NO891600L

NO891600L - REMOTE DEVICE.

Info

Publication number: NO891600L
Application number: NO89891600A
Authority: NO
Inventors: John Arthur Glasgow
Original assignee: Marconi Co Ltd
Priority date: 1989-04-19
Filing date: 1989-04-19
Publication date: 1990-10-22
Also published as: NO891600D0

Description

Foreliggende oppfinnelse angår et avstandsmålende apparat og kan særlig utnyttes ved sonaranlegg med syntetisk apertur, som i sin tur f.eks. kan utnyttes for å kartlegge havbunnen. The present invention relates to a distance-measuring device and can be particularly utilized in sonar systems with a synthetic aperture, which in turn e.g. can be used to map the seabed.

Sonaranlegg med syntetisk apertur har potensielt meget bedre oppløsningsevne enn sonaranlegg med sann apertur, men når radarteknikk for å opprette syntetisk apertur anvendes direkte på sonar, vil den resulterende syntetiske sonarapertur lide av visse mangler som skriver seg fra den lave forplantningshas-tighet av den avstandsbestemmende bølge. I det tilfelle sonarapparatet vandrer i forhold til et område som skal kartlegges, vil kravet til entydighet for retursignalene påføre ikke godtagbare begrensninger av sonaranleggets fremføringshas-tighet og vil, sammen med den begrensede effekt som kan sendes ut og mottas, i betraktelig grad begrense den oppnåelige oppløsningsevne på tvers av fremføringsbanen. I et forsøk på å løse disse problemer, som er nærmere omtalt i den samtidig løpende britiske patentansøkning 8.719.799 innlevert 21. august 1987, utnyttes i henhold til foreliggende oppfinnelse tidsfor-vrengningen og Doppler-forskyvningen i retursignalene når sonarapparatet passerer målet, for å bestemme målets posisjon enten på tvers av bevegelsebanen eller langs denne, eventuelt i begge retninger. En kontinuerlig bølge sendes ut og tidsforvrengte signaler med Doppler-forskyvninger returneres, og disse signaler har da flanker som er avhengig av tverravstanden til det reflekterende mål som retursignalene skriver seg fra. I den foretrukne utførelse av den foreliggende oppfinnelse, korreleres de tidsforvrengte signaler med referansebølger for å fastlegge posisjoner på tvers av bevegelsebanen, mens posi-sjonsbestemmelse langs bevegelsebanen finner sted entydig ut i fra tidsstyring av de pulsede utgangssignaler fra korrelatoren ved å kompensere for varigheten av signalet og referansebølgen for vedkommende avstandsområde på tvers av banen for en gitt sonarstrålebredde. Posisjonen langs banen fastlegges da faktisk ved å utlede det tidspunkt (samt ut i fra kjennskap til sonarapparatets hastighet langs banen, også tilsvarende posisjon) hvor sonarapparatet befant seg nærmest vedkommende målområde, og i denne nærmestliggende posisjon er ikke retursignalet gjenstand for noen Doppler-forskyvning og tilsvarer midtpunktet av Doppler-pipet i referansebølgen. Synthetic aperture sonar systems have potentially much better resolving power than true aperture sonar systems, but when radar techniques for creating synthetic apertures are applied directly to sonar, the resulting synthetic sonar aperture will suffer from certain deficiencies that arise from the low propagation speed of the range-determining wave . In the event that the sonar device wanders in relation to an area to be mapped, the requirement for unambiguity for the return signals will impose unacceptable limitations on the sonar system's forward speed and will, together with the limited power that can be sent out and received, considerably limit the achievable resolution across the feed path. In an attempt to solve these problems, which are discussed in more detail in the co-pending British patent application 8,719,799 filed on 21 August 1987, according to the present invention the time distortion and Doppler shift in the return signals when the sonar device passes the target is utilized in order to determine the target's position either across the movement path or along it, possibly in both directions. A continuous wave is sent out and time-distorted signals with Doppler shifts are returned, and these signals then have flanks that depend on the transverse distance to the reflective target from which the return signals are written. In the preferred embodiment of the present invention, the time-distorted signals are correlated with reference waves to determine positions across the motion path, while position determination along the motion path takes place unambiguously from timing the pulsed output signals from the correlator by compensating for the duration of the signal and the reference wave for the relevant distance range across the path for a given sonar beam width. The position along the path is then actually determined by deriving the time (as well as from knowledge of the sonar device's speed along the path, also the corresponding position) when the sonar device was closest to the relevant target area, and in this closest position the return signal is not subject to any Doppler shift and corresponds to the center point of the Doppler beep in the reference wave.

For å oppnå en god oppløsning på tvers av bevegelsebanen, foreslås det i nevnte samtidig løpende britiske patentansøkning 8.719.799 å modulere den utsendte bølge ved bruk av f.eks. en halvvilkårlig kode. Korrelatoren komprimerer da i tillegg retursignalene og gjør tjeneste som et tilpasset filter. På denne bakgrunn er da formålet for foreliggende oppfinnelse å ytterligere forbedre funksjonsevnen for avstandsmålende apparater av den art som er angitt i ovenfor nevnte samtidig løpende patentansøkning, med hensyn på å bestemme mål i retning på tvers av bevegelsebanen. In order to achieve a good resolution across the movement path, it is proposed in the aforementioned concurrent British patent application 8,719,799 to modulate the emitted wave using e.g. a semi-arbitrary code. The correlator then additionally compresses the return signals and serves as an adapted filter. Against this background, the purpose of the present invention is to further improve the functionality of distance-measuring devices of the kind indicated in the above-mentioned concurrent patent application, with regard to determining targets in the direction across the movement path.

Foreliggende oppfinnelse gjelder således et avstandsmålende apparat for relativ bevegelse langs en bane for å fastlegge mål innenfor et hvilket som helst av N avstandsområder, hvor N er et helt tall større enn 1, idet apparatet i henhold til oppfinnelsen omfatter utstyr for å sende ut et signal som har visse signalpartier som kan skjelnes fra andre signalpartier, mottagerutstyr innrettet for å gjenkjenne avstandsdata som omfatter retursignaler med N særegne signalformer tilsvarende hvert sitt forskjellige avstandsområde, og en korrelator i baneretningen og innrettet for å utføre en koherent intergra-sjon av nevnte avstandsdata ved å korrelere alle sådanne data med et antall referansebølgeformer som hver representerer et retursignal tilsvarende et bestemt avstandsområde på tvers av banen, for derved å frembringe utgangsavstandsdata som angir de tidspunkter hvorved de forskjellige målepunkter som returnerte disse avstandsdata, var nærmest bevegelsebanen. Dette apparat, som kan være et radarapparat, men fortrinnsvis er et sonarapparat, deler således området, som særlig er ment å være avstanden på tvers av bevegelsebanen ved sonar med syntetisk apertur, i flere avstandsområder, og er da umiddelbart i stand til å fastslå fra hvilket avstandsområde et sett av retursignaler skriver seg. The present invention thus relates to a distance measuring device for relative movement along a path to determine targets within any of N distance ranges, where N is an integer greater than 1, the device according to the invention comprising equipment for sending out a signal which has certain signal parts which can be distinguished from other signal parts, receiver equipment arranged to recognize distance data which includes return signals with N distinctive signal forms corresponding to each of its different distance ranges, and a correlator in the path direction and arranged to carry out a coherent integration of said distance data by correlating all such data with a number of reference waveforms each representing a return signal corresponding to a specific distance range across the path, thereby producing output distance data indicating the times at which the various measuring points which returned this distance data were closest to the movement path. This device, which can be a radar device, but is preferably a sonar device, thus divides the area, which is particularly intended to be the distance across the movement path of a synthetic aperture sonar, into several distance areas, and is then immediately able to determine from which distance range a set of return signals writes itself.

I en utførelse av oppfinnelsen utgjøres nevnte signal av en rekke pulssignaler som kan skjelnes fra hverandre, mens mottagerutstyret er i stand til å gjenkjenne avstandsdata i hvert av flere forskjellige avsnitt innenfor et totalt pulsgj entagelseintervall. In one embodiment of the invention, said signal consists of a number of pulse signals which can be distinguished from each other, while the receiver equipment is able to recognize distance data in each of several different sections within a total pulse repetition interval.

De pulssignalformer som kan skjelnes fra hverandre er fortrinnsvis ortogonale. The pulse signal shapes that can be distinguished from each other are preferably orthogonal.

Ved en foretrukket utf©reiseform av oppfinnelsen er de innbyrdes skjelnbare signaler knepplyder med forskjellige flankehelninger. In a preferred embodiment of the invention, the mutually distinguishable signals are click sounds with different flank slopes.

Mottagerutstyret omfatter fortrinnsvis en korrelator for hvert avstandsområde og som er innrettes for å korrelere nevnte retursignaler med N referansebølgeformer tilsvarende de N særegne pulssignalformer som er tilordnet vedkommende avstandsområde . The receiver equipment preferably comprises a correlator for each distance range and which is arranged to correlate said return signals with N reference waveforms corresponding to the N distinctive pulse signal shapes assigned to the relevant distance range.

I en foretrukket utførelse av oppfinnelsen er signalet en kontinuerlig lydbølge med et særtrekk som varierer med tiden, og signalet kan da hensiktsmessig være en støylignende bølgeform. Dette gjør det mulig å skjelne visse partier av signalet fra andre signalpartier, og gjør det derved mulig å bestemme avstanden til et mål som returnerer signalet. In a preferred embodiment of the invention, the signal is a continuous sound wave with a characteristic that varies with time, and the signal can then appropriately be a noise-like waveform. This makes it possible to distinguish certain parts of the signal from other parts of the signal, thereby making it possible to determine the distance to a target returning the signal.

Avstandsområdene er fortrinnsvis sammenhengende og av forskjellig lengdeutstrekning. The distance areas are preferably contiguous and of different lengths.

Visse måter å utøve oppfinnelsen på vil nå blir beskrevet ved hjelp av utførelseeksempler og under henvisning til de vedføyde tegninger, hvorpå: Fig. 1 viser skjematisk et blokkskjema av et sonarapparat Certain ways of practicing the invention will now be described with the help of exemplary embodiments and with reference to the attached drawings, on which: Fig. 1 schematically shows a block diagram of a sonar device

utført i samsvar med foreliggende oppfinnelse,performed in accordance with the present invention,

Fig. 2A og 2B er frekvens/tidskurver som angir to mulige sett av 16 innbyrdes forskjellige pulssignaler i form av knepplyder, Fig. 3 er et amplityde/tidsskjerna av pulspakker som representerer avstandsretursignaler og utgjør inngangssignaler P og Q til korrelatoren i lengderet-ningen for sonarapparatet i fig. 1, Fig. 4A er en skjematisk planskisse av et område av havbunnen som passeres av sonarapparatet i fig. 1, langs den viste bane og med sonarstrålen rettet sideveis, Fig. 4B er en avstands/tidskurve for to mål, nemlig X og Y, på skjemaet i fig. 4A, og med samme posisjon i baneretningen, men med forskjellig plassering på tvers av banen, og som anskueliggjør hvorledes avstanden forandres når sonarapparatet beveger seg med konstant hastighet, Fig. 4C er et skjema over større tidsskala enn i fig. 3, og som anskueliggjør virkningen av den avstandsvariasjon som er angitt i fig. 4B på inngangen ved Q til baneretningskorrelatoren i fig. 1, som en funksjon av tiden innenfor et gjentagelseintervall av den foreliggende sekvens av innbyrdes forskjellige signaler, Fig. 5 viser skjematisk et blokkskjema av et annet sonarapparat i henhold til oppfinnelsen. Fig. 2A and 2B are frequency/time curves that indicate two possible sets of 16 mutually different pulse signals in the form of click sounds, Fig. 3 is an amplitude/time kernel of pulse packets that represent distance return signals and constitute input signals P and Q to the correlator in the longitudinal direction for the sonar device in fig. 1, Fig. 4A is a schematic plan view of an area of the seabed that is passed by the sonar apparatus in fig. 1, along the path shown and with the sonar beam directed laterally, Fig. 4B is a distance/time curve for two targets, namely X and Y, on the diagram in Fig. 4A, and with the same position in the path direction, but with a different location across the path, and which illustrates how the distance changes when the sonar apparatus moves at a constant speed, Fig. 4C is a diagram of a larger time scale than in fig. 3, and which illustrates the effect of the distance variation indicated in fig. 4B on the input at Q to the trajectory correlator in fig. 1, as a function of time within a repetition interval of the present sequence of mutually different signals, Fig. 5 schematically shows a block diagram of another sonar apparatus according to the invention.

Det skal først henvises til fig. 1, som viser et siderettet sonaraparat med syntetisk apertur og som omfatter en omformer 1 for å sende ut og og motta sonarsignaler, idet apparatet bæres av et slepefartøy som f.eks. trekkes av en undervannsbåt. Sonarapparatet er således innrettet for å trekkes langs en rettlinjet bevegelsebane, slik som vist i fig. 4A, med en viss hastighet v i forhold til det sjøbunnsområde som skal kartlegges. Som vist i fig. 4A sender omformeren 1 bare ut sonarsignaler innenfor en veldefinert stråle med en åpningsvin-kel 9, således at målgjenstander, slik som X og Y, vil befinne seg innenfor strålen et varierende tidsintervall avhengig av deres avstand på tvers av fremføringsbanen. Reference must first be made to fig. 1, which shows a side-directed sonar apparatus with a synthetic aperture and which comprises a converter 1 for sending out and receiving sonar signals, the apparatus being carried by a towing vessel such as e.g. towed by a submarine. The sonar device is thus designed to be pulled along a straight path of movement, as shown in fig. 4A, with a certain speed v in relation to the seabed area to be mapped. As shown in fig. 4A, the transducer 1 only emits sonar signals within a well-defined beam with an opening angle 9, so that target objects, such as X and Y, will be within the beam for a varying time interval depending on their distance across the feed path.

En reguleringsenhet 2 styrer en vender Sl som kobler omformeren enten for sending (TX) eller mottagelse (RX). En senderenhet 3, som styres av regulatorenheten 2, frembringer sendersignaler til omformeren 1, og disse signaler moduleres av en modulator 12. A control unit 2 controls a switch Sl which switches the converter either for transmission (TX) or reception (RX). A transmitter unit 3, which is controlled by the regulator unit 2, produces transmitter signals to the converter 1, and these signals are modulated by a modulator 12.

Fire signaler Al, A2, Bl og B2 som kan skjelnes fra hverandre, frembringes av hver sin referansebølgegenerator 5, 6, 9 og 10 under styring fra regulatorenheten 2. I dette utførelseeksem-pel er de fire referansebølgeformer knepplyder med samme båndbredde, idet lydbildene Al og A2 er like med motsatt flankehelning med større verdi enn de to bølgeformer Bl og B2 som også er like og motsatt. Four signals A1, A2, B1 and B2 which can be distinguished from each other are each produced by a separate reference wave generator 5, 6, 9 and 10 under control from the regulator unit 2. In this embodiment, the four reference waveforms are click sounds with the same bandwidth, as the sound images Al and A2 is equal to the opposite flank slope with a greater value than the two waveforms Bl and B2 which are also equal and opposite.

Som vist i tabell 1 nedenfor sendes lydpulsene Al og Bl ut sammen, hvoretter og etter en mottagelseforsinkelse, lydpulsene A2 og B2 avgis sammen før en ytterligere mottagelseforsinkelse. Denne sekvens utgjør et gjentagelseintervall for sending, tilsvarende et fullstendig pulsgjentagelseintervall (PRI). Denne utsendelse oppnås ved å tilføre modulatoren 12, over en vender S4, signaler alternativt fra blandere 7 og 8 som sammenblander henholdsvis lydpulsene Al og Bl og lydpulsene A2 og B2. As shown in table 1 below, the sound pulses Al and Bl are emitted together, after which and after a reception delay, the sound pulses A2 and B2 are emitted together before a further reception delay. This sequence constitutes a repetition interval for transmission, corresponding to a complete pulse repetition interval (PRI). This transmission is achieved by feeding the modulator 12, via a switch S4, signals alternatively from mixers 7 and 8 which respectively mix the sound pulses A1 and B1 and the sound pulses A2 and B2.

I tidsintervallene mellom signalutsendelsene mottas signalene samtidig av mottagere RX.A 4 og RX.B 11, som er korrelatorer på tvers av bevegelseretningen, henholdsvis for kortere avstander og lengre avstander. PRI er valgt av tilstrekkelig lengde til å tillate signalene fra de mest fjerntliggende målpunkter å mottas før begynnelsen av den neste PRI. Det totale avstandsområde er oppdelt i to områder, fortrinnsvis av samme lengde. Som vist i tabell 1 innstilles under den annen fjerdedel av en PRI kortavstandsmottageren 4 til å korrelere signaler med referansebølgeformen Al som tilføres av referansebølgegenera-toren 5 over venderen S2 under styring fra regulatorenheten 2. Samtidig korrelerer fjernavstandsmottageren 11 signaler med referansebølgeformen B2 over omkobleren S3. I det fjerde kvarter av PRI, veksles venderne S2 og S3 samtidig, således at næravstands- og fjernavstandsmottagerne 4, 11 korrelerer signaler henholdsvis med bølgeformene A2 og Bl. In the time intervals between signal transmissions, the signals are received simultaneously by receivers RX.A 4 and RX.B 11, which are correlators across the direction of movement, respectively for shorter distances and longer distances. The PRI is chosen of sufficient length to allow the signals from the most distant target points to be received before the start of the next PRI. The total distance range is divided into two areas, preferably of the same length. As shown in table 1, during the second quarter of a PRI, the short-range receiver 4 is set to correlate signals with the reference waveform Al supplied by the reference waveform generator 5 via the inverter S2 under control from the regulator unit 2. At the same time, the long-distance receiver 11 correlates signals with the reference waveform B2 via the switch S3. In the fourth quarter of PRI, the inverters S2 and S3 are switched simultaneously, so that the short-range and long-range receivers 4, 11 correlate signals respectively with the waveforms A2 and B1.

Næravstands- og fjernavstandsmottagerne bringes således til å' diskriminere de signaler som skriver seg fra sine respektive avstandsområder, samt til å avgi avstandsdata på tvers av bevegelsebanen i det format som er vist skjematisk i fig. 3, henholdsvis til inngangene P og Q for en baneretningskorrelator 13. The short-range and long-range receivers are thus made to discriminate the signals that are written from their respective distance ranges, as well as to transmit distance data across the movement path in the format shown schematically in fig. 3, respectively to the inputs P and Q of a trajectory correlator 13.

Formålet og arbeidsfunksjonen for baneretningskorrelatoren 13 er fremstilt i fig. 4A, 4B og 4C, som gjelder to målgjenstander X og Y, som begge befinner seg i fjernavstandsområdet. Disse signaler kommer frem til inngangen Q, slik som vist i fig. 3 og 4C, i form av korte pakker av avstandsdata i form av pulser. Fasen for hver sådan datapakke i forhold til det utsendte PRI forandres med posisjonen av sonarapparatet langs sin bevegelsebane, og dette er anskueliggjort med hensyn til inngangen ved Q i fig. 4 for de to målgjenstander X og Y, idet hver prikk i prikkurven representerer en pakke avstandsdata. Baneretningskorrelatoren 13 integrerer datapakkesekvensen for hvert mål X, Y, etc, idet det tas hensyn til de tids- og fasevaria-sjoner som fremkommer ved sonarapparatets bevegelse. The purpose and working function of the path direction correlator 13 is shown in fig. 4A, 4B and 4C, which apply to two target objects X and Y, both of which are in the far range. These signals arrive at the input Q, as shown in fig. 3 and 4C, in the form of short packets of distance data in the form of pulses. The phase of each such data packet in relation to the transmitted PRI changes with the position of the sonar apparatus along its path of movement, and this is visualized with regard to the input at Q in fig. 4 for the two target objects X and Y, with each dot in the dot curve representing a package of distance data. The path direction correlator 13 integrates the data packet sequence for each target X, Y, etc., taking into account the time and phase variations that arise from the movement of the sonar apparatus.

Dette oppnås ved å korrelere inngangssignalene ved P og Q med hver sin referansebølge, som i form tilsvarer en rekke kurver av den art som er angitt i fig. 4B, samt frembragt av en referansebølgegenerator 15 som er forsynt med et signal 17 som representerer hastigheten v av sonarapparatet langs sin bane, samt styres fra reguleringsenheten 2. Utgangssignalet fra baneretningskorrelatoren 13 avgis til et stort antall paral- lelle porter som representerer hvert sitt forskjellige avstandsområde på tvers av bevegelsebanen. Halvparten av avstandsportene forsynes med utgangssignaler utledet fra inngangssignalet P, og den annen halvdel fra signalet Q. This is achieved by correlating the input signals at P and Q with each reference wave, which in form corresponds to a series of curves of the kind indicated in fig. 4B, as well as produced by a reference wave generator 15 which is provided with a signal 17 that represents the speed v of the sonar apparatus along its path, and is also controlled from the control unit 2. The output signal from the path direction correlator 13 is emitted to a large number of parallel ports that each represent a different distance range across the movement path. Half of the distance gates are supplied with output signals derived from the input signal P, and the other half from the signal Q.

Referansebølgene for denne korrelasjonsprosess strekker seg over en rekke overlappende avstandsspalter og tilføres samtidig for å ta hensyn til målgjenstander i forskjellig avstand. The reference waves for this correlation process extend over a number of overlapping distance slots and are supplied simultaneously to account for target objects at different distances.

For å komme frem til en nøyaktig bestemmelse av posisjonen i baneretningen for hver målgjenstand som er representert ved en puls på en utgangsavstandsport for baneretningskorrelatoren 13, vil en forsinkelseenhet 14 forsinke signalene ved hver avstandsport i forskjellig grad i samsvar med forsinkelseverdier som er innført i et forsinkelselager 16, hvis verdier i sin tur avhenger av kjøretøyhastigheten v avgitt som has-tighetssignal 17. Som beskrevet i den ovenfor nevnte samtidig løpende patentansøkning, vil utgangssignalet på en hvilken som helst gitt avstandsport fra et bestemt målpunkt opphøre ved et tidspunkt som er en funksjon av avstanden på tvers av bevegelsebanen. I fig. 4C opphører således signalet tilsvarende målgjenstanden X senere enn det signal som tilsvarer målgjenstanden Y, da målpunktet X befinner seg i strålesonen en lengre tidsperiode. Forsinkelseverdier avgis fra forsinkelseenheten 14 for å kompensere for denne virkning, således at de resulterende signalutganger fra forsinkelseenheten 14 finner sted ved tidspunkter som tilsvarer det tidspunkt hvor vedkommende målpunkter befant seg nærmest sonarapparatet, således at tidsangivelsene for utgangssignalene representerer posisjonene av de tilsvarende målpunkter langs bevegelsebanen. Informa-sjonsutgangen fra forsinkelseenheten 14 multiplekses og sendes digitalt til en datafremviser 18 og/eller et lager 19. In order to arrive at an accurate determination of the position in the trajectory direction of each target object represented by a pulse on an output range port of the trajectory correlator 13, a delay unit 14 will delay the signals at each range port to a different degree in accordance with delay values entered in a delay store 16, the values of which in turn depend on the vehicle speed v given as speed signal 17. As described in the aforementioned co-pending patent application, the output signal on any given range gate from a particular target point will cease at a time which is a function of the distance across the movement path. In fig. 4C, the signal corresponding to the target object X thus ceases later than the signal corresponding to the target object Y, as the target point X is in the radiation zone for a longer period of time. Delay values are emitted from the delay unit 14 to compensate for this effect, so that the resulting signal outputs from the delay unit 14 take place at times that correspond to the time when the relevant target points were closest to the sonar device, so that the time indications for the output signals represent the positions of the corresponding target points along the movement path. The information output from the delay unit 14 is multiplexed and sent digitally to a data viewer 18 and/or a storage 19.

Fremviseren 18 kan f.eks. bestå av en visuell fremvisningsenhet utstyrt med passende bufferlager, og innrettet for å frembringe et todimensjonalt kart over målpunktene. The viewer 18 can e.g. consist of a visual display unit equipped with suitable buffer storage, and arranged to produce a two-dimensional map of the target points.

Det vil forstås at avstanden på tvers av bevegelsebanen kan oppdeles i hvilket som helst antall N avstandsområder, hvor N er 2 eller mer. I tilfellet tre avstandsområder, vil det være påkrevet med 3<2>(eller 9) signaler som kan skjelnes fra hverandre, nemlig tre for hvert avstandsområde. En sende- og mottagersekvens tilsvarende tabell 1 er vist i tabell 2, hvor It will be understood that the distance across the path of movement can be divided into any number of N distance areas, where N is 2 or more. In the case of three distance ranges, 3<2> (or 9) distinguishable signals will be required, namely three for each distance range. A sending and receiving sequence corresponding to table 1 is shown in table 2, where

næravstandssignaler, midtavstandssignaler og fjernavstandssig-naler er angitt som henholdsvis Al, A2, A3, Bl, B2, B3, Cl, C2, C3. Det vil forstås at gjentagelsesyklen eller PRI er oppdelt i N avsnitt, og det signal som angir kortest avstand mottas i det første avsnitt, signalet for det nest korteste område mottas i det neste avsnitt, o.s.v. near distance signals, middle distance signals and far distance signals are indicated as A1, A2, A3, B1, B2, B3, C1, C2, C3 respectively. It will be understood that the repetition cycle or PRI is divided into N sections, and the signal indicating the shortest distance is received in the first section, the signal for the second shortest area is received in the next section, and so on.

Som et ytterligere eksempel kan det angis at når N = 4, vil det være påkrevet med 4<2>= 16 signaler som kan skjelnes fra hverandre. Som angitt i fig. 2A kan dette oppnås ved å opprette to separate frekvensbånd som hver har åtte knepplyder med fire forskjellige gradienter og to forskjellige hel-ningsretinger. I fig. 2B ligger imidlertid alle knepplyder innenfor samme frekvensbånd og omfatter åtte forskjellige gradienter og to forskjellige flankehelningsretninger. As a further example, it can be stated that when N = 4, it will be required with 4<2>= 16 signals that can be distinguished from each other. As indicated in fig. 2A, this can be achieved by creating two separate frequency bands, each of which has eight click sounds with four different gradients and two different slope directions. In fig. 2B, however, all knock sounds lie within the same frequency band and comprise eight different gradients and two different flank slope directions.

Skjønt de innbyrdes forskjellige signaler er blitt beskrevet i foreliggende utførelseeksempel som lineære knepplyder, kan mange andre signalformer også være egnet. Et alternativ kan f.eks. være et kontinuerlig bølgesignal som er modulert med N<2>forskjellige koder, f.eks. halvtilfeldige koder. Although the mutually different signals have been described in the present embodiment as linear click sounds, many other signal forms may also be suitable. An alternative can e.g. be a continuous wave signal that is modulated with N<2> different codes, e.g. semi-random codes.

Det er ikke nødvendig at den utsendte effekt er den samme i hver signalform. De signaler som bare utnyttes for de nærmeste områder kan ha lavere midlere effekt enn dem som anvendes for fjernere områder. Dette oppnås ved hjelp av de viste knepp- bølgeformer i fig. 2A, f.eks. ved å sørge for at lydkneppene av større varighet, og således større midlere effekt, anvendes for de fjernere avstandsområder. It is not necessary that the emitted power is the same in each signal form. The signals that are only used for the nearest areas can have a lower average effect than those used for more distant areas. This is achieved with the help of the click waveforms shown in fig. 2A, e.g. by ensuring that the sound buttons of longer duration, and thus greater average effect, are used for the more distant areas.

Det skal så henvises til fig. 5, som viser et annet siderettet sonarapparat med syntetisk apertur og som omfatter en bølge-formgenerator 20 som er innrettet for å frembringe en kontinuerlig støylignende bølgeform som er kjent å være følsom for Doppler-forskyvning. Denne påtrykkes over en modulator og en sender 22 en omformer 23 som er omformet til sonarbruk og innrettet for å stråle ut sonarlyd over det sjøbunnområde hvor sonarapparatet trekkes frem. Sonarapparatet omfatter også en annen omformer 24 som er anordnet for å motta signaler som kastes tilbake fra mål fordelt over sjøbunnen. Utgangssignalet fra omformeren 24 forsterkes ved 25 og påtrykkes en kor-relatorenhet 26. Reference should then be made to fig. 5, which shows another synthetic aperture lateral sonar apparatus and which includes a waveform generator 20 which is arranged to produce a continuous noise-like waveform which is known to be sensitive to Doppler shift. This is pressed over a modulator and a transmitter 22, a converter 23 which has been converted for sonar use and arranged to emit sonar sound over the seabed area where the sonar apparatus is drawn forward. The sonar apparatus also comprises another converter 24 which is arranged to receive signals which are thrown back from targets distributed over the seabed. The output signal from the converter 24 is amplified at 25 and applied to a correlator unit 26.

Korrelatorenheten 26 omfatter flere korrelatorer, hvorav imidlertid bare tre er vist med betegnelsene 27, 28 og 29. Hver korrelator omfatter to kanaler, som hver er utført som et skiftregister og den ene utgjør en signalkanal 27A, 28A og 29A, og den annen er en referansekanal 27B, 28B og 29B. Hver korrelator omfatter også en multiplikator 27C, 28C og 29C samt en addisjonsenhet 27D, 28D og 29D. The correlator unit 26 comprises several correlators, of which, however, only three are shown with the designations 27, 28 and 29. Each correlator comprises two channels, each of which is designed as a shift register and one constitutes a signal channel 27A, 28A and 29A, and the other is a reference channel 27B, 28B and 29B. Each correlator also comprises a multiplier 27C, 28C and 29C as well as an addition unit 27D, 28D and 29D.

Den mottatte bølgeform påtrykkes i parallell signalkanalen 27A, 28A og 29A i korrelatorene 27, 28 og 29. Utgangssignalet fra bølgeformgeneratoren 20 er en bølgeform som også tilføres en regneenhet 30 som modifiserer den til å frembringe en rekke bølgeformer som tilsvarer dem som ville bli mottatt fra mål i forskjellige avstander. Hver gang det tas prøve av det mottatte signal beregner regneenheten 30 den korrekte prøve-verdi som skal anvendes i hver referansebølgeform for å ta hensyn til sonarapparatets bevegelse innenfor forplantnings-tidsforsinkelsen, saiuc ved å beregne forplantningsbanefor-sinkelsen som finner sted mellom signalutsendelse, refleksjon fra målet og forplantning tilbake til den mottagende omformer 24. Øyeblikksverdien av utsendelsen ved vedkommende tidspunkt kan således bestemmes og en rekke referansebølger frembringes. De frembragte referansebølger påtrykkes hver sin forskjellige referansekanal 27B, 28B og 29B. The received waveform is applied to the parallel signal channels 27A, 28A and 29A in the correlators 27, 28 and 29. The output signal from the waveform generator 20 is a waveform which is also supplied to a computing unit 30 which modifies it to produce a series of waveforms corresponding to those that would be received from targets at different distances. Each time the received signal is sampled, the calculation unit 30 calculates the correct sample value to be used in each reference waveform to account for the movement of the sonar within the propagation time delay, by calculating the propagation path delay that occurs between signal transmission, reflection from the target and propagation back to the receiving converter 24. The instantaneous value of the transmission at the relevant time can thus be determined and a series of reference waves produced. The generated reference waves are applied to different reference channels 27B, 28B and 29B.

Det samplede mottatte signal og rekken av sampelverdier for hvert referansesignal påtrykkes korrelatorene 27, 28 og 29, samt krysskorreleres ved hjelp av multiplikatorer og addisjons-enheter. Utgangen fra hver korrelator angir da nivået av ethvert målreturnert signal innenfor det tilordnede avstandsområde . The sampled received signal and the series of sample values for each reference signal are applied to the correlators 27, 28 and 29, and cross-correlated by means of multipliers and addition units. The output from each correlator then indicates the level of any target returned signal within the assigned distance range.

Ved en alternativ utførelse (ikke vist) kreves bare ett mottagerskiftregister, idet referansebølgen tidsmultiplekses for forskjellige avstandsområder. På denne måte kan det oppnås en sekvens av utgangssignaler som tilsvarer en sekvens av forskjellige avstandsområder. In an alternative embodiment (not shown), only one receiver shift register is required, as the reference wave is time multiplexed for different distance ranges. In this way, a sequence of output signals corresponding to a sequence of different distance ranges can be obtained.

Claims

1. Distance-measuring device for relative movement along a path to determine targets within any of N distance ranges, where N is an integer greater than 1, characterized in that the device includes equipment for sending out a signal which has certain signal parts which distinguishable from other signal parts, receiver equipment arranged to recognize distance data comprising return signals with N distinctive signal forms corresponding to each different distance range, and a path direction correlator arranged to perform a coherent integration of said distance data by correlating all such data with a number of reference waveforms, which each represents a return signal corresponding to a specific distance range across the path, thereby producing output distance data indicating the times at which the various target points that returned this distance data were closest to the movement path.

2. Distance-measuring device as specified in claim 1, characterized in that said signal is made up of a series of pulse signals that can be separated from each other, and the receiver equipment is arranged to recognize distance data in each of different sections of an overall pulse repetition interval.

3. Distance measuring device as stated in claim 2, characterized in that the pulse signals are sent out in N <2> forms that can be distinguished from each other, of which N different forms are sent out in each of N sections of a total pulse repetition interval.

4. Distance measuring device as stated in claim 2 or 3, characterized in that all pulse signals that can be distinguished from each other are orthogonal.

5. Distance measuring device as stated in claim 2, 3 or 4, characterized in that said pulse signals which can be distinguished from each other are made up of click sounds with different flank inclination.

6. Distance measuring device as specified in one of claims 2-5, characterized in that the receiver equipment comprises a correlator for each distance range and which is arranged to correlate said return signals with N different waveforms corresponding to the N distinctive pulse signal shapes assigned to the relevant distance range.

7. Distance measuring device as stated in claim 6, characterized in that it comprises regulator equipment to bring each correlator to correlate said return pulses with N reference waveforms in a predetermined order, the reference waveform being different for each section of the pulse repetition interval.

8. Distance measuring device as stated in one of claims 2-7, characterized in that the signals sent out within each section of the pulse repetition interval are sent out simultaneously by the same transmitter.

9. Distance measuring device as stated in claim 1, characterized in that the signal is a continuous wave with a characteristic that varies with time.

10. Distance measuring device as specified in claim 9, characterized in that the signal is made up of a noise-like waveform.

11. Distance measuring device as specified in one of the previous claims, characterized in that the distance ranges are continuous.

12. Distance measuring device as stated in one of the preceding claims, characterized in that the device is designed to determine from said output distance data and a determination of the speed of the sonar device along the path of movement, the positions of the target points in the direction of the path.

13. Distance measuring device as specified in one of the preceding claims, characterized in that said output distance data is generated by a number of distance ports, each of which corresponds to a different distance range across the movement path.

14. Distance measuring device as stated in claim 13, characterized in that it comprises a delay unit arranged to delay the signals at the distance gates to different degrees as a function of their distance range across the path of movement, thereby compensating for the variations in the sound irradiation time of the targets with their distance across the movement path, so that the delayed signals will appear at times that represent the position of the corresponding target points along the movement path.

15. Distance measuring device as stated in claim 14, characterized in that said delay unit is arranged to react to the speed of the distance measuring device along its path of movement by introducing delay values that are proportional to this speed.