NO820305L - Fremgangsmaate til bestemmelse av retning, og anordning til utfoerelse av fremgangsmaaten - Google Patents

Description

Den foreliggende oppfinnelse vedrører en fremgangsmåte

til retningsbestemmelse, som angitt i den innledende del av krav 1.

En slik fremgangsmåte, som virker etter det såkalte parametriske prinsipp, har den fordel at det ved relativt liten, basis oppnås en høy sendedirektivitet med små sidetakker. Den lave differansefrekvens som oppstår av frekvensene for de to lydstråler, gjennomgår en mindre dempning i utbredelsesretningen, hvorved det oppnås gode rekkevidder. Den lave differansefrekvens vil også gi bedre gjennomtrengning av visse materialer, enn det som er mulig med de høyere frekvenser for den første og den andre lydstråling.

Ifølge en kjent fremgangsmåte av ovennevnte art som eksempelvis finner anvendelse ved avsøking av bunnen i et havnebas-seng, blir retningen av den tredje lydstråle med lavere differansefrekvens, som utgår av de to lydstråler, forandret ved at retningskarakteristikken for den første og andre lydutstråling dreies elektrisk på kjent måte, og at de uensrettede ekkosignaler som oppfanges av en mottaksomformer, retningskorrigeres.

Denne fremgangsmåte er velegnet for måling i havnebassenger med meget små vanndybder, men derimot ikke for havbunnmålinger i dypvannsområder hvor dybder inntil 5000 meter ikke er uvanlig.

Ved registrering av havbunnen under anvendelse av den kjente fremgangsmåte ville det, eksempelvis ved en havdybde

av 5000 meter, mellom utsendelsen av lydstrålen og mottakelsen av bunnekkoet medgå et tidsrom av ca. 6,6 sekunder, som er fast-lagt av havdybden og lydhastigheten i vann. Følgelig kan måle-retningen bare forandres omtrent hvert 7. sekund. Den nødvendige tid for innmåling av en bunnstripe, på tvers av målefartøyets fartsretning, f.eks. i 24 vinkelforskjøvne retninger, vil dermed

utgjøre 168 sekunder. Samtidig har imidlertid målefartøyet, med en hastighet av 4 knop, tilbakelagt ca. 340 meter. Hvis

det med den kjente fremgangsmåte skal gjennomføres en eksakt havbunnoppmåling i kartleggingsøyemed, vil dette kreve ytterst lave bevegelseshastigheter av målefartøyet, og målearbeidet vil derfor bli både langvarig og kostbart.

Formålet ved oppfinnelsen er å angi en fremgangsmåte av den innledningsvis omtalte art som, under opprettholdelse av en god oppløsningsevne, vil muliggjøre en vesentlig større arbeidshastighet under opplodding eller oppmåling av et angitt

område, f.eks. et sjøområde, havbunnområde eller liknende og som, sammenliknet med den kjente fremgangsmåte, dessuten vil medføre en vesentlig tidsbesparelse i forbindelse med innhenting av retnings- og avstandsdata.

Dette er oppnådd ved en fremgangmåte som angitt i den innledende del av krav 1, som kjennetegnes ved trekk som fremgår

.i" av den karakteriserende del av krav 1..

Ved fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen blir lydstrålene utsendt i rekkefølge med hver sin frekvens i tilknytning til en utstrålingsretning eller -vinkel. Hvis sendeperioden for en lydstråle utgjør eksempelvis 2 ms, vil det for 24 sendestråler med 24 frekvenser, motsvarende 24 forskjellige, vinkeltrinnfor-skjøvne utstrålingsretninger og ved samme, antatte dybde av 5000 meter, medgå et tidsrom av 24 . 2 ms + 6,66 s = 6,7 s mellom tidspunktene for utsendelsen av den første lydstråle og ankoms-ten av de ekko som er frembrakt av den siste, dvs. den 24. lydstråle, og dette er ikke nevneverdig mer enn den nødvendige tid som bestemmes av lydhastigheten i vann i forening med avstanden. Fra utsendelsen av den første loddings- eller regist-reringslydstråle og til beredskapstilstanden for den neste lod-ding eller registrering vil således fartøyet, fremdeles med en antatt hastighet av 4 knop, bare ha forflyttet seg 13,5 meter

i fartsretningennoe som er uten praktisk betydning. Da hver

senderetning er tilknyttet en bestemt frekvens, vil den nøyak-tige posisjon av de gjenstander eller bunnflatepartier som frem-kaller ekkoene, kunne angis på grunnlag av frekvensbestemmelse av de mottatte ekko. Sammenliknet med den kjente metode har følgelig fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen den fordel at den, under opprettholdelse av tilnærmelsesvis samme gode oppløsnings-evne, tillater en vesentlig høyere oppmålingshastighet. Som

tidligere forklart vil det for hver enkeltlodding, ved gjennom-løping av samme vinkelsone på tvers av fartøyets fartsretning,

medgå ca. 6,7 s, mot 168 s ved utøvelse av den innledningsvis beskrevne, kjente metode. Av denne grunn vil arbeidstempoet, f.eks. på et målefartøy, kunne økes betraktelig, sammenliknet med den kjente metode.

Dette vil også være fordelaktig hvis fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen ikke skal benyttes til dybdemåling men til avsøking av et,sjøområde beliggende foran fartøyet og på tvers av farts-retningen. Det vil derved, foruten relativt flat lydustråling, dvs. lydutstråling under en relativt liten vinkel med fartøyets forover-retning, kreves store rekkevidder. I dette tilfelle er imidlertid feilen som kan forårsakes av fartøysbevegelsen atskillig alvorligere, fordi fartøyet er i bevegelse mot avsøk-ningsområdet, og av den grunn vil posisjonsforandringer av den

størrelsesorden som forekommer i forbindelse med den kjente metode, uten videre kunne forårsake betydelige vinkelfeil i

retningsbestemmelsen for de innpeilete gjenstander.

En fordelaktig versjon av fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen fremgår av krav 2. Denne vil vise seg særlig gunstig, hvis det med hver omformer i transformatorsystemet utsendes en frekvensblanding av den første og andre frekvens som derved, under dannelse av differansefrekvensen, overleires i mediet vann. På denne måte vil det ved samtlige frekvenser oppnås sikkerhet for tilnærmelsesvis like god anpasning av omformerne til mediet vann, og følgelig like god utgangsytelse, selv innenfor et relativt stort frekvensområde for den parametriske frekvens som skal varieres.

En fordelaktig versjon av oppfinnelsen fremgår av krav 3. Det er derved tatt hensyn til innsvingningstiden for den

nødvendige filteranordning på mottakersiden, for å muliggjøre en pålitelig bestemmelse av ekkofrekvensene.

En fordelaktig versjon av oppfinnelsen fremgår av krav 4. Ved anvendelse av et såkalt "Preformed Beam-(PFB)"-mottakersystem er det mulig å dekke en mottakelses-vinkelsone som er lik den forutfastlagte vinkelsektor multiplisert med PFB-antallet. De forskjellig for-motforvrengte retningsgeneratorer. i PFB-mottakersystemet undertrykker flertydighetssonene i den parametriske frekvens. Dette PFB-mottakersystem kan i så fall med fordel anordnes i tilknytning til den i alle tilfeller til-stedeværende sendeomformerinnretning, den såkalte sendebasis.

Et fordelaktig koplingssystem for utøvelse av fremgangsmåten er angitt i krav 6. Ved anvendelse av to programmerbare

leseminneverk (PROM) kan det, med relativt liten, koplingstek-nisk innsats, opprettes en lydstråling med foranderlig, parametrisk frekvens i tilknytning til en forutfastlagt retningsvinkel.

Ytterligere, fordelaktige, utførelsesformer av koplingssystemet ifølge oppfinnelsen fremgår av kravene 7-14. De angitte forholdsregler vil bidra, hver for seg eller i forening, til en teknisk gunstig opprettelse av koplingssystemet.

Oppfinnelsen vil bli nærmere beskrevet i det etterfølgende

under henvisning til de medfølgende tegninger, hvori:

Fig. 1 viser et skjematisk riss av vinkelsektoren som dekkes av lydstrålingen under en sendeprosess med åtte forskjellige, parametriske frekvenser som utstråler i åtte, innbyrdes forskjøvne vinkelretninger. Fig. 2 viser et riss, i likhet med fig. 1, hvor imidler-v tid lydstrålingen er modifisert, for økning av det strålings-dekkete område. Fig. 3 viser et blokkdiagram av den del av et koplingssystem for retningspeiling, som befinner seg på sendersiden. Fig. 4 viser et blokkdiagram av den del av koplingssystemet, som befinner seg på mottakersiden. Fig. 5 viser et blokkdiagram av den del av et koplingssystem av annen utførelsesform, som befinner seg på mottakersiden.

Ved denne fremgangsmåte for retningspeiling blir det på kjent måte utsendt, i vannet, en første og en andre lydstråle med innbyrdes forskjellig, første og"andre frekvens. De to lydstråler overleires i utbredelsesmediet vann og frembringer, grunnet vannets ikke-lineære, akustiske overføringsegenskaper, blant- annet en lydstråle med en frekvens i motsvarighet til differansefrekvensen av den første og andre frekvens. Denne

differansefrekvens kalles ofte den parametriske frekvens, og det i og for seg kjente differansefrekvensdannelsesfenomen som betegnes som det parametriske prinsipp. Den tredje lydstråle med differansefrekvensen kjennetegnes ved samme fokuserings-og retningskarakteristikk som de to lydstråler med forskjellig men temmelig høy frekvens. Grunnet de to utstrålte, høye frekvenser kan følgelig sendebasisen, dvs. sendeomformeranordningen, gjøres relativt liten, samtidig som det oppnås en høy fokusering av lydstrålingen med små sideekko.

Med denne fremgangsmåte kan både retningen av de to utsendte ■ lydstråler og strålefrekvensen forandres i atskilte vinkelsteg eller frekvenstrinn innenfor en vinkelsektor 10 som ønskes gjennomløpt. Dermed oppstår lydstråler med en differansefrekvens f^til fg som vist i fig. 1, som brer seg i forskjellige retnigner. I hver av retningene <f^til tfg utstråles en helt bestemt parametrisk frekvens eller differansefrekvens f^til fg som er karakteristisk for retningeneftil ipg. I fig.

1 er hovedkjeglene for de forskjellige lydstråler, som ligger

side om side, vist i åtte forskjellige retninger med samme, innbyrdes vinkelforskyvning. Over hver hovedkjegle utstråles en frekvens, og disse frekvenser er forandret i samme grad i forhold til hverandre. Opprettelsen av hovedkjeglen og drei-ningen av denne i åtte forskjellige utstrålingsretninger foregår

på kjent og vanlig måte.

Ifølge den her angitte fremgangsmåte for retningspeiling

blir de ekko av de utsendte lydstråler, som oppstår ved hav- ' bunnen eller ved andre gjenstander, mottatt for frekvensbestemmelse. Grunnet den faste tilknytning mellom retningsvinklene f1til ipg og frekvensene f^til fg kan således ekkosignalenes innfallsvinkel bestemmes nøyaktig av frekvensen, og posisjonen av ekkosignalkilden kan eventuelt bestemmes ut fra innfalls-vinkelen .

I eksemplet ifølge fig. 1 kan differansefrekvensen f^

for den venstre og førs,t utsendte lydstråle utgjøre 5 kHz, mens hver av differansefrekvensene fz -, til foDfor de umiddelbart deretter utsendte lydstråler er øket med 0,5 kHz i forhold til den foregående. Det er derved fordelaktig, men ikke nødvendig, at frekvensen henholdsvis f og f for den første og andre lydstråle endres hver for seg med samme, konstante verdi i motsatt retning. Sammenstillingen av de enkelte vinkler ip ^ tilipg hvor-under differansefrekvensene f, til fg utstråles, kan fastlegges vilkårlig og eksempelvis i atskilte vinkeltrinn med en forskjell av 4°. Trinntiden for vinkeltrinnene, dvs. tidsrommet fra begynnelsen av utstrålingen under en første vinkel^n med en forut-bestemt differansefrekvens f ntil begynnelsen av lydutstrålingen under en hosliggende, andre vinkel if> med den påfølgende differansefrekvens fn+^er valgt lik med eller større enn den resiproke verdi av forskjellfrekvensen ^ n~^ n+ i mellom de parametriske frekvenser eller dif f eransef rekvensene f 1</>til f" 8 som er til-

knyttet de innbyrdes påfølgende retningsvinkler if^til ipg.

t For å kunne gjennomløpe et sendeområde ut over vinkelsektoren 10, dreies hele vinkelsektoren 10 over en tilleggsvinkel som tilnærmelsesvis motsvarer vinkelåo pningen 281 ifn f°r vinkel-n=l

sektoren 10 eller en flerdobling av denne. Vinkelsektoren 10 blir derved mangfoldiggjort, hvorved de innbyrdes tilgrensende vinkelsektorer 10, 11, 12 dekker hele sendevinkelområdet (fig.

2). På samme måte som beskrevet for vinkelsektoren 10, blir

frekvensen for de to lydstråler endret, slik at de parametriske frekvenser f^til fg utstråles under vinkelen ^ til ip g i hver av vinkelsektorene 10 til 12.

Ifølge fig. 2 vil f.eks. hver av de parametriske frekvenser f^til fg opptre under tre forskjellige retningsvinkler J>til i^/g med en innbyrdes forskjell tilsvarende den samme vinkelåpning

for vinkelsektorene 10, 11 og 12, og de således forekommende flertydigheter undertrykkes ved egnete forholdsregler på mottakersiden. I dette øyemed er det på mottakersiden anordnet

et såkalt "Preformed Beam"-mottakersystem (PFB-mottakersystem)

som ved motsvarende retnings-forvrengningsforkorrigering av mottakersignalene dekker et mottaksvinkelområde i overensstemmelse med sendevinkelområde. Den variable retnings-forvrengningsforkorrigering er derved avhengig av antallet vinkelsektorer 10-12 i sendevinkelområdet, dvs. tre vinkelsektorer i det viste eksempel. I motsvarighet til disse tre vinkelsektorer blir mottaksvinkelområdet dekket med tre mottaks- eller hovedkjegler, de såkalte "Preformed Beams". Hver av hovedkjeglene dekker således en vinkelsone motsvarende en av vinkelsektorene henholdsvis 10, 11 eller 12.

Et koplingssystem for utøvelse av den beskrevne fremgangsmåte er vist i fig. 3-5. Fig. 3 viser senderkoplingsdelen og fig. 4 og 5 viser mottakerkoplingsdelen av koplingssystemet under en lydutsending, som illustrert i fig. 1 og 2.

Koplingssystemet omfatter et antall omformere eller omformergrupper 13 som er anordnet etter et forutbestembart skjema på en flate, og som i fellesskap danner en omformeranordning 14 eller basis. Omformeranordningen 14 anvendes derved både som sendebasis og som mottaksbasis, idet de enkelte omformere

•eller omformergrupper 13 er forbundet, gjennom omledere 15, både med senderdelen 16 og mottakerdelen 17. Senderdelen 16 omfatter to programmerbare leseminneverk 18 og 19 som i det etterfølgende har den forkortede betegnelse PROM 18 og 19, og hvormed det frembringes en lydstråling med en første, øvre frekvens f o og ^ en andre, nedre frekvens f u, som utstråler gjennom omformeranordningen 14, hvorved den øvre og den nedre frekvens varieres i forutfastlagte frekvenstrinn, samtidig med omformeranordningens 14 utstrålingsvinkel, etter et forutgitt mønster. De i og for seg kjente kombinasjoner mellom frekvens, elektrisk fasevinkel og retningsvinkel er lagret i de to nevnte PNOM 18 og 19. Disse forbindelser er gitt av lig-ningen :

hvor i^ i er retningsvinkelen, d er avstanden mellom to omformere

eller omformergrupper 13 og a er den elektriske fasevinkel i radianer.

Hver PROM 18 og 19 omfatter adresseinnganger 20 og 21

som kan tilføres en retningsvinkelinformasjon f> . Denne retningsvinkelinformasjon leveres av en binærteller 22 som i det viste eksempel og i motsvarighet til de åtte vinkeltrinn i vinkelsektoren 10, er anordnet som en 3-bits-teller. I overensstemmelse med binærtellerens 22 tellekapasitet kan de samme vinkelinforma-sjoner overføres til hver av de første adresseinnganger henholdsvis 20 og 21 i nevnte PROM 18 og 19, og dette innebærer at det vil utsendes lydstråler med ulike frekvenser i åtte forskjellige retninger ip ^ til <fg med samme innbyrdes forskjell eller vinkel-differanse, motsvarende samme vinkeltrinn, som befinner seg innenfor den vinkelsektor (fig. 1) som dekkes av senderen.

I dette øyemed er utgangen av.den binærteller 22 som er forbundet med en taktgenerator 23, forbundet, gjennom et adderertrinn 23 som er beskrevet senere, både med de første adresseinnganger i PROM18 og med de første adresseinnganger i PROM 19 .

Hver PROM 18 og 19 omfatter andre adresseinnganger 24

og 25 som hver for seg kan motta en retningsvinkelinformasjon i tilknytning til frekvensinformasjon. Hver av de andre utganger 24 og 25 er derfor forbundet med en skaleringsanpasningsanord-

ning 26 og 27, hvor de to anordningers 26 og 27 innganger er tilkoplet binærtellerens 22 utganger. En slik skaleringsanpasningsanordning henholdsvis 26 og 27 kan være innrettet som et enkelt datalager hvori forholdet mellom en retningsvinkel f og en tilknyttet frekvens f er innført. I tillegg til retnings-informasjonene som overføres gjennom binærtelleren 22 til inngangene i de to skaleringsanpasningsanordninger 26 og 27, blir de tilknyttede frekvensinformasjoner tilført de andre adresseinnganger i de to PROM 18 og 19. Hver PROM 18 og 19 omfatter

også tredje innganger 28 og 29 som kan tilføres taktpuls-serier på slik måte, at taktpulsene til en av disse innganger angir den første eller andre frekvens f eller f , hvilket innebærer

o u

at en inngang 28 i PROM 18 mottar en taktpuls-serie med den første, dvs. øvre, frekvens f mens en motsvarende, inngang 29 i PROM 19 mottar den andre, dvs. nedre, frekvens f u. Hver av

taktpuls-seriene til de øvrige, tredje innganger 28 og 29 i PROM 18 og 19 har en 2n ganger større frekvens, hvorved hver

av frekvensene til innbyrdes tilgrensende innganger 28 og 29 utskiller seg med faktoren 2. n er i det foreliggende tilfelle et helt tall mellom 1 og 5, i overensstemmelse med fem anordnete, tredje innganger 28 og 29.

For frembringelse av disse taktpuls-serier er henholdsvis hver av de tredje innganger 28 i PROM 18 og hver av de tredje innganger 29 i PROM 19 innkoplet i tilslutning til en ytterligere binærteller henholdsvis 30 og 31 som begge har tellekapasiteten 2n. Hver av binærtellerne 30 og 31 mottar en tellepuls-serie med en frekvens motsvarende 2n ganger, i dette tilfelle 32 ganger, verdien for henholdsvis den øvre og den nedre frekvens henholdsvis f og f .

o u

Hver binærteller 30 og 31, i det foreliggende tilfelle en 5-bits-teller, er derfor forbundet med en taktgenerator 32 og 33 med styrbar frekvens. Taktgeneratorens 32 kontrollinngang er forbundet med skaleringsanpasningsanordningens 26 utgang

og taktgeneratorens 33 kontrollinngang med skaleringsanpasningsanordningens 27 utgang. Som tidligere omtalt leverer hver av de to skaleringsanpasningsanordninger 26 og 27 en frekvensinformasjon som er tilpasset retningsvinkelinformasjonen fra binærtelleren 22. Den øvre frekvens overføres fra skaleringsanpasningsanordningens 26 utgang og den nedre frekvens fra skaleringsanpasningsanordningens 27 utgang, i tilknytning til retningsvin-

kelen. Fra utgangen i hver av taktgeneratorene 32 og 33 overføres en taktpuls-serie motsvarende 2n ganger, i dette tilfelle 32 ganger, verdien for henholdsvis den øvre frekvens f og den nedre frekvens f .

u

Hver PROM 18 og 19 omfatter et antall utganger 34 og 35

i motsvarighet til antallet omformere eller omformergrupper 13 i omformeranordningen 14. Fra hver av utgangene 34 i PROM

18 overføres en puls-serie med en frekvens som motsvarer den

første, dvs. øvre, frekvens f . På tilsvarende måte har puls-seriene ved de enkelte utganger 35 i PROM 19 en frekvens som motsvarer den andre, dvs. nedre, frekvens f u. Puls-seriene ved innbyrdes påfølgende innganger 34 og 35 i hver PROM 18 og 19 har samme konstante, innbyrdes fasevinkeldifferanse av en stør-relse som bestemmes av den forutgitte retningsvinkel tp og omformeranordningen 14. En utgang 34 i PROM 18 og en utgang 35

i PROM 19 er tilkoplet hver sin mikser 36, og det er således anordnet miksere 36 i et antall som motsvarer antallet utganger

henholdsvis 34 og 35, eller antallet omformere eller omformergrupper 13. Utgangen i hver mikser 36 er gjennom en endefor-sterker 37 forbundet med en av omlederne 15 og står gjennom denne i sendeforbindelse med omformerne eller omformergruppene 13 .

Den viste mottakerdel 17 ifølge fig. 4 omfatter en signalbehandlingsanordning 45. Anordningen er utstyrt med en summerer 39 med en etterinnkoplet forsterker 40 og et filteraggregat

.41 som er forbundet med forsterkerens 40 utgang og som innbefatter smalbåndete båndpass 42 i et antall overensstemmende med antallet retningsvinkler <p neller utstrålte, parametriske frekvenser f . Hvert båndpass 42 er avstemt mot en av de fast-lagte frekvenser f, til fg. Filteraggregatets 41 utganger er tilkoplet en konvensjonell ekkologikk-krets som, i overensstemmelse med det periodisk inntreffende ekko avgir en dybde- eller avstandsverdi i tilknytning til en parametrisk frekvens f eller

en retningsvinkel (p . Gjennom omlederne 15 er signalbehandlingsanordningen 45 forbundet med omformerne eller omformergruppene

13 i omformeranordningen 14 ved hjelp av tilknytninger A, som

vist i fig. 3 og 4. Forsterkernes 40 ytelse kan justeres på kjent måte gjennom reguleringsinnganger 44.

En synkroniseringsinnretning 46 bevirker overføring av

en sendeinstruks til binærtelleren 22 og aktivisering av de to PROM 18 og 19 og signalbehandlingsanordningen 45 på et styre-

signal som opptrer ved binærtelleverkets 22 overføringsutgang

ved avslutningen av en sendeprosess.

Koplingssystemets virkemåte er beskrevet i det etter-følgende .

Hvis en sendepuls skal utløses, avgir synkroniseringsinnretningen 46 en sendeinstruks. Denne sendeinstruks aktiviserer PROM 18 og 19, og frigir binærtelleren 22. Taktpulsene fra taktgeneratoren 38 påvirker binærtelleren 22 med en taktfrekvens som er lik trinntiden for vinkeltrinnene henholdsvis'•P^-^0<3

'^ 2~^ 3 osv'meH°m innbyrdes påfølgende retningsvinkler <f ^ til (jfr. fig. 1). En retningsvinkelinformasjon y ^ overføres med den første taktpuls til de første innganger henholdsvis 20 og 21 i henholdsvis PROM 18 og 19 og til de to skaleringsanpasningsanordninger 26 og 27. I overensstemmelse hermed avgir skaleringsanpasningsanordningen 26 en frekvensinformasjon f^

for den øvre frekvens f til adresseinngangene 24 i PROM 18

og til kontrollinngangen i taktgeneratoren 32. Overensstemmende

med retningsinformasjonen tp^avgir skaleringsanpasningsanordningen 27 en frekvensinformasjon f ^ til adresseinngangene 25

i PROM 19 og til kontrollinngangen i taktgeneratoren 33 med styrbar frekvens. Binærtellerne henholdsvis 30 og 31 påvirkes med en taktfrekvens som motsvarer det 32-doble av frekvensens henholdsvis f ^ og fu^- Ved de fem parallelle utganger i hver av binærtellerne 30 og 31 opptrer taktpuls-serier med frekvenser som endres med faktoren 2 fra utgang til utgang. Som utførlig omtalt innledningsvis overføres disse taktpuls-serier til de fem innganger henholdsvis 28 og 29 i de to PROM 18 og 19. Det opptrer puls-serier med frekvensen f^ved utgangene 34 i PROM

18 og med frekvensen f^ ved utgangene 35 i PROM 19. De enkelte

puls-serier ved utgangene i henholdsvis PROM 18 og 19 er slik innbyrdes faseforskjøvet, at de omformere eller omformergrupper 13 som styres med disse puls-serier, mottar en retningskarakteristikk med retningsvinkelen f^. I de enkelte miksere 36 blir

hver av puls-seriene for frekvensene f ^ og f ^ for to sammen-stilte utganger av utgangene henholdsvis 34 og 35 addert og overført til en omformer eller omformergruppe 13 gjennom ende-forsterkeren 37 og omlederen 15. Omformeranordningen 14 utsender samtidig og i samme utstrålingsretning <f ^ en lydstråle med frekvensen f , og en lydstråle med frekvensen f -j^ som overleires med sine ikke-liniære overføringsegenskaper i mediet vann, hvor-

ved det utgår en tredje lydstråle med den parametriske frekvens f^som dif f eransef rekvens f0^~fuime<3 samme forplantningsretning

vp^. En smal sendekjegle utbredes gjennom vannet, i retningen

og med den parametriske frekvens f^, som skjematisk antydet ytterst til venstre i fig. 1.

Etter en trinntid, i eksemplet 2 ms, som bestemmes av taktgeneratoren 38, blir binærtelleren 22 forflyttet ett trinn. Ved binærtellerens 32 utgang opptrer derved den retningsvinkelinformasjon ^ som, først under neglisjering av adderertrinnet 23 som er beskrevet i det etterfølgende, igjen overføres til

de første adresseinnganger 20 og 21 i de to PROM 18 og 19 samt til inngangene i skaleringsanpasningsanordningene 26 og 27. Disse anordninger avgir ved frekvensinformasjon, f £ f°r anordningen 26 og f 2 f°r anordningen 27. Disse frekvensinformasjoner overføres også til de andre adresseinnganger henholdsvis 24

og 25 i PROM 18 og 19 samt til kontrollinngangene i taktgeneratorene 32 og 33. Denne prosess som er beskrevet i forbindelse med retningsvinkelen ip^, gjentas på samme måte, og det blir derved gjennom omformeranordningen 14 samtidig utsendt en lydstråle med frekvensen f^°9en lydstråle med frekvensen f ^ under retningsvinkelen hvorav det oppstår en tredje lydstråle med differansefrekvensen i samme forplantningsretning ^2» Med en ytterligere takt fra taktgeneratoren 38 blir deretter binærtelleren 22 forflyttet et påfølgende trinn, hvorved retningsvinkelinf ormas jonen ip^ overføres fra binærtellerutgangen . Samme prosess gjentas, og omformeranordningen 14 frembringer

i vannet den parametriske frekvens f^under retningsvinkelen

Straks det etter taktgeneratorens 38 åttende takttrinn

er utsendt en lydstråle med differansefrekvensen ftD s under retningsvinkelen ip g , •> vil det ved binærtellerens 22 overf øringsutgang opptre en styrepuls som signaliserer avslutning av sendepro-sessen. Synkroniseringsinnretningen 46 blokkerer deretter binærtelleren 22 og de to PROM 18 og 19. Samtidig aktiviseres signalbehandlingsanordningen 45. De ekko som er mottatt av omformerne eller omformergruppene 13 i omformeranordningen 14, overføres

gjennom de enkelte omformere 15 til summereren 39 hvori de adderes i tidsrekkefølge og, etter å være forsterket i forster-keren 40, overføres til filteraggregatet 41. Ekkoene blir deretter, i samsvar med sin frekvens overført gjennom separate kanaler til ekkologikken 43 hvori de på kjent måte omsettes til en avstands- og dybdeverdi.

Hvis den parametriske lydstråle eller lydpuls som er utsendt under retningsvinkelen cp ^, støter mot et objekt og reflek-teres, vil omformeranordningen 14 som er uinnrettet i mottakel-sesretningen, bl.a. motta et ekkosignal med frekvensen f^• Dette ekkosignal fremføres gjennom båndpasset for filteraggregatet 41 som er avstemt for frekvensen f^, til ekkologikken 43, hvorved avstands- eller dybdeverdiene som formidles dit på grunnlag av forplantningstiden for det inntreffende ekko, uten videre er tilknyttet retningsvinkelen <p ^ , og f.eks. dybdeverdien,

ved et uttrykk for eller en angivelse av denne, gjengis under en retningsvinkel if ^ • Sendevinkelen som gjennomløpes av senderen og som i dette tilfelle motsvares av vinkelsektoren 10, eksempelvis på 32°, kan således oppløses ned til 4°, og retningen til objekter som befinner seg innenfor dette sendevinkelområde, bestemmes meget nøyaktig.

For å forstørre sendevinkelområdet, og følgelig mottaksvinkelområdet, er det i koplingssystemet ifølge fig. 3 og 5

på den ene side innsjaltet adderertrinnet 23 mellom binærtellerens 23 utgang og de første adresseinnganger 20 og 21 i PROM

18 og 19, og på den annen side, i mottakerdelen 17, anordnet

et retningsdannersystem 47 hvormed det frembringes et antall Preformed Beams (PFB) som samtidig dekker hele mottaksvinkelområdet. Retningsdannersystemet 47 er innkoplet mellom, omlederne 15 og signalbehandlingsanordningen 45, og det må derved, i

overensstemmelse med det ønskete antall hovedkjegler eller PFB, anordnes et like stort antall, i dette tilfelle tre, signalbehandlingsanordninger 45, 45' og 45". Hver av signalbehandlingsanordningene 45, 45' og 45" er av en konstruksjon som beskrevet i forbindelse med fig. 4.

Retningsdannersystemet 47 som bevirker forvrengningsforkorrigering av mottakersignalene, omfatter et antall tidsforsinkelsesledd 48, 49 og 50. I overensstemmelse med det angjeld-ende antall signalbehandlingsanordninger 45, 45' og 45" er hver omformer eller omformergruppe 13 innkoplet bakenfor en serie-kopling av tre tidsforsinkelsesledd 48, 49 og 50. Alle utganger i seriekoplingenes første tidsforsinkelsesledd 48 er forbundet med signalbehandlingsanordningen 45, alle utganger i seriekoplingenes andre tidsforsinkelsesledd 49 med signalbehandlingsanordningen 45' og alle utganger i seriekoplingenes tredje tidsforsinkelsesledd 50 er forbundet med inngangene i signalbehand lingsanordningen 45". Ved hensiktsmessig dimensjonering av de enkelte tidsforsinkelsesledd 48, 49 og 50 vil det ved hjelp

av retningsdannersystemet 47 oppnås at det ved omformeranordningen 14 som fungerer som mottakerbasis, stort sett samtidig opptrer tre hovedkjegler eller PFB som fullstendig dekker hver sin av de vinkelsektorer 10, 11 og 12 som er vist i fig. 2.

De parametriske frekvenser blir derved ikke lenger, som i eksemplet ifølge fig. 3 og 4, mottatt praktisk talt urettet, men det blir derimot opprettet et strålebuntdannende mottakersystem med tre PFB, hvormed det kan dekkes en vinkelsone som er tre ganger større enn i eksemplet ifølge fig. 3 og 4.

Den andre inngang i adderertrinnet 23 er forbundet med synkroniseringsinnretningen 46. Ved motsvarende utforming av synkroniseringsinnretningen 46, eksempelvis ved innkopling av en ytterligere, ikke vist binærteller, vil det til den andre

inngang i adderertrinnet 23 likeledes overføres en vinkelinformasjon som er karakteristisk for vinkelsektoren 10, 11 eller 12.

Hvis f.eks. den vinkelinformasjon som overføres til den andre inngang i adderertrinnet 23, motsvarer summen av de enkelte retningsvinkler cp ^ tilfg, dvs. hele vinkelåpningen i vinkelsektoren 10 (fig. 1 og 2), vil det ved utgangen i adderertrinnet 23 opptre en vinkelinformasjon hvis 'størrelse er øket med denne

åpningsvinkel i vinkelsektoren 10, sammenliknet med retningsvinkelinformasjonen ved adderertrinnets 23 andre inngang som er forbundet med binærtelleren 22, som tidligere beskrevet. Koplingssystemets virkemåte er den samme som beskrevet i forbindelse med fig. 3 og 4, bortsett fra at PROM 18 og 19 i dette tilfelle ikke mottar en retningsvinkelinformasjon, f.eks.ip^, men en retningsvinkelinformasjon hvis størrelse er øket med åpningsvinkelen 10 for vinkelsektoren 10. Det vil av den grunn frembringes en parametrisk frekvens f^under retningsvinkelen i vinkelsektoren 11. På samme måte, som tidligere beskrevet,

frembringes de parametriske frekvenser f„ til f„ frembrakt under retnings vinklene <x>^til f g i vinkelsektoren 11.

Hvis det til adderertrinnets 23 andre inngang overføres en ytterligere retningsvinkelinformasjon, motsvarende den doble åpningsvinkel for vinkelsektoren 10, vil denne informasjon adderes til den retningsvinkelinformasjon som mottas gjennom adderertrinnets 23 første inngang. En parametrisk frekvens, eksempelvis fx, vil i dette tilfelle ikke frembringes under retningsvinkelen^^ i vinkelsektoren 10, som innledningsvis omtalt, men i stedet i vinkelsektoren 12. Alle parametriske

frekvenser f^til fg vil følgelig opptre tre ganger under tre forskjellige retningsvinkler som hver for seg er dreiet, motsvarende vinkelåpningen for vinkelsektoren 10, i forhold til hverandre. Denne flertydighet i den parametriske frekvens undertrykkes på mottakersiden ved hjelp av den tidligere beskrevne PFB, idet mottakersignalene i tilknytning til de enkelte vinkelsektorer 10 til 12 blir forskjellig retningsforvrengnings-for-korrigert, slik at de parametriske frekvenser f^til fg bare kan opptre én gang i hver av signalbehandlinganordningene 45,

45' og 45".

Omsjaltingen fra den ene av vinkelsektorene 10, .11 og

12 til den annen foregår fortrinnsvis ved hjelp av styrepulsen

ved overføringsutgangen i binærtelleren 22. Til da er virkemåten

av koplingssystemet ifølge fig. 3 og 5 den samme som beskrevet

i forbindelse med fig. 3 og 4. I vinkelsektoren 10 frembringes parametriske frekvenser f^til fg under tilknyttede retningsvinkler if> ^ til ^ g. Ekkoene fra denne vinkelsektor 10 oppfanges innrettet av den PFB som er anordnet på mottakersiden og dekker vinkelsektoren 10, og viderebefordres til signalbehandlingsanordningen 45 som fungerer på den tidligere beskrevne måte. Med den første styrepuls fra binærtellerens 22 overføringsutgang blir det, gjennom synkroniseringsinnretningen 46, sendt en ytterligere retningsvinkelinformasjon til den andre inngang i adderertrinnet 23, som motsvarer vinkelsektorens 10 åpningsvinkel. Gjennom synkroniseringsinnretningen 46 blir binærtelleren 22 tilbakestillet, og den tidligere beskrevne prosess gjentas med den forskjell at det i fortsettelsen, grunnet de endrete retningsvinkelinf ormas joner ved inngangene henholdsvis 20 og 21

i PROM henholdsvis 18 og 19, frembringes parametriske frekvenser "f x , til f o„ i vinkelsektoren .11. Ekkoene fra denne vinkelsektor 11 oppfanges innrettet av den PFB som på mottakersiden dekker vinkelsektoren 11, og overføres til signalbehandlingsanordningen 45.

Etter ytterligere åtte taktsteg fra taktgeneratoren 38

vil det ved binærtellerens 22 overføringsutgang opptre en ytterligere styrepuls som bevirker at synkroniseringsinnretningen 46, foruten den fornyete tilbakestilling av binærtelleren 22, overfører til adderertrinnet 23, gjennom dets andre inngang,

én ekstra retningsvinkelinformasjon, motsvarende den doble vinkelåpning for vinkelsektoren 10. Prosessen for frembringelse av parametriske frekvenser vil dermed gjentas, og denne gang i vinkelsektoren 12. Ekkoene fra vinkelsektoren 12 opptas innrettet av den tredje PFB, og overføres til signalbehandlingsanordningen 45". Grunnet fraksjonen av retningsdannersystemet 47

med de tilhørende, tre PFB kan det således dekkes en sende-

og mottaksvinkel som er lik vinkelsektorens .10 åpningsvinkel multiplisert med antallet PFB, i dette tilfelle tre. Bearbeid-ingen av mottakersignalene i de tre signalbehandlingsanordninger 45, 45' og 45" er den samme som beskrevet i forbindelse med fig. 3 og 4.

Oppfinnelsen er ikke begrenset til beskrevne utførelses-former av et koplingssystem, og den analoge signalbearbeiding i signalbehandlingsanordningene henholdsvis 45, 45' og 45" kan f.eks. erstattes av en digital signalbearbeiding. Filteraggregatet 41 kan i så fall utskiftes eksempelvis mot en FFT-proses-sor.

Det er heller ikke av avgjørende betydning at den øvre

og nedre frekvens for de to lydstråler blir addert i en mikser 36 og utsendt sammen gjennom samme omformer eller omformergruppe 13. Det kan også, både for lydstrålingen med den øvre frekvens og for lydstrålingen med den nedre frekvens, anordnes atskilte omformere eller omformergrupper 13 som er innkoplet etter et bestemt system i omformeranordningen. Den ene halvdel av samtlige omformere eller omformergrupper vil derved utsende en lydstråling med den øvre frekvens og den andre halvdel en lystråling med den nedre frekvens. Det er også mulig å anvende hver sin omformeranordning 14 som senderbasis og som mottakerbasis.

Claims (15)

1. Fremgangsmåte til retningsbestemmelse, hvorved det frembringes en tredje lydstråle med forutfastleggbar retningskarakteristikk ved stort sett samtidig og retningsoverensstemmende utsendelse av to lydstråler med en første og andre frekvens i et medium med ikke-lineære, akustiske overføringsegenskaper, i hvert fall innenfor ett frekvensområde, særlig vann, hvor den tredje lydstråles parametriske frekvens er lik differansefrekvensen for den første og andre frekvens, karakterisert ved at både retningen (tp^ til cp g) og frekvensen (henholdsvis f ^ til f g og f , til fu g) for de to utsendte lydstråler endres i separate vinkelsteg eller vinkeltrinn innenfor en gitt vinkelsektor (10,11,12) idet hver retningsvinkel (ip^ til ipg) tilknyttes en bestemt, parametrisk frekvens (f^ til fg) for den frembrakte lydstråle, og at ekkosignalenes innfallsvinkel bestemmes ut fra frekvensen (f^ til fg) for de mottatte ekkosignaler, som følge av den faste sammenstilling av retningsvinkel (cp^ til<pg) og parametrisk frekvens ( f1 til fg) .

2. Fremgangsmåte i samsvar med krav 1, karakterisert ved at hver av frekvensene (henholdsvis f , til ol fQ g og f^ til f g) f° r den første og den andre lydstråle endres for hvert vinkeltrinn med samme, fortrinnsvis konstante verdi i motsatt retning.

3. Fremgangsmåte i samsvar med krav 1 eller 2, karakterisert ved at vinkeltrinnenes trinntid er lik eller større enn den resiproke verdi for forskjellsfrekvensen mellom parametriske frekvenser (f^ til fg) som er tilknyttet innbyrdes påfølgende retningsvinkler.

4. Fremgangsmåte i samsvar med et av kravene 1-3, karakterisert ved at det på sendersiden, ved elektrisk dreining av vinkelsektoren (10,11,12) gjennomløpes en forutfastleggbar sendevinkelsone, og at det på mottakersiden dekkes en mottaksvinkelsone i overensstemmelse med sendevinkel-sonen, ved forskjellig retningsforvrengningsforkorrigering av mottakersignalene i motsvarighet til antallet vinkelsektorer (10,11,12) i sendevinkelområdet.

5. Fremgangsmåte i samsvar med krav 4, karakterisert ved at retningsforvrengningsforkorrigeringen ut-føres på slik måte, at mottaksvinkelområdet er dekket med et antall mottakskjegler eller "Preformed Beams" (PFB) i overensstemmelse med antallet vinkelsektorer (10,11,12) i sendevinkel-sonen, hvorved hver mottakskjegle dekker en vinkelsone som motsvarer en vinkelsektor (10,11,12).

6. Koplingssystern for utøvelse av fremgangsmåten i samsvar med et.av kravene 1-5, med en omformeranordning bestående av i et større antall omformere eller omformergrupper som er montert på et flateparti, karakterisert ved at det er anordnet to minneverk (18,19), fortrinnsvis programmerbare leseminneverk, hvori hvert av de i og for seg kjente, innbyrdes forhold mellom frekvens, elektrisk fasevinkel og retningsvinkel er lagret for frembringelse av henholdsvis den første og den andre frekvens (henholdsvis f og f^) for lydstrålene i tilknytning til en forutfastleggbar retningsvinkel (cp), og at hvert av de to minneverk (18,19) omfatter første adresseinnganger (20,21) for mottakelse av en retningsvinkelinf ormas j on (ip^ til cpg) , andre adresseinnganger (24 , 25) for mottakelse av henholdsvis en første og en andre frekvensinformasjon (henholdsvis f^ til f g og f^ til fu g) i tilknytning til retningsvinkelinf ormas j onen (cp^ til ipg) og tredje innganger (28, 29 ) hvortil det kan overføres taktpuls-serier på slik måte at taktpuls-serien til hver av disse innganger (28,29) representerer henholdsvis den første og den andre frekvens (f , til f „ og f , til f „) ^ ol 08 ^ ul u8 mens taktpuls-seriene til de andre innganger (28,29) representerer en 2n <-> dobbelt frekvens derav, hvor n er et helt tall og hvor forskjellen mellom de enkelte frekvenser til naboinnganger innbefatter faktoren 2, samt at omformerne eller omformergruppene (13) er direkte eller indirekte tilkoplet hver av de utganger i minneverkene (18,19) hvor puls-serier med henholdsvis den første og den andre frekvens (f^ til f g og f^ til f g) og med konstant fasevinkeldifferanse ved innbyrdes påfølgende utganger er avlesbar.

7. Koplingssystern i samsvar med krav 6, karakterisert ved at hver av de tredje innganger (28,29) i hvert av minneverkene (18,19) er forbundet med utgangene i et n-trinns binærteller (30,31) hvis taktinnganger mottar en tellefrekvens som er 2n ganger større enn henholdsvis den første og den andre frekvens (f ^ til f g og f ^ tilfu g)-

8. Koplingssystern i samsvar med krav 7, karakterisert ved at taktinngangen i hver av de to n-trinns binærtellere (30,31) er tilkoplet en taktgenerator (32,33) med styrbar taktfrekvens i avhengighet av retningsvinkelinformasjonen C^tiKPg).

9. Koplingssystern i samsvar med et av kravene 6-8, karakterisert ved en ytterligere binærteller (22) med en tellekapasitet i overensstemmelse med antallet vinkeltrinn pr. vinkelsektor (10,11,12), hvor hver tellerutgang er forbundet, fortrinnsvis gjennom et adderertrinn (23), med de første adresseinnganger (20,21) i de to minneverk (18,19) og gjennom hver sin skaleringsanpasningsanordning (26,27), f.eks. minneverk, med styreinngangene i de to taktgeneratorer (32,33).

10. Koplingssystern i samsvar med krav 9, karakterisert ved at hver av de andre adresseinnganger (24,25) i de to minneverk (18,19) er forbundet med utgangene i en av de to skaleringsanpasningsanordninger (26,27).

11. Koplingssystern i samsvar med et av kravene 6-10, karakterisert ved at en utgang både i det første og det andre minneverk (18,19) er tilkoplet en mikser (36) som igjen er forbundet med omformer eller omformergruppe (13) i omformeranordningen (14).

12. Koplingssystern i samsvar med et av kravene 6-11, karakterisert ved at omformerne eller omformergruppene (13) danner både senderbasis og mottakerbasis. o

13. Koplingssystern i samsvar med et av kravene 6-12, karakterisert ved en signalbehandlingsanordning (45) som på mottakersiden er forbundet med omformerne eller omformergruppene (13) og som fortrinnsvis omfatter en summerer (39) som, fortrinnsvis gjennom en mellominnkoplet forsterker (40) , er forbundet med et filteraggregat (41) med smalbåndete båndpass (42) i et antall motsvarende antallet retningsvinkler (<p^ til ipg) eller parametriske frekvenser (f^ til fg)/ hvor hver båndpassfrekvens er avstemt mot en av de parametriske frekvenser (f^ til fg)-

14. Koplingssystern i samsvar med krav 13, karakterisert ved at det omfatter minst to signalbehandlingsanordninger (45,45',45") og at det, mellom omformeranordningen (14) og signalbehandlingsanordningene (45,45',45") er anordnet et retningsdannersystem (47) hvori mottakersignalene blir retningsforvrengningsforkorrigert.

15. Koplingssystern i samsvar med krav 14, karakterisert ved at retningsdannersystemet (47) omfatter et antall tidsforsinkelsesledd (48,49,50), og at det, bakenfor hver omformer eller omformergruppe (13) er innsjaltet minst to seriekoplete tidsforsinkelsesledd (48,49,50), og at hver av utgangene i hver signalbehandlingsanordning (45 ,45',45") er forbundet med utgangene i alle de første tidsforsinkelsesledd (48) i seriene, eller i de på samme sted etterfølgende ledd (49, 50) .