn i et stort område, mottakerkretser for å motta ultralydekkosignaler fra samtlige retninger i området, og frekvensmålekretser for å bestemme bærebølgefrekvenser (eller bærebølgevinkelfrekvenser) av de mottatte ultralydekkosignaler, KARAKTERISERT VED: detektorkretser for å detektere de mottatte ultralydekkosignaler, velgerkretser for å velge ut fra de amplitudedata som utledes fra de detekterte signaler som tilføres fra detektorkretsene, bare slike amplitudedata som er tilordnet Dopplerfrekvensforskyvninger (eller Dopplervinkelfrekvensforskyvninger) som faller innenfor et ønsket frekvensområde, amplitude/fargeomvandlerkretser for å frembringe bestemte fargekodede signaler i avhengighet av enkelte verdier av de amplitudedata som velges av velgerkretsene, og en visningsenhet for presentasjon av fargekodede signaler.

8. Undervanns deteksjonssystem omfattende senderkretser for å sende ut et ultralydsignal i et stort område, mottakerkretser for å motta ultralydekkosignaler fra samtlige retninger i området, og bærebølgefrekvensmålekretser for å bestemme bærebølge-frekvenser f av de mottatte ultralydekkosignaler, KARAKTERISERT VED lagerkretser for å lagre bestemte bærebølgefrekvenser f som tilføres fra bære-bølgefrekvensmålekretsene, en visningsenhet, indikatorkretser for å spesifisere et bestemt område for visningsenheten, datautlesingskretser for å lese ut data vedrørende bærebølgefrekvenser f fra lagerposisjoner i lagerkretsene, tilsvarende området som er spesifisert av indikatorkretsene, en frekvenshistogramgenerator for å frembringe et histogram ved bestemmelsen av fordelingen av bærebølgefrekvensene f ut fra de data som leses ut av datautlesingskretsene, og visningskretser for å presentere histogrammet på visningsenheten.

9. Undervanns deteksjonssystem omfattende senderkretser for å sende ut et ultralydsignal i et stort område, mottakerkretser for å motta ultralydekkosignaler fra samtlige retninger i det store området, og bærebølgefrekvensmålekretser for å bestemme bærebølgefrekvenser f av de mottatte ultralydekkosignaler, KARAKTERISERT VED: "over-bakke-skipshastighetskompensasjonskretser" for å beregne bære-bølgefrekvenser fe representative for et måls "over-bakke-skipshastighet" ved å trekke frekvensen fl tilordnet skipets "over-bakke-skipshastighet" fra bærebølgefrekvensen f tilført fra bærebølgefrekvensmålekretsene.

10. Undervanns deteksjonssystem omfattende senderkretser for å sende ut et ultralydsignal i et stort område, mottakerkretser for å motta ultralydekkosignaler fra samtlige retninger i det store området, og bærebølgefrekvensmålekretser for å bestemme bærebølgefrekvenser f av de mottatte ultralydekkosignaler, KARAKTERISERT VED: "gjennom-vann-skipshastighetskompensasjonskretser" for å beregne bære-bølgefrekvenser fe representative for et måls "gjennom-vann-skipshastighet" ved å trekke frekvensen f2 tilordnet skipets "gjennom-vann-skipshastighet" fra bærebølgefrekvensen f tilført fra bærebølgefrekvensmålekretsene.