DE1097863B

DE1097863B - Arrangement for directional sending and receiving for tracking devices

Info

Publication number: DE1097863B
Application number: DER20178A
Authority: DE
Inventors: Stanley R Rich
Original assignee: Raytheon Manufacturing Co
Current assignee: Raytheon Co
Priority date: 1956-12-12
Filing date: 1956-12-12
Publication date: 1961-01-19

Description

Anordnung zum gerichteten Senden und Empfangen für Ortungsgeräte Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung für Ortungsgeräte, insbesondere Echolote, mit welchen gerichtet gesendet bzw. empfangen wird, wobei die Sende- bzw. Empfangsrichtung ohne Verwendung umlaufender Wandler veränderlich ist. Die Richtwirkung wird durch Verwendung mehrerer Wandler erzielt, die in gleichen Abständen nebeneinander längs eines Kreises angeordnet sind.Arrangement for directional transmission and reception for locating devices The invention relates to a circuit arrangement for locating devices, in particular Echosounders, with which directional transmission or reception is carried out, whereby the transmission or Receiving direction can be changed without using rotating transducers. The directivity is achieved by using multiple transducers that are equally spaced next to each other are arranged along a circle.

Es sind bereits Echolotgeräte bekannt, bei denen mehrere Wandler längs einer gekrümmten Linie, beispielsweise eines Kreises, angeordnet sind und bei denen zum Zwecke des gerichteten Empfanges jeweils mehrere benachbarte Wandler über unterschiedliche Laufzeitglieder zusammengeschaltetsind. J3eidiesenbekannten Echoloten werden jedoch während der Sendeimpulse alle Wandler gleichphasig erregt, ein gerichtetes Aussenden des Suchimpulses erfolgt also nicht. There are already known echo sounders in which several transducers are arranged along a curved line, for example a circle, and in which several neighboring transducers are used for the purpose of directed reception are interconnected via different term elements. They are very well-known However, echo sounders are excited in phase with all transducers during the transmission pulses, a directed transmission of the search pulse does not take place.

Bei der erfindungsgemäßen Anordnung, bei der es sich um ein Echolotgerät mit einer Vielzahl von Wandlern handelt, die in gleichen Abständen kreisförmig angeordnet sind, bei dem ferner ein Sendeimpulsgenerator, ein Sende-Empfangsschalter, der die Verwendung der gleichen Wandler zum Aussenden des Suchimpulses und anschließenden Empfangen der Echoimpulse ermöglicht, und ein Anzeige- oder Registriergerät vorgesehen ist, ergibt sich durch das gerichtete Senden und Empfangen eine Verbesserung der Peilmöglichkeit gegenüber den bekannten Anordzungen. Weiterhin hat die Anwendung des gerichteten Sendens eine Vergrößerung der Reichweite gegenüber dem bekannten Verfahren zur Folge. In the arrangement according to the invention, which is an echo sounder device acts with a plurality of transducers arranged in a circle at equal intervals are, in which also a transmit pulse generator, a transmit / receive switch that the Use the same transducer to send out the search pulse and then The echo pulses can be received, and a display or recording device is provided is, there is an improvement in the directional sending and receiving Possibility of direction finding compared to the known arrangements. Furthermore, the application has the directional transmission increases the range compared to the known Procedure.

Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß an jedem Wandler eine Verzögerungsleitung angeschlossen ist und eine der Anzahl derWandler entsprechende Zahl von Signalleitungen vorhanden ist, von denen jede mit einer Anzahl von Verzögerungsleitungen an bestimmten Punkten längs dieser Leitungen derart gekoppelt ist, daß bei Zuführung eines Sendeimpulses zu einer der Signalleitungen mehrere, jeweils zu einer Gruppe aus mehreren benachbarten Wandlern gehörige Wandler zeitlich derart erregt werden, daß eine im wesentlichen ebene Wellenfront ausgesendet wird, wobei die Richtung dieser Wellenfront von der Wahl der Signalleitung abhängig ist und bei anschließendem Empfang von Echosignalen aus der gleichen Richtung sich die Signale der-einzelnen Wandler in der Signalleitung conphas addieren. Es werden also im weselltlichen nur Signale aus einer durch Wahl einer bestimmten Signalleitung festgelegten Richtung empfangen. The invention is characterized in that one on each converter Delay line is connected and one of the number of transducers corresponding Number of signal lines are present, each of which with a number of delay lines is coupled at certain points along these lines so that when fed of a transmission pulse to one of the signal lines several, each to a group converters belonging to several neighboring converters are excited in such a way in terms of time that a substantially flat wave front is emitted, the direction this wavefront is dependent on the choice of signal line and on subsequent Reception of echo signals from the same direction the signals of the individual Add transducers in the signal line conphas. In essence, there are only Signals from a direction determined by choosing a specific signal line receive.

Die Anzeige kann in bekannter Weise optisch mittels einer E;athodenstrahlröhre erfolgen, wobei der Strahl in einer der Sende- bzw: Empfangsrichtung entsprechenden Richtung ausgelenkt werden kann. The display can be shown optically in a known manner by means of an E; athode ray tube take place, the beam in one of the sending or receiving direction corresponding Direction can be deflected.

Zur Umschaltung der einzelnen Signalleitungen wird bei dem erfindungsgemäßen System vorzugsweise eine elektronische Kommutatorröhre verwendet. To switch over the individual signal lines, the inventive System preferably uses an electronic commutator tube.

Die Erfindung ist nachstehend an Hand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. The invention is illustrated below with reference to one in the drawing Embodiment explained in more detail.

In der Zeichnung ist die Schaltung nur für einen Teil der Gesamtzahl der Wandler wiedergegeben, da sich die Schaltung der übrigen Wandler in gleicher Weise wie bei den dargestellten fortsetzt. Eine größere Zahl von Zeichnungen würde nicht zum weitergehenden Verständnis der Erfindung beitragen. In the drawing the circuit is only for part of the total number the converter reproduced, since the circuit of the other converters is the same Way as continues with the ones shown. A greater number of drawings would do not contribute to a further understanding of the invention.

Bei jedemWandleribis21 handelt es sich um einen elektroakustischen Wandler für Schallwellen oder Ultraschallwellen, wie man sie beispielsweise bei bekannten Echoloten verwendet. Die Wandler sind so angeordnet, daß sie mit dem außenliegenden Wasser in Berührung stehen oder aber innerhalb eines Schiffes in einem mit dem Wasser in Verbindung stehenden Kasten, wo sie jedoch von dem umgebenden Medium aus akustisch zugänglich sind. Die Wandler behalten ihre gegenseitigen Abstände entsprechend der Zeichnung bei, d. h., sie sind innerhalb einer Ebene längs eines Kreises in gleichmäßigen Abständen verteilt. Da nur ein Teil des Phasensteuerungssystems dargestellt ist, sind die Wandler 11 bis 21 in gestrichelten Linien angedeutet. Sämtliche Wandler liegen mit einer Klemme vorzugsweise an einer gemeinsamen Erdleitung 22, während die andere Klemme jedes Übertragers über eine der Leitungen 23 bis 32 mit einem Ende einer der Verzögerungsleitungen 33 bis 42 verhunden ist. Die von den Wandlern aufgenommenen und den zugehörigen Verzögerungsleitungen zugeführten Signale wandern zu den Enden der Leitungen, wo diese Leitungen mit ihrem Wellenwiderstand 43 abgeschlossen sind. Jede Verzögerungsleitung be steht in bekannter Weise aus in Reihe geschalteten Induktivitäten und gegen Masse geschalteten Kapazitäten. Ausgewählte Induktivitäten jeder Leitung, z. B. die Induktivitäten 44, 45, 46, 47 und 48 der Leitung 33 sind jeweils nach Art eines Transformators und vorzugsweise fest mit zwei Sekundärwicklungen 44' und 44", 45' und 45" usw. gekoppelt. Mit Hilfe dieser Sekundärwicklungen werden die von jedem Übertrager kommenden Signale der betreffenden Leitung entnommen und in im wesentlichen gleicher Phase in einem einzigen Signalkreis für jede gewünschte Richtwirkung der Gesamtanordnung kombinier. Each convertible ibis21 is an electroacoustic one Transducer for sound waves or ultrasonic waves, as they are for example at known echo sounders are used. The transducers are arranged in such a way that they are connected to the external Standing in contact with water or inside a ship in one with the water connected box, but where they are acoustically from the surrounding medium are accessible. The transducers keep their mutual distances according to the Drawing at, d. that is, they are uniform within a plane along a circle Distributed at intervals. Since only part of the phase control system is shown, the transducers 11 to 21 are indicated in dashed lines. All converters are preferably on a common ground line 22 with a clamp, while the other terminal of each transformer via one of the lines 23 to 32 with a End of one of the delay lines 33 to 42 is connected. The ones from the converters signals picked up and fed to the associated delay lines to the ends of the lines, where these lines with their wave impedance 43 have been completed. Each delay line is outstanding in a known manner Series-connected inductors and capacitances connected to ground. Selected Inductances of each line, e.g. B. the inductors 44, 45, 46, 47 and 48 of the Line 33 are each in the manner of a transformer and are preferably fixed with two secondary windings 44 'and 44 ", 45' and 45", etc. coupled. With the help of this Secondary windings are the signals coming from each transformer of the relevant Line removed and in essentially the same phase in a single signal circuit for any desired directional effect of the overall arrangement.

So umfaßt z. B. ein Signalkreis in Reihenschaltung die nachstehend aufgeführten Sekundärwicklungen: Wicklung44' in der Leitung 33, Wicklung55' in der Leitung 34, Wicklung 66' in der Leitung 35, Wicklung 77' in der Leitung 36, Wicklung 88' in der Leitung 37, Wicklung 98" in der Leitung 38, Wicklung 107" in der Leitung 39, 116" in der Leitung 40, 125" in der Leitung 41 und 134" in der Leitung 42. Bei dieser AnF ordnung werden die von den einzelnen Wandlern 10, 9, 8, 7, 6, 5, 4, 3, 2 und 1 aufgenommenen, Impulse nacheinander zeitlich um Beträge verzögert, die jeweils der elektrischen Laufzeit zwischen dem Anfang jeder der betreffenden damit verbundenen Verzögerungsleitungen und dem Punkt entsprechen, an denen sich die betreffende, zum Abnehmen des Signals dienende Sekundärwicklung44', 55', 66,' 77' oder 88' befindet. Bei Anschalten dieses Signalkreises ergeben aus der RichtungA kommende Echos maximale Amplitude des Gesamtsignals, denn die Schallwelle erreicht die vorderen Wandler 6 und 5 früher als die anderen Wandler 7, 8, 9, 10, 12, 3, 4, 2 und 1. Die Verzögerung für diese Wandler muß also in diesem Beispiel notwendigerweise fortschreitend geringer sein als für die vorderen Wandler 6 und 5. Dies wird durch die entsprechenden Lagen der Auskopplungswicklungen längs der verschiedenen, Verzögerungsleitungen bewirkt. Bei kreisförmiger Anordnung der Wandler muß die Verzögerungszeit proportional einer cos-Funktion verlaufen. Diese Funktion wird hier dadurch angenähert, daß die Abstände der Auskoppeispulen längs der Verzögerungsleitungen verschieden groß sind. Jede einzelne Signalleitung ist am einen Ende mit einem Kommutatorsegment des Schalters 52 verbunden. Das andere Ende liegt an Masse. So includes e.g. B. a signal circuit in series the following listed secondary windings: Winding44 'in the line 33, Winding55' in the Line 34, winding 66 'in line 35, winding 77' in line 36, winding 88 'in line 37, winding 98 "in line 38, winding 107" in line 39, 116 "in line 40, 125" in line 41 and 134 "in line 42. At In this arrangement, the individual converters 10, 9, 8, 7, 6, 5, 4, 3, 2 and 1 recorded, pulses successively delayed by amounts, respectively the electrical transit time between the beginning of each of the associated with it Delay lines and correspond to the point at which the relevant Secondary winding 44 ', 55', 66, '77' or 88 'serving to pick up the signal is located. When this signal circuit is switched on, echoes coming from direction A result in maximum echoes Amplitude of the overall signal, because the sound wave reaches the front transducers 6 and 5 earlier than the other converters 7, 8, 9, 10, 12, 3, 4, 2 and 1. The delay for this converter must therefore necessarily progressively lower in this example than for the front transducers 6 and 5. This is indicated by the appropriate layers of the decoupling windings along the various delay lines. In the case of a circular arrangement of the transducers, the delay time must be proportional to one cos function. This function is approximated here by the fact that the distances of the output coils along the delay lines are of different sizes. Every single signal line is at one end with a commutator segment of the switch 52 connected. The other end is due to earth.

Der Kommutatorschalter 52 ist mit einem Kontaktarm 52' ausgerüstet, der mit dem Segment 53 in leitender Verbindung steht, um den vorstehend beschriebenen Signalaufnahmekreis an den Verstärker anzuschließen. Bei der zusätzlich in der Zeichnung wiedergegebenen Stellung berührt jedoch der Kontaktarm 52' ein anderes Kommutatorsegment 59, das über eine Leitung 60 an die erste zum Aufnehmen dienende Sekundärwicklung 64' der Verzögerungsleitung 35 angeschlossen ist. Diese Wicklung befindet sich am Anfang der Verzögerungsleitung 35, und mit dieser Verzögerungsleitung ist der Wandler 8 über eine Leitung 25 verbunden. Bei dem mit dem Segment 59 verbundenen Signalkreis wird somit auf den Signalübertrager 8 die geringste Verzögerung bzw. die kleinste Kompensation aufgebracht. Dieser vollständige Signalkreis umfaßt in Reihenschaltung die nachstehend aufgeführten Sekundärwicklungen: 64', 75', 86', 97', 108', 118", 127", 137" usw. bis zu den nicht gezeigten nächstfolgenden Leitungen, die in der entsprechenden Reihenfolge die empfangenen Signalimpulse von den Wandlern 21 und 20 zu umfassen hätten, bei denen die Kompensation gemäß der weiter oben gegebenen Beschreibung nacheinander kleiner werden würde. Ist dieser Signalkreis beispielsweise angeschlossen, so ergibt eine aus der Richtung anl:ommende Wellenfront maximale Signalamplitude. The commutator switch 52 is equipped with a contact arm 52 ', which is in conductive connection with the segment 53 in order to achieve that described above Connect the signal recording circuit to the amplifier. When additionally in the drawing However, in the position shown, the contact arm 52 'touches another commutator segment 59, via a line 60 to the first secondary winding used for receiving 64 'of the delay line 35 is connected. This winding is on Beginning of delay line 35, and with this delay line is the converter 8 connected via a line 25. In the signal circuit connected to segment 59 is thus the smallest delay or the smallest on the signal transmitter 8 Compensation applied. This complete signal circuit includes series connection the secondary windings listed below: 64 ', 75', 86 ', 97', 108 ', 118 ", 127 ", 137" etc. up to the next following lines, not shown, which are in the corresponding sequence, the received signal pulses from the transducers 21 and 20 would have to include in which the compensation according to the one given above Description would get smaller one by one. Is this signal circle for example connected, a wave front coming from the direction results in maximum Signal amplitude.

Der Kontaktarm 52' des Kommutatorschalters wird bei seiner Bewegung von dem Kommutatorsegment 53 zu dem Segment S9 um den Winkel 0 gedreht. Dieser Winkel 0" ist gleich dem Winkel zwischen den beiden Pfeilen A und B, die in der Zeichnung den Winkel zwischen den in Richtung dieser Pfeile eintreffenden Wellenfronten angeben, wenn alle Kontakte des Schalters auf einem Kreis liegen. Der Winkel, um welchen der Kommutatorschalter gedreht wird, entspricht dann unmittelbar der winkelmäßigen Änderung der Richtwirkung der Wandleranordnung, und der Schalter 52 kann zweckmäßigerweise unmittelbar die Richtung eines empfangenen Signals angeben oder unmittelbar die Richtung eines auszusendenden Signals bestimmen. The contact arm 52 'of the commutator switch is as it moves rotated by the angle 0 from the commutator segment 53 to the segment S9. That angle 0 "is equal to the angle between the two arrows A and B in the drawing indicate the angle between the wave fronts arriving in the direction of these arrows, when all contacts of the switch are on a circle. The angle at which the commutator switch is turned, then corresponds directly to the angular Changing the directivity of the transducer arrangement, and the switch 52 can expediently directly indicate the direction of a received signal or directly indicate the Determine the direction of a signal to be transmitted.

An Stelle des Schalters 52 kann eine bekannte elektronische Kommutatorschalterröhre verwendet werden, um ein schnelles Abtasten zu erzielen. Bei einer solchen Röhre wird der Kontaktarm 52' durch einen Elektronenstrahl gebildet. Instead of the switch 52, a known electronic commutator switch tube can be used to achieve fast scanning. With such a tube the contact arm 52 'is formed by an electron beam.

Die erfindungsgemäße Anordnung läßt sich sowohl zum Senden als auch zum Empfangen benutzen, da ein einer Signalleitung zugeführter Sendeimpuls in den Verzögerungsleitungen beim Senden ähnlich verzögert wird wie beim Empfangen, so daß die über die Übertrager ausgesendete Energie eine ebene Wellenfront erzeugt, deren Ausbreitungsrichtung mit der optimalen Empfangs richtung übereinstimmt. The arrangement according to the invention can be used both for transmission and use for receiving, since a transmission pulse fed to a signal line is sent to the Delay lines when sending is delayed similarly as when receiving, see above that the energy emitted via the transmitter generates a plane wave front, whose direction of propagation coincides with the optimal receiving direction.

Die Anordnung läßt sich in jedem beliebigen Medium verwenden. Das Ausmaß der Verzögerung, die angewendet wird, umdie Signale von den einzelnen Übertragern oder Strahlern in die gleiche Phase zu bringen, richtet sich nach der Fortpflanzungsgeschwindigkeit der Wellen in dem betreffenden Medium sowie nach der jeweiligen Geometrie der Gestalt und Anordnung der Übertrager oder Strahler. The arrangement can be used in any medium. That The amount of delay that is applied to the signals from each transmitter or bringing emitters into the same phase depends on the speed of propagation of the waves in the relevant medium as well as according to the respective geometry of the shape and arrangement of the transducers or radiators.

Die Feststellung der Sende- bzw. Empfangsrichtung läßt sich bei Anwendung der erfindungsgemäßen Anordnung leicht automatisch durchführen. Der Empfangs- und Anzeigeteil besteht aus einem Verstärker 60 und einem Kathodenstrahloszillographen 61, dessen Elektronenstrahl 62 beispielsweise mittels einer Ablenkspule 63 synchron mit der Ahlenkspule 69 des Kommutatorschalters 52 mittels eines gemeinsamen Antriebsmotors oder eines Servosystems gedreht werden kann. Die an dem Resonanzkreis 51 auftretenden Signale werden verstärkt und dem Steuergitter 70 der Kathodenstrahlröhre zugeführt und in bekannter Weise nach Art einer Panoramadarstellung aufgezeichnet. The determination of the send or receive direction can be used the arrangement according to the invention easily perform automatically. The reception and The display part consists of an amplifier 60 and a cathode ray oscillograph 61, whose electron beam 62 is synchronized, for example by means of a deflection coil 63 with the steering coil 69 of the commutator switch 52 by means of a common drive motor or a servo system. Those occurring at the resonance circuit 51 Signals are amplified and fed to the control grid 70 of the cathode ray tube and recorded in a known manner in the manner of a panorama display.

Die erfindungsgemäße Anordnung kann beispielsweise auch bei Radargeräten Anwendung finden, bei denen das Signal mittels Antennen als elektromagnetische Welle ausgesendet wird. Bei den Wandlern bis 21 kann es sich also auch um eine Anordnung von Radioantennen handeln. The arrangement according to the invention can also be used, for example, in radar devices Find application in which the signal by means of antennas as an electromagnetic wave is sent out. The converters up to 21 can therefore also be an arrangement be about radio antennas.

Claims

PATENT APPROACH: 1. Arrangement for directional sending and receiving for locating devices, in particular echo sounding devices with a large number of transducers, the are arranged in a circle at equal intervals, a transmission pulse generator, and a transmit / receive switch that allows the use of the same transducer - to transmit of the search pulse and subsequent reception of the echo pulses and one Display or recorder, that in the same dependence on the echo transit time indicates the distance of the reflective targets, characterized in that that a delay line is connected to each converter and one of the number the transducer has a corresponding number of signal lines, each of which with a number of delay lines at certain points along those lines is coupled such that when a transmission pulse is supplied to one of the signal lines several converters, each belonging to a group of several neighboring converters are excited in time in such a way that an essentially flat wave front is emitted the direction of this wavefront depends on the choice of signal line and when echo signals are subsequently received from the same direction add the signals from the individual transducers in the conphas signal line.

2. Arrangement according to claim 1, characterized in that the delay lines are closed at their second end without reflection.

3. Arrangement according to claim 1 or 2, characterized in that each signal line with several reren delay lines is inductively coupled.

4. Arrangement according to claim 3, characterized in that the individual Coupling coils of each signal line are connected in series.

5. Arrangement according to claim 4, characterized in that the signal lines on one side at ground potential and the other end high-resistance when receiving is burdened.

6. Arrangement according to claim 1 to 5, characterized in that the The signal lines are switched over by a switch.

7. Arrangement according to claim 1 to 5, characterized in that the The signal lines are switched over by a switchover tube.

8. Arrangement according to claim 1 to 7, characterized in that the The distance is indicated with a cathode ray oscilloscope.

9. Arrangement according to claim 8, characterized in that the direction the distance display on the screen of the transmit / receive direction of the transducer arrangement is equivalent to.

Publications considered: German Auslegeschriften No. 1 043 881, 1 038464.