NO330818B1

NO330818B1 - Fremgangsmate og innretning for bestemmelse av innfallsvinkelen til et mottatt signal, og en avsokingssonar

Info

Publication number: NO330818B1
Application number: NO19990061A
Authority: NO
Inventors: Hiroshi Iino; Itsuo Fukuoka; Tatsuo Hayashi; Yasuo Ito
Original assignee: Furuno Electric Co
Priority date: 1998-01-30
Filing date: 1999-01-07
Publication date: 2011-07-25
Also published as: GB2333842A; JP4031101B2; US6192006B1; NO990061D0; GB9901910D0; JPH11211823A; NO990061L; GB2333842B

Description

Bakgrunn for oppfinnelsen og angivelse av beslektet teknikk

Oppfinnelsen angår en innretning og en fremgangsmåte for bestemmelse av innfallsvinkelen til et mottatt signal ved å utføre en vertikal avsøkingsoperasjon ved benyttelse av en stort sett sylindrisk transduser, og også en avsøkingssonar som benytter en slik innretning og/eller fremgangsmåte.

Avsøkingssonarer benyttes i stor utstrekning for oppdagelse av undervannsobjekter. En avsøkingssonar benytter en omvandler eller transduser som har en stort sett sylindrisk form som vist på fig. 3, for å oppdage undervannsobj ekter i alle omgivende områder. Ultralydbølger utstråles i alle retninger rundt transduseren, og en vertikalt fokusert mottakingsstråle, som fokuseres innenfor en spesifisert vinkel i et vertikalplan for å frembringe spesifikk vertikal direktivitet, dannes ved å summere signaler som reflekteres av undervannsobjektene og mottas av hver vertikal oppstilling, eller kolonne, av transduserelementer med passende tidsforsinkelser innført i de individuelle reflekterte signaler. Den således dannede mottakingsstråle roteres, som om en eneste søyle av transduserelementer roteres mekanisk rundt sylinderformen, ved å omkople transduserelementene fra én vertikal oppstilling til en annen rundt transduseren for å avsøke objektene i alle asimut-eller kompassretninger. Det er mulig å kontrollere nedoverbetraktningsvinkelen, eller hellings-vinkelen, av mottakingsstrålen ved å variere de tidsforsinkelser som anvendes på de individuelle transduserelementer, slik at avsøkingssonaren kan søke ut objekter innenfor et bestemt vertikalt sektorområde i alle retninger rundt transduseren.

I den konvensjonelle avsøkingssonar av den foran beskrevne konstruksjon roteres mottakingsstrålen som rettes i en bestemt hellingsvinkel, horisontalt rundt transduseren i hver horisontal avsøkingssyklus. Dersom man ønsker å detektere vertikalt fordelte objekter, er det således nødvendig å utføre suksessive horisontale avsøkingssykluser mens hellingsvinkelen til mottakingsstrålen varieres fortløpende i den ene avsøkings-syklus etter den andre.

Fra den kjente teknikk skal det vises til GB 1509333 som beskriver en sonar med flerhet av transdusere organisert i en sylindrisk form som danner en retningsstyrt stråle for å motta eller sende strålingsenergi spesifisert med vinkel relativ til symmetriaksen i sylinderen. Det skal også vises til US 4287578 som beskriver en sonar med transdusere hvor et lineært frekvenschirp sendes i et gitt intervall og mottas som et Doppler-skiftet chirp når sender/mottaker beveger seg i forhold til målet.

Selv om den kjente teknikk viser en transduser som er konstruert i en sfærisk form som kan styre en mottakingsstråle ikke bare horisontalt, men også vertikalt, har den sfærisk formede transduser slike problemer at den nødvendiggjør kompli-serte kombinasjoner av transduserelementer for stråleforming, og dens måldeteksjonsevne i horisontal avsøkingsmodus, som er den oftest benyttede driftsmodus, er dårligere enn deteksjonsevnen til den sylindriske transduser.

Sammendrag av oppfinnelsen

På bakgrunn av de ovennevnte problemer ved den kjente teknikk er det et formål med oppfinnelsen å tilveiebringe en innretning og en fremgangsmåte for bestemmelse av innfallsvinklene til et mottatt signal som gjør det mulig å avsøke undervanns-obj ekter vertikalt ved benyttelse av en transduser som er konstruert av et antall transduserelementer som er anordnet i en sylindrisk form, så vel som en avsøkingssonar som benytter en slik innretning og/eller metode.

I følge oppfinnelsen, løses minst ett av de overnevnte problemer ved en innretning angitt i krav 1 og som har de karakteristiske trekk som angitt i en kjennetegnende del av kravet; en fremgangsmåte angitt i krav 2 og som har de karakteristiske trekk som angitt i den kjennetegnende del av kravet; en innretning angitt i krav 3 og som har de karakteristiske trekk som angitt i den kjennetegnende del av kravet; og en fremgangsmåte angitt i krav 5 og som har de karakteristiske trekk som angitt i den kjennetegnende del av kravet.

Ifølge oppfinnelsen omfatter en innretning for bestemmelse av innfallsvinkelen til et innfallende ultralydsignal en ultralydtransduser som er konstruert av et antall transduserelementer som er anordnet i flere lag og kolonner som som helhet danner en stort sett sylindrisk form, en horisontalt fokusert stråledanner som summerer signaler som mottas av de individuelle transduserelementer i spesifikke kolonner som er sentrert på en spesifisert avsøkingsasimut for hvert lag, for å generere horisontalt fokuserte strålesignaler som tilveiebringer høy horisontal direktivitet, en vertikal avsøkingssignaldanner som genererer et vertikalt avsøkingssignal ved fortløpende å utvelge og kombinere de horisontalt fokuserte strålesignaler fra det øverste lag til det nederste lag, eller fra det nederste lag til det øverste lag og en vinkeldetektor som detekterer innfallsvinkelen til det innfallende ultralydsignal basert på graden av frekvensforskyvning av det vertikale avsøkingssignal fra det innfallende ultralydsignal.

Ifølge oppfinnelsen omfatter en fremgangsmåte for bestemmelse av innfallsvinkelen til et innfallende ultralydsignal ved benyttelse av en ultralydtransduser som er konstruert av et antall transduserelementer som er anordnet i flere lag og kolonner som som helhet danner en stort sett sylindrisk form, de trinn å summere signaler som mottas av de individuelle transduserelementer i spesifikke kolonner som er sentrert på en spesifisert avsøkingsasimut for hvert lag, for å generere horisontalt fokuserte strålesignaler som tilveiebringer høy horisontal direktivitet, å generere et vertikalt avsøkingssignal ved fortløpende å utvelge og kombinere de horisontalt fokuserte strålesignaler fra det øverste lag til det underste lag, eller fra det underste lag til det øverste lag, og å detektere innfallsvinkelen til det innfallende ultralydsignal basert på graden av frekvensforskyvning av det vertikale avsøkingssignal fra det innfallende ultralydsignal.

En avsøkingssonar ifølge oppfinnelsen omfatter en ultralydtransduser som er konstruert av et antall transduserelementer som er anordnet i flere lag og kolonner som som helhet danner en stort sett sylindrisk form, en horisontalt fokusert stråledanner som summerer signaler som mottas av de individuelle transduserelementer i spesifikke kolonner som er sentrert på en spesifisert avsøkingsasimut for hvert lag, for å generere horisontalt fokuserte strålesignaler som tilveiebringer høy horisontal direktivitet, en vertikal avsøkingssignaldanner som danner et vertikalt avsøkingssignal ved fortløpende å utvelge og kombinere de horisontalt fokuserte strålesignaler fra det øverste lag til det nederste lag, eller fra det nederste lag til det øverste lag, og en vinkeldetektor som detekterer innfallsvinkelen til et innfallende ultralydsignal basert på graden av frekvens-forskyvning av det vertikale avsøkingssignal fra det innfallende ultralydsignal, en vertikalt fokusert stråledanner som summerer signaler som mottas av de individuelle transduserelementer i hver kolonne, for å generere vertikalt fokuserte strålesignaler som tilveiebringer høy vertikal direktivitet, en horisontal avsøkingssignaldanner som danner et horisontalt avsøkingssignal ved fortløpende å utvelge og kombinere de vertikalt fokuserte strålesignaler som avledes fra de individuelle kolonner rundt transduseren, og en signalgenerator som tar ut et signal fra en spesifisert retning basert på graden av frekvensforskyvning av det horisontale avsøkingssignal fra det innfallende ultralydsignal, hvor den vertikalt fokuserte stråledanner, den horisontale avsøkingssignaldanner og signalgeneratoren aktiveres i horisontal avsøkingsmodus, og den horisontalt fokuserte stråledanner, den vertikale avsøkingssignaldanner og vinkeldetektoren aktiveres i vertikal avsøkingsmodus.

I én utførelse av oppfinnelsen deler vinkeldetektoren og signalgeneratoren i den forannevnte avsøkingssonar en felles korrelator.

Et prinsipp som anvendes på denne oppfinnelse, skal nå kort beskrives under henvisning til fig. IA og IB. Dersom en mottakende transduser R beveger seg i en rett linje med hastighet v og et signal med frekvens fs er innfallende på den mottakende transduser R i en innfallsvinkel a som vist på fig. IA, er den tilsynelatende frekvens f til signalet slik det mottas av den mottakende transduer R, forskjellig fra den virkelige frekvens fs til det innfallende signal på grunn av dopplereffekten. Dette kan uttrykkes ved

f = (1 + (v/c)sina)fs

hvor c er lydhastigheten. Dersom frekvensen fs til det innfal-

lende signal er kjent, er det mulig å beregne innfallsvinkelen a ved å innsette den dopplerforskjøvne frekvens f i ovenstående likning.

Mens den mottakende transduser R beveger seg fysisk i det eksempel som er vist på fig. IA, kan en liknende effekt frembringes ved å benytte en teknikk med en faseinndelt eller faserettet oppstilling ved hvilken det innfallende signal mottas av en transduseroppstilling hvis individuelle elementer omkoples fortløpende. Fig. IB viser et eksempel på en slik faserettet oppstillingsmetode ved hvilken et antall mottakende transduserelementer er anordnet på en rett linje med regelmessige mellomrom d. Fortløpende omkopling av transduserelementene med en omkoplingsfrekvens s gir det samme resultat som det som ville oppnås ved fysisk å bevege et eneste transduserelement med en hastighet v = d-s.

Basert på ovenstående prinsipp tilveiebringer denne oppfinnelse en anordning for vertikal avsøking (styring av en ultrasonisk peilingsstråle i et bestemt vertikalplan) ved benyttelse av en ultralydtransduser som er konstruert av et antall transduserelementer som er anordnet i flere lag og kolonner som som helhet danner en stort sett sylindrisk form. Mer spesielt benyttes et bestemt antall transduserelementer som er sentrert på en spesifisert avsøkingsasimut og er anordnet i en sirkulær bue i hvert lag, for en vertikal avsøkingsoperasjon. Signaler som mottas av disse transduserelementer i hvert lag, kombineres for å frembringe en horisontalt fokusert mottakingsstråle som har en smal, horisontal strålevinkel (høy horisontal direktivitet) og en bred vertikal strålevinkel. Ved å forme den horisontalt fokuserte stråle på denne måte, avvises signaler som er innfallende fra utenfor et smalt sektorområde som er sentrert på den spesifiserte avsøkingsasimut. Horisontalt fokuserte strålesignaler som avledes fra de individuelle lag på den ovenfor angitte måte, utvelges fortløpende fra det øverste lag til det nederste lag, eller fra det nederste lag til det øverste lag, og kombineres med hverandre for å frembringe et vertikalt avsøkingssignal. Alle de horisontalt fokuserte strålesignaler avledes fra det samme innfallende signal slik det er tilfelle med eksemplene på fig. IA og IB. Suksessiv omkopling av den horisontalt fokuserte stråle fra det øverste lag til det nederste lag, eller fra det nederste lag til det øverste lag, frembringer således den samme virkning som den som ville oppnås ved fysisk å bevege et eneste lag av transduserelementer nedover eller oppover i trinn med høyden til hvert lag. De horisontalt fokuserte strålesignaler som avledes fra de individuelle lag, er følgelig dopplerforskjøvet, hvor graden av dopplerforskyvning (frekvensforskyvning) er en funksjon av innfallsvinkelen a. Det er derfor mulig å beregne innfallsvinkelen a til det innfallende signal ved å detektere graden av dopplerforskyvning. Den forannevnte, stort sett sylindriske form på transduseren omfatter ikke bare en nøyaktig sylindrisk form, men også en kjeglestump-form av hvilken top- og bunnflatene har forskjellige diametere.

En avsøkingssonar som benytter en transduser med en i hovedsaken sylindrisk form, danner vanligvis en statisk, vertikalt fokusert mottakingsstråle som har en smal, vertikal strålevinkel (høy vertikal direktivitet) og er fiksert til en bestemt hellingsvinkel. Ifølge tidligere kjent teknikk styres den vertikalt fokuserte mottakingsstråle rundt transduseren, og et innfallende signal omformes til et kvitre- eller pipesignal (chirp signal), og deretter bestemmes innfallsvinkelen til det innfallende signal ved å finne ut den asimut- eller kompassret-ning i hvilken pipesignalet detekteres (japansk, gransket patentpublikasjon nr. 63-7350). Den avsøkingssonar som er gjenstand for krav 3, kan omkoples mellom den horisontale avsøkingsmodus og den vertikale avsøkingsmodus. Ved hjelp av denne evne kan avsøkingssonaren ifølge oppfinnelsen detektere ikke bare horisontalt fordelte objekter ved benyttelse av den vanlige, horisontale avsøkingsmodus, men også vertikalt fordelte objekter ved benyttelse av den vertikale avsøkingsmodus. Denne dobbeltmodusevne kan realiseres ved å benytte en korrelator som er dannet av for eksempel et tilpasset filter som benyttes for deteksjon av pipesignalet i den horisontale avsøkingsmodus og også for å detektere graden av frekvensforskyvning i den vertikale avsøkingsmodus.

Slik som kort beskrevet ovenfor, gjør denne oppfinnelse det mulig å styre en horisontalt fokusert stråle vertikalt i et bestemt vertikalplan ved å benytte en transduseroppstilling som er utformet med stort sett sylindrisk form. Dette betyr at den vertikale avsøkingsoperasjon kan utføres ved å benytte en avsøkingssonar som i prinsipp har samme konstruksjon som de konvensjonelle avsøkingssonarer. Avsøkingssonaren ifølge oppfinnelsen kan vanligvis drives i den konvensjonelle, horisontale avsøkingsmodus og omkoples til den vertikale avsøkingsmodus hver gang det blir nødvendig å gjøre dette. Da de fleste bestanddeler benyttes i fellesskap i både de horisontale og vertikale avsøkingsmodi, er det mulig å forenkle konstruksjonen av avsøkingssonaren og redusere dens fysiske størrelse og produksjonsomkostninger.

Disse og andre formål, særtrekk og fordeler ved oppfinnelsen vil bli mer åpenbare ved lesing av den etterfølgende nærmere beskrivelse i forbindelse med de ledsagende tegninger.

Kort beskrivelse av tegningene

Fig. IA og IB er skjematiske riss som viser prinsippet for en metode for bestemmelse av innfallsvinkelen for et mottatt signal ut fra graden av dopplerforskyvning ifølge oppfinnelsen,

fig. 2 er et blokkskjerna som generelt viser konstruksjonen av en avsøkingssonar ifølge en foretrukket utførelse av oppfinnelsen,

fig. 3 er et perspekt ivriss som viser hvordan en transduser i avsøkingssonaren på fig. 2 er konstruert,

fig. 4A og 4B er skjematiske riss som illustrerer vertikalt fokuserte stråler som er dannet ved hjelp av av-søkingssonaren i horisontal avsøkingsmodus,

fig. 5A - 5F er skjematiske riss som illustrerer horisontalt fokuserte stråler som dannes ved hjelp av avsøkings-sonaren i vertikal avsøkingsmodus,

fig. 6A og 6B er diagrammer som viser prinsippene for interpolasjon og deteksjon av retningen av et innfallende signal benyttet i den horisontale avsøkingsmodus,

fig. 7 er et detaljert kretsskjema som viser oppbygningen av en multiplekser, funksjonsmultiplikatorer og en funksjonsgenerator som sammen frembringer et vertikalt

avsøkingssignal,

fig. 8A og 8B viser henholdsvis et omkoplingstidsdiagram for multiplekseren og et diagram som viser funksjonsbøl-geformer som genereres av funksjonsmultiplikatorene,

fig. 9A og 9B er diagrammer som viser prinsippet for en metode for deteksjon av innfallsvinkelen for et mottatt signal i den vertikale avsøkingsmodus, og

fig. 10 er et diagram som viser hvordan et skjermbilde frembringes i den vertikale avsøkingsmodus.

Nærmere beskrivelse av den foretrukne utførelse av oppfinnelsen

En avsøkingssonar ifølge en foretrukket utførelse av oppfinnelsen skal nå beskrives under henvisning til de ledsagende tegninger. Fig. 2 viser et blokkskjerna av avsøkingssonaren ifølge oppfinnelsen, og fig. 3 viser et perspektivriss av en sylinderformet transduser 1 som benyttes i avsøkingssonaren. Som vist på fig. 3, er transduseren 1 oppbygget av 480 transduserelementer Aij (i = 1 til 30, j = 1 til 16) som er stablet i seksten lag av ringformede oppstillinger, idet hvert lag omfatter 30 transduserelementer. Transduserelementene i ulike-nummererte lag ODD er forskjøvet i forhold til elementene i like-nummererte lag EVN i omkretsretningen like mye som bredden av hvert transduserelement, slik at transduserelementene som helhet er anordnet i en vanlig murverkkonstruksjon med vekslende skjøtarrangement. Den således konstruerte transduser 1 er installert i et skipsskrog på en slik måte at aksen til transduserens 1 sylinderform er vertikalt anbrakt. Transduseren 1 er koplet til en senderblokk 2 og en mottakerblokk 3. Senderblokken 2 tilfører elektriske signaler, som er faseforskjøvet på en spesiell måte, til de individuelle transduserelementer for å utsende en ultralydstråle i vannet.

Transduserens 1 transduserelementer er individuelt tilkoplet til en stråledanner 11 som er anordnet i mottakerblok-ken 3. Stråledanneren 11 danner en mottakingsstråle ved å forskyve fasen av mottatte signaler som innføres fra de individuelle transduserelementer på en spesiell måte, og deretter summere disse signaler. Under den horisontale avsøkingsmodus, i hvilken områder hele veien rundt transduseren 1 avsøkes med en spesifikk hellingsvinkel, dannes en vertikalt fokusert stråle hvis respons er skarpt fokusert for å frembringe en smal, vertikal strålevinkel, ved å summere signaler som innføres fra alle transduserelementer i den ene vertikale oppstilling etter den andre. Under den vertikale avsøkingsmodus, i hvilken et vertikalt tverrsnitt av undervannssituasjonen i en spesiell asimutretning avsøkes vertikalt, summeres signaler som mottas av og innføres fra seks tilstøtende transduserelementer som er sentrert på den spesifiserte avsøkingsasimut, innbefattet tre transduserelementer hver på de venstre og høyre sider av avsøkingsasimutretningen, i hvert elementlag for å frembringe en horisontalt fokusert stråle hvis respons er skarpt fokusert for å frembringe en smal, horisontal strålevinkel.

For å frembringe de forannevnte, horisontalt fokuserte og vertikalt fokuserte stråler, er det nødvendig å summere signalene som innføres fra de individuelle transduserelementer, med en spesiell faserelasjon mellom disse. Stråledanneren 11 forsterker de mottatte signaler og forskyver disse i fase ved å multiplisere signalene med spesifikke bærebølgesignaler for å oppnå en ønsket faserelasjon. Bærebølgesignalene produseres av en bærebølgesignalgenerator 12H for horisontal avsøkingsmodus og en bærebølgesignalgenerator 12V for vertikal avsøkingsmodus, og tilføres til stråledanneren 11 via en velger 13. Styrt av en styreenhet 30 tilfører velgeren 13 de bærebølgesignaler som produseres av bærebølgesignalgeneratoren 12H for horisontal avsøkingsmodus, til stråledanneren 11 i den horisontale av-søkingsmodus, mens den tilfører de bærebølgesignaler som produseres av bærebølgesignalgeneratoren 12V for vertikal avsøkingsmodus, til stråledanneren 11 i den vertikale avsøkings-modus .

Avsøkingssonaren ifølge denne utførelse kan avsøke områder hele veien rundt transduseren 1 ved en hellingsvinkel som er innstilt mellom f.eks. 0° og 45° under vannoverflaten, i den horisontale avsøkingsmodus. I den vertikale avsøkingsmodus kan den avsøke over en vertikal avsøkingsdekning på f.eks. 0° til 45° under vannoverflaten, i en ønsket asimutretning.

Fig. 4A og 4B er diagrammer som illustrerer vertikalt fokuserte stråler som er dannet av stråledanneren 11 i den horisontale avsøkingsmodus. På fig. 4A det vist en mottakingsstråle som produseres når hellingsvinkelen er innstilt på 0° for å avsøke et fullsirkelområde i et horisontalt plan. Når de signaler som mottas av transduserelementene i alle lag, summeres for hver vertikal oppstilling eller kolonne, i den likt fasede form, dvs. uten innføring av noen faseforsinkelser, frembringer stråledanneren 11 en vertikalt fokusert stråle som har en smal, vertikal strålevinkel (høy vertikal direktivitet) og en bred, horisontal strålevinkel. Ved frembringelse av den vertikalt fokuserte stråle summerer stråledanneren 11 separat de signaler som tilføres fra transduserelementene i de ulike nummererte lag ODD (j = 1, 3, 5, 7, 9, 11, 13, 15) og de signaler som tilføres fra transduserelementene i de like nummererte lag EVN (j = 2, 4, 6, 8, 10, 12, 14, 16), og tilfører vertikalt fokuserte strålesignaler som er avledet av de ulike nummererte lag ODD, og vertikalt fokuserte strålesignaler som er avledet fra de like nummererte lag EVN, til en multiplekser 14 for horisontal avsøkingsopera-sj on.

På den annen side viser fig. 4B en nedoverseende mottakingsstråle som frembringes ved avsøking av et fullsirkelområde rundt transduseren 1 ved en hellingsvinkel som er større enn 0°. For å frembringe mottakingsstrålen som har en slik nedoverseende direktivitet ved å summere de signaler som mottas av transduserelementene i hver kolonne av transduseren 1, gjøres faseforsinkelser gradvis større fra det øverste lag til det nederste lag og innføres i de signaler som mottas av transduserelementene i de individuelle lag. For å frembringe den forannevnte faserelasjon mellom de signaler som tilføres fra transduserelementene i de ulike-nummererte lag ODD (j = 1, 3, 5, 7, 9, 11, 13, 15) og de like-nummererte lag EVN (j = 2, 4, 6, 8, 10, 12, 14, 16), genererer bærebølgesignalgeneratoren 12H for den horisontale avsøkingsmodus sju bærebølgesignaler for forsinkelse av fasene til de signaler som tilføres fra transduserelementene i de ulike-nummererte lag ODD og transduserelementene i de like-nummererte lag EVN, bortsett fra elementene i de første og andre lag (j = 1, 2) fra toppen av transduseren 1. Det skal her bemerkes at fasene til de signaler som tilføres fra transduserelementene i de første og andre lag (j = 1, 2), ikke er forsinket. Gradene av f asef orsinkelser for de tredje til de sekstende lag bestemmes med referanse til fasen til de signaler som oppfanges av transduserelementene i det første eller andre lag. Stråledanneren 11 multipliserer først de signaler som tilføres fra transduserelementene i de ulike-nummererte og like-nummererte lag (j = 3 til 15, 4 til 16), bortsett fra de første og andre lag, med de respektive bærebølgesignaler. Deretter summerer stråledanneren 11 separat de signaler som tilføres fra transduserelementene i de ulike-nummererte lag ODD (j = 1, 3, 5, 7, 9, 11, 13, 15) og de signaler som tilføres fra transduserelementene i de like-nummererte lag EVN (j = 2, 4, 6, 8, 10, 12, 14, 16), for å danne 60 vertikalt fokuserte strålesignaler. Hellingsvinkelen for den vertikalt fokuserte stråle kan varieres mellom 0° og 4 5° ved passende justering av beløpene av faseforsinkelser for de individuelle lag. Dersom det er nødvendig, er det mulig å danne en oppoverseende mottakingsstråle ved å innføre gradvis større faseforsinkelser i de signaler som mottas av transduserelementene i øvre lag.

I den horisontale avsøkingsmodus tilfører senderblokken 2 elektriske signaler som er forskjøvet i fase for å frembringe den samme faserelasjon som den som ble etablert blant de individuelle lag av transduserelementene ved frembringelse av den forannevnte mottakingsstråle, til alle transduserelementer samtidig, og danner derved en fullsirkeldekkende, skiveliknende eller paraplyliknende sendestråle som er innstilt i den samme hellingsvinkel som mottakingsstrålen.

I den vertikale avsøkingsmodus benyttes transduserelementene i bare spesifikke kolonner som er sentrert på en spesifisert asimut. Fig. 5A til 5F er diagrammer som illustrerer horisontalt fokuserte mottakings- og sendestråler som er dannet i den vertikale avsøkingsmodus. Mer spesielt benyttes seks tilstøtende transduserelementer som er sentrert på den spesifiserte avsøkingsasimut, omfattende tre transduserelementer (i = k-3 til k+2) hver på de venstre og høyre sider av avsøkings-asimutretningen, i hvert elementlag. Signaler som tilføres fra de seks transduserelementer i hvert lag, summeres, idet det innføres større faseforsinkelser i de signaler som mottas av transduserelementene som ligger nær avsøkingsasimutretningen, eller sentrum av de seks transduserelementer, som vist på fig. 5A, for å frembringe en horisontalt fokusert stråle som har en smal, horisontal strålevinkel (høy horisontal direktivitet) og en bred, vertikal strålevinkel som vist på fig. 5B. Da en sådan horisontalt fokusert stråle dannes for hvert lag, utmater stråledanneren 11 seksten horisontalt fokuserte strålesignaler (j = 1 til 16) til en multiplekser 15 for vertikal avsøkings-drift.

For å frembringe en faserelasjon som vist på fig. 5A blant de signaler som mottas av de seks transduserelementer i hvert lag, genererer bærebølgesignalgeneratoren 12V for vertikal avsøkingsmodus to typer av bærebølgesignaler som skal tilføres til fire sentrale transduserelementer. Da gradene av faseforskyvning for transduserelementene på de venstre og høyre sider av avsøkingsasimutretningen bør være symmetriske, tilføres bærebølgesignaler med symmetriske faseforsinkelser til de fire sentrale transduserelementer (i = k-2 til k+1) uten forsinkelse av fasene til de signaler som tilføres fra de lengst til venstre og lengst til høyre beliggende transduserelementer (i = k-3, k+2). Stråledanneren 11 frembringer de horisontalt fokuserte strålesignaler ved å multiplisere de signaler som tilføres fra de sentrale transduserelementer (i = k-2 til k+1) , med disse bærebølgesignaler, og summerer deretter de signaler som avledes fra transduserelementene (i = k-3 til k+2) . Da det er gjort mulig å rette den horisontalt fokuserte stråle i hvilken som helst asimutretning ved å spesifisere en ønsket kolonne k, trenger ikke retningen av den horisontalt fokuserte stråle å varieres, men er fiksert i den vertikale avsøkingsmodus, til forskjell fra hellingsvinkelen til den vertikalt fokuserte stråle som varieres fortløpende i den horisontale avsøkingsmodus.

I den vertikale avsøkingsmodus danner senderblokken 2 en sendestråle med en vertikalt bred strålevinkel ved samtidig å tilføre signaler for hvilke faserelasjonen mellom de individuelle lag styres som vist på fig. 5C eller 5E, til de individuelle transduserelementer. Sendestrålen som er likt utvidet oppover og nedover som vist på fig. 5D, dannes når signalene som er vist på fig. 5C, tilføres, mens den nedoverseende, vertikalt brede sendestråle som er vist på fig. 5F, frembringes når de signaler som er vist på fig. 5E, tilføres.

I den horisontale avsøkingsmodus omkopler multiplekseren 14 de vertikalt fokuserte strålesignaler i som tilføres fra transduserelementene i de individuelle kolonner i rekkefølgen ODDI, EVN1, 0DD2, EVN2, ..... ODD30, EVN30, med bestemte tidsintervaller, hvor ODDi og EVNi representerer henholdsvis de ulike-nummererte og like-nummererte kolonner. Ved denne omkoplingsoperasjon roterer eller styrer multiplekseren den vertikalt fokuserte mottakingsstråle rundt transduseren 1, og frembringer derved et horisontalt avsøkingssignal. For å oppnå jevn styring av mottakingsstrålen, innføres de vertikalt fokuserte strålesignaler som avledes fra et for øyeblikket utvalgt, ulike-nummerert lag ODD, i en multiplikator 16 i hvilken de vertikalt fokuserte strålesignaler multipliseres med et trekantbølgesignal for det ulike-nummererte lag ODD som er vist på fig. 6A, de vertikalt fokuserte strålesignaler som avledes fra et for øyeblikket utvalgt, like-nummerert lag EVN, innføres i en multiplikator 17 i hvilken de vertikalt fokuserte strålesignaler multipliseres med et trekantbølgesignal for det like-nummererte lag EVN som er vist på fig. 6A, og de vertikalt fokuserte strålesignaler fra både de ulike-nummererte og like-nummererte lag summeres deretter av en adderer 19. Trekantbølgesignalene frembringes av en interpolasjonssignalgenerator 18 og utmates til de individuelle multiplikatorer 16, 17. Som et resultat av den forannevnte operasjon utmater addereren 19 det horisontale avsøkingssignal som er identisk i mottakingsegenskaper med et signal som oppnås ved fysisk å rotere et eneste transduserelement. Når et signal med en fast frekvens som ankommer fra en fjerntliggende lydkilde, mottas av et slikt transduserelement, er frekvensen til det mottatte signal dopplerforskjøvet som et resultat av rotasjon av transduserelementet, og et resulterende, horisontalt avsøkingssignal inneholder en pipesignalkomponent i hvilken graden av frekvensforskyvning varierer i overensstemmelse med relasjonen mellom lydkilden og vinkelposisjonen til det roterende transduserelement som vist på fig. 6B. Et pipesignal er et signal hvis frekvens varierer gradvis som vist på fig. 6B. Mer spesielt varierer pipesignalets frekvens som følger. Når transduserelementet begynner å motta det innkommende signal, er frekvensen til det mottatte signal høyere enn frekvensen til det innkommende akustiske signal som følge av en Dopplerforskyvning på grunn av at transduserelementet nærmer seg lydkilden på dette stadium. Etter hvert som strålens innstillingsretning nærmer seg forplantningsretningen til det innkommende signal, blir graden av frekvensforskyvning mindre. Frekvensen av det mottatte signal avtar gradvis når mottakingsstrålen roteres ytterligere og transduserelementet beveger seg bort fra lydkilden.

Bølgeformen av pipesignalet er entydig bestemt dersom vinkelhastigheten av det roterende transduserelement er konstant og lydkildens sendefrekvens er fiksert. Således er det mulig å detektere eksistensen av en lydkilde (et mål) og bestemme lydkildens retning ved å fastslå pipesignalets bølgeform.

Idet det igjen henvises til fig. 2, detekterer en korrelator 25 eksistensen av det ovennevnte pipesignal og komprimerer strålen. To leselagre (ROM) 26 som tjener som referansebølgeform-lagringsanordninger, er tilkoplet til korrelatoren 25 via en velger 27. Disse ROM-lagre 26 omfatter et ROM 2 6H for lagring av en pipesignalbølgeform for den horisontale avsøkingsmodus, og et ROM 26V for lagring av en pipesignalbølge-form for den vertikale avsøkingsmodus. Selv om lagrene ROM 2 6H og ROM 26V er anordnet separat og omkoples ved hjelp av velgeren 27 i blokkskjemaet på fig. 2, kan et eneste ROM-lager benyttes for å lagre referansebølgeformdata for både de horisontale og vertikale avsøkingsmodi, forutsatt at selektiv omkopling av referansebølgeformdataene for de to modi tillates ved hjelp av styrt tilgang til relevante adresser.

Korrelatoren 25 tar inn 96 sampler av det horisontale avsøkingssignal eller et vertikalt avsøkingssignal, som vil bli beskrevet senere, via en velger 24, og utmater korrelasjonsresultåtet mellom de samplede inngangsdata og referansebølgeformdataene. I den horisontale avsøkingsmodus innføres samplene av det horisontale avsøkingssignal fortløpende i et 96-trinns skiftregister og forskyves gjennom dette av korrelatoren 25 i synkronisme med et taktsignal som er identisk med et vertikalt fokusert strålevalg-taktsignal som tilføres til multiplekseren 14. Det 96-trinns skiftregister tar også inn 96 sampler av referansebølgeformdataene. De samplede inngangsdata og referansebølgeformdataene sammenliknes i hvert trinn av det 96-trinns skiftregister, og en verdi som oppnås ved å summere sammenlikningsresultater, utmates av korrelatoren 25 som dens utgangs-data. Når en ultralydbølge som reflekteres av et mål, mottas, inneholder det resulterende, horisontale avsøkingssignal et pipesignal som svarer til størrelsen av den reflekterte ultralydbølge ved et punkt i avsøkingstid som svarer til målets asimut. Når den inngangsbølgeform som inneholder pipesignalet, innføres i korrelatoren 25, oppviser det en ekstremt høy korrelasjon med referansebølgeformen som også er et pipesignal, og korrelatoren 25 tilveiebringer derfor et høyt utgangssignalnivå. Informasjon om den aktuelle avsøkingsasimut er tilgjengelig fra styreenheten 30 som utmater valgtaktsignalet til multiplekseren 14. Avsøkingsasimutdata som oppnås fra styreenheten 30, og utmatingsdataene fra korrelatoren 25 utmates således til en fremvisnings-enhet 4, slik at et videobilde av det detekterte mål fremvises på fremvisningsenheten 4 i den riktige retning. Det horisontale avsøkingssignal dannes suksessivt mens den vertikalt fokuserte stråle roteres etter hver sending av sendestrålen ved hjelp av senderblokken 2, og ultralydbølger som reflekteres av nærliggende mål til fjerntliggende mål, detekteres fortløpende. Bilder av de detekterte mål fremvises deretter fortløpende på fremvisningsenheten 4.

I den vertikale avsøkingsmodus innføres de horisontalt fokuserte strålesignaler som frembringes av stråledanneren 11, i multiplekseren 15. Multiplekseren 15 har to behandlingskanaler av hvilke den ene kanal (ulike-nummerert lagkanal) fortløpende utvelger de horisontalt fokuserte strålesignaler som avledes fra de ulike-nummererte lag med start fra deres øverste lag (j = 1), og utmater et tidssekvensielt kombinert, horisontalt fokusert strålesignal, mens den andre kanal (like-nummerert lagkanal) fortløpende utvelger de horisontalt fokuserte strålesignaler som avledes fra de like-nummererte lag med start fra deres øverste lag (j = 2) , og utmater et tidssekvensielt kombinert, horisontalt fokusert strålesignal. Det kombinerte, horisontalt fokuserte strålesignal som avledes fra de ulike-nummererte lag, innføres i en funksjonsmultiplikator 20, mens det kombinerte, horisontalt fokuserte strålesignal som avledes fra de like-nummererte lag, innføres i en funksjonsmultiplikator 21.

Fig. 7 er et detaljert kretsskjema som viser oppbygningen av multiplekseren 15, funksjonsmultiplikatorene 20, 21 og en funksjonsgenerator 22. Fig. 8A og 8B viser henholdsvis et omkoplingstidsdiagram for multiplekseren 15 og et diagram som viser funksjonsbølgeformer som genereres av funksjonsmultiplikatorene 20, 21.

De horisontalt fokuserte strålesignaler som tilføres fra de ulike-nummererte lag ODD (j = 1, 3, 5, 7, 9, 11, 13, 15), tilføres til respektive brytere SW1, SW3, SW5, SW7, SW9, SW11, SW13 og SW15 i multiplekseren 15, mens de horisontalt fokuserte strålesignaler som tilføres fra de like-nummererte lag EVN (j = 2, 4, 6, 8, 10, 12, 14, 16), tilføres til respektive brytere SW2, SW4, SW6, SW8, SW10, SW12, SW14 og SW16 i multiplekseren 15. Deretter, basert på et valgtaktsignal som tilføres fra styreenheten 30, utvelger multiplekseren 15 kanal for ulike-nummererte lag fortløpende de horisontalt fokuserte strålesignaler som innføres fra de ulike-nummererte lag, og multiplekserens 15 kanal for like-nummererte lag utvelger fortløpende de horisontalt fokuserte strålesignaler som innføres fra de like-nummererte lag, med en omkoplingstidsinnstilling som vist i tidsdiagrammet på fig. 8A, hvor de signaler som utvelges fra de vekslende ulike-nummererte og like-nummererte lag, overlapper hverandre så mye som halvparten av varigheten av hver samplingsportpuls. Utgangs-signalene fra multiplekserens 15 kanaler for ulike-nummererte og like-nummererte lag innføres i respektive av funksjonsmulti-plikatorene 20, 21. I den vertikale avsøkingsmodus begynner hver suksessiv avsøkingssyklus når bryteren SW1 slås på, og slutter når bryteren SW16 slås av. Det vertikale avsøkingssignal frembringes ved sampling av de horisontalt fokuserte strålesignaler under hver suksessiv vertikal avsøkingssyklus ved benyttelse av vindusfunksjoner. Slik som tidligere nevnt, roteres mottakingsstrålen kontinuerlig rundt transduseren 1 for å utføre uavbrutt avsøking i den horisontale avsøkingsmodus. I den vertikale avsøkingsmodus avbrytes imidlertid kontinuiteten av det vertikale avsøkingssignal når mottakingsstrålen, som styres nedover i hver avsøkingssyklus, returneres fra den nedre grense til den øvre grense av den vertikale avsøkingsdekning. De horisontalt fokuserte strålesignaler multipliseres med de forannevnte vindusfunksjoner for hver avsøkingssyklus, for å hindre forekomsten av sidesløyfer.

Funksjonsmultiplikatorene 20, 21 multipliserer de innmatede, horisontalt fokuserte strålesignaler med vindus-funksjonene, trekantbølgesignaler for jevn interpolasjon, og med et pipesignal som setter korrelatoren 25 i stand til å detektere ultralydbølgesignaler som reflekteres av undervannsmål. For å hindre forekomst av speilbilder ved multiplikasjon, er funksjonsmultiplikatorene 20, 21 koplet i en dobbeltbalansert konfigura-sjon. Funksjonsmultiplikatoren 20 forgrener det vertikalt fokuserte strålesignal (-cosØJ som avledes fra de ulike-nummererte lag og innføres fra multiplekseren 15 i to signalbaner. Det vertikalt fokuserte strålesignal som innmates i den ene signalbane, innføres direkte i en multiplikator 203, mens det vertikalt fokuserte strålesignal som innmates i den andre signalbane, forsinkes ved hjelp av en forsinkelsesanordning 201 så mye som TT/2, og et resultantsignal (-sinØJ innføres i en multiplikator 202. Funksjonsgeneratoren 22 frembringer et signal -fITPsin9Hved å multiplisere med et bølgeformsignal -fITP#som oppnås ved å kombinere en vindusfunksjonsbølgeform og et trekantbølgesignal, og tilfører signalet -fITPsin9Htil multipli-katoren 203. Funks jonsgeneratoren 22 tilfører også et signal -fITPcosØH, som oppnås ved fremrykking av signalet -fITPsinØHså mye som TT/2, til multiplikatoren 202. Deretter adderes utgangssignalene fra multiplikatorene 202, 203 av en adderer 23. Det er da mulig å oppnå følgende signal som bare inneholder komponenter uttrykt ved en sum 00+0H, idet komponenter uttrykt ved en differanse 00-0H utelukkes, som vist på fig. 8B:

På den annen side forgrener funksjonsmultiplikatoren 21 også det vertikalt fokuserte strålesignal (cosØJ som avledes fra de like-nummererte lag og innføres fra multiplekseren 15 i to signalbaner. Det vertikalt fokuserte strålesignal som innmates i den ene signalbane, innføres direkte i en multiplikator 213, mens det vertikalt fokuserte strålesignal som innmates i den andre signalbane, forsinkes ved hjelp av en forsinkelsesanordning 211 så mye somTT/2, og et resultantsignal (sinØJ innføres i en multiplikator 212. Funksjonsgeneratoren 22 frembringer et signal -fITPsinØHved å multiplisere med et bølgeformsignal -fITP#som oppnås ved å kombinere en vindusfunksjonsbølgeform og et trekantbølgesignal, og tilfører signalet -fITPsinØHtil multiplikatoren 213. Funks jonsgeneratoren 22 tilfører også et signal -fITPcosØH, som oppnås ved fremrykking av signalet -fITPsinØHså mye som TT/2, til multiplikatoren 212. Deretter adderes utgangssignaler fra multiplikatorene 212, 213 av addereren 23. Det er da mulig å oppnå følgende signal som bare inneholder komponenter uttrykt ved en sum Øe+0H, idet komponenter uttrykt ved en differanse Øe-0H utelukkes, som vist på fig. 8B:

Det er mulig å oppnå et jevnt vertikalt avsøkingssignal ved å addere de forannevnte signaler som avledes fra de ulike-nummererte og like-nummererte lag.

Idet det nå henvises til fig. IA og IB, er frekvensen av ultralydbølger som reflekteres av et undervannsmål, doppler-forskjøvet, hvor graden av dopplerforskyvning er relatert til innfallsvinkelen a til de reflekterte ultralydbølger. Det er derfor mulig å bestemme innfallsvinkelen a ved å detektere graden av dopplerforskyvning. I denne utførelse multipliseres det vertikale avsøkingssignal med et pipesignal, slik at korrelatoren 25 kan omforme graden av dopplerforskyvning (frekvensverdi) til tidsdata.

Fig. 9A og 9B er diagrammer som viser prinsippet for en metode for bestemmelse av graden av dopplerforskyvning ved innføring av det vertikale avsøkingssignal multiplisert med pipesignalet i korrelatoren 25, hvor innfallsvinkelen er 0° på fig. 9A mens innfallsvinkelen er 30° på fig. 9B. Hver av fig. 9A og 9B viser bølgeformrepresentasjoner ved toppen og frekvens-representasjoner ved bunnen. Hver av disse figurer viser en situasjon hvor en signalbølgeform overføres mot høyre, og den høyre side av det vertikale avsøkingssignal derfor representerer den del av signalet som opptrådte tidligere i tid. Det vertikale avsøkingssignal multiplisert med pipesignalet som er vist på den venstre side av fig. 9A og 9B, er et signal hvis frekvens varierer langs tidsaksen.

På den annen side er et pipesignal som tilføres til korrelatoren 25 som en referansebølgeform som vist på høyre side av hver av fig. 9A og 9B, et signal hvis frekvens varierer over et bredere frekvensområde enn det innmatede, vertikale av-søkingssignal . Området for frekvensendring av referansepipesignalet svarer til området for dopplerforskyvning av det vertikale avsøkingssignal som oppnås når ultralydbølger mottas ved innfallsvinklene 0° og 45° under vannoverflaten. Det vertikale avsøkingssignal er dopplerforskjøvet i overensstemmelse med innfallsvinkelen til det mottatte signal. Et pipesignal er overlagret på det mottatte signal som om det er forspent med dopplerfrekvensen. Bølgeformen av det vertikale avsøkingssignal matcher eller passer til ett eller annet parti av bølgeformen av referansepipesignalet som innføres i korrelatoren 25. Det parti av bølgeformen av referansepipesignalet som passer til det innmatede vertikale avsøkingssignal, svarer til graden av dopplerforskyvning, eller til innfallsvinkelen a til de mottatte ultralydbølger.

Når det vertikale avsøkingssignal, som forskyves via korrelatoren 25 basert på et taktsignal (engelsk: clock), passer til et visst parti av bølgeformen av referansepipesignalet, er korrelatorens 2 5 utgangssignalnivå maksimert. Informasjon angående frem til hvilket punkt det vertikale avsøkingssignal er blitt forskjøvet når det har passet til partiet av bølgeformen av referansepipesignalet, er tilgjengelig fra styreenheten 30 som utmater taktsignalet for styring av forskyvningshastigheten. Avsøkingsvinkeldata (hellingsvinkeldata) som er beregnet ut fra informasjonen angående skiftposisjonen og utgangsdataene fra korrelatoren 25, utmates således til fremvisningsenheten 4, hvorved et videobilde av målet, som antas å eksistere ved den hellingsvinkel som svarer til den forskyvningsposisjon hvor korrelatoren 25 har frembrakt det høye utgangssignalnivå, kan fremvises på fremvisningsenheten 4. Vertikal avsøking utføres gjentatte ganger etter hver sending ved hjelp av senderblokken 2, og ultralydbølger som reflekteres av nærliggende mål til fjerntliggende mål, detekteres fortløpende. Fremvisningsenheten 4 presenterer da bilder av de detekterte mål som vist på fig. 10, i overensstemmelse med utgangssignalet fra korrelatoren 25.

Det skal bemerkes at transduseren ikke er begrenset til den konstruksjon som omfatter 16 lag og 30 kolonner som vist på fig. 3. Dens vertikale avsøkingsdekning er heller ikke nødvendigvis begrenset til 0° til 45° under vannets overflate. I én variasjon av oppfinnelsen kan den vertikale avsøkingsdekning omfatte oppoverseende vinkler.

Selv om transduseren 1 i den foregående utførelse har sylindrisk form, er det mulig å benytte en kjeglestumpformet transduser med en sirkulær toppflate som har større diameter enn den sirkulære bunnflate. Transduseren med denne endrede form er egnet for ettersøking av undervannsobjekter i områder som ligger nærmere havbunnen, snarere enn områder som ligger nærmere vannets overflate, på grunn av at sende- og mottakingsstråler kan styres til større hellingsvinkler med den kjeglestumpformede transduser.

Deteksjon av graden av dopplerforskyvning (frekvens-forskyvning) er ikke begrenset til den forannevnte metode med hvilken det vertikale avsøkingssignal multipliseres med pipesignalet .

Selv om korrelatoren 25 benyttes i fellesskap i både den horisontale avsøkingsmodus og den vertikale avsøkingsmodus i den foregående utførelse, kan det være anordnet separate korrelatorer for den horisontale avsøkingsmodus og den vertikale avsøkingsmodus, slik at fullstendig forskjellige kanaler benyttes i de individuelle modi.

Claims

1. Innretning for bestemmelse av innfallsvinkelen til et innfallende ultralydsignal, omfattende en ultralydstransduser som er konstruert av et antall transduserelementer som er anordnet i flere lag og kolonner som som helhet danner en sylindrisk form, en horisontalt fokusert stråledanner som summerer signaler som mottas av de individuelle transduserelementer i spesifikke kolonner som er sentrert på en spesifisert avsøkingsasimut for hvert lag, for å generere horisontalt fokuserte strålesignaler som tilveiebringer høy horisontal direktivitet, en vertikal avsøkingssignaldanner som genererer et vertikalt avsøkingssignal ved fortløpende å utvelge og kombinere de horisontalt fokuserte strålesignaler fra det øverste lag til det nederste lag, eller fra det nederste lag til det øverste lag, KARAKTERISERT VED en vinkeldetektor som detekterer innfallsvinkelen til det innfallende ultralydsignal basert på graden av frekvensforskyvning av det vertikale avsøkingssignal fra det innfallende ultralydsignal.

2. Fremgangsmåte for bestemmelse av innfallsvinkelen til et innfallende ultralydsignal ved benyttelse av en ultralydstransduser som er konstruert av et antall transduserelementer som er anordnet i flere lag og kolonner som som helhet danner en sylindrisk form, idet den omfatter de trinn å summere signaler som mottas av de individuelle transduserelementer i spesifikke kolonner som er sentrert på en spesifisert avsøkingsasimut for hvert lag, for å generere horisontalt fokuserte strålesignaler som tilveiebringer høy horisontal direktivitet, å generere et vertikalt avsøkingssignal ved fortløpende å utvelge og kombinere de horisontalt fokuserte strålesignaler fra det øverste lag til det nederste lag, eller fra det nederste lag til det øverste lag, KARAKTERISERT VED å detektere innfallsvinkelen til det innfallende ultralydsignal basert på graden av frekvensforskyvning av det vertikale avsøkingssignal fra det innfallende ultralydsignal.

3. Avsøkingssonar, omfattende en ultralydstransduser som er konstruert av et antall transduserelementer som er anordnet i flere lag og kolonner som som helhet danner en sylindrisk form, en horisontalt fokusert stråledanner som summerer signaler som mottas av de individuelle transduserelementer i spesifikke kolonner som er sentrert på en spesifisert avsøkings-asimut for hvert lag, for å generere horisontalt fokuserte strålesignaler som tilveiebringer høy horisontal direktivitet, en vertikal avsøkingssignaldanner som genererer et vertikalt avsøkingssignal ved fortløpende å utvelge og kombinere de horisontalt fokuserte strålesignaler fra det øverste lag til det nederste lag, eller fra det nederste lag til det øverste lag, KARAKTERISERT VED en vinkeldetektor som detekterer innfallsvinkelen til et innfallende ultralydsignal basert på graden av frekvensforskyvning av det vertikale avsøkingssignal fra det innfallende ultralydsignal, en vertikalt fokusert stråledanner som summerer signaler som mottas av de individuelle transduserelementer i hver kolonne, for å generere vertikalt fokuserte strålesignaler som tilveiebringer høy vertikal direktivitet, en horisontal avsøkingssignaldanner som danner et horisontalt avsøkingssignal ved fortløpende å utvelge og kombinere de vertikalt fokuserte strålesignaler som avledes fra de individuelle kolonner rundt transduseren, og en signalgenerator som tar ut et signal fra en spesifisert retning basert på graden av frekvensforskyvning av det horisontale avsøkingssignal fra det innfallende ultralydsignal, hvor den vertikalt fokuserte stråledanner, den horisontale avsøkingssignaldanner og signalgeneratoren aktiveres i horisontal avsøkingsmodus, og den horisontalt fokuserte stråledanner, den vertikale avsøkingssignaldanner og vinkeldetektoren aktiveres i vertikal avsøkingsmodus.

4. Avsøkingssonar ifølge krav 3, KARAKTERISERT VED at vinkeldetektoren og signalgeneratoren deler en felles korrelator.

5. Fremgangsmåte for bestemmelse av innfallsvinkelen til et innfallende ultralydsignal ved benyttelse av en ultralydstransduser som er konstruert av et antall transduserelementer som er anordnet i flere lag og kolonner som som helhet danner en sylindrisk form, idet den omfatter de trinn å summere signaler som mottas av de individuelle transduserelementer i spesifikke kolonner som er sentrert på en spesifisert avsøkingsasimut for hvert lag, for å generere horisontalt fokuserte strålesignaler som tilveiebringer høy horisontal direktivitet, å generere et vertikalt avsøkingssignal ved fortløpende å utvelge og kombinere de horisontalt fokuserte strålesignaler fra det øverste lag til det nederste lag, eller fra det nederste lag til det øverste lag, KARAKTERISERT VED å detektere innfallsvinkelen til det innfallende ultralydsignal basert på graden av frekvensforskyvning av det vertikale avsøkingssignal fra det innfallende ultralydsignal, å summere signaler som mottas av de individuelle transduserelementer i hver kolonne, for å generere vertikalt fokuserte strålesignaler som tilveiebringer høy vertikal direktivitet, å danne et horisontalt avsøkingssignal ved fortløpende å utvelge og kombinere de vertikalt fokuserte strålesignaler som avledes fra de individuelle kolonner rundt transduseren, og å ta ut et signal fra en spesifisert retning basert på graden av frekvensforskyvning av det horisontale avsøkingssignal fra det innfallende ultralydsignal, hvor den vertikalt fokuserte stråledanner, den horisontale avsøkingssignaldanner og signalgeneratoren aktiveres i horisontal avsøkingsmodus, og den horisontalt fokuserte stråledanner, den vertikale avsøkingssignaldanner og vinkeldetektoren aktiveres i vertikal avsøkingsmodus.