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Einrichtung und Verfahren zum Anzeigen oder Registrieren von Über-
und Unterwasserfahrzeugen Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zum Anzeigen
oder Registrieren von Über- und Unterwasserfahrzeugen und kann z. B. dazu dienen,
das unbemerkte Eindringen derartiger Fahrzeuge in einen zu schützenden Raum, beispielsweise
einen Hafen oder eine Flußmündung, zu überwachen. Zu diesem Zweck ist es wichtig,
die genaue Stelle zu ermitteln, an der das Schiff sich befindet, wenn es die Grenze
des zu schützenden Gebietes passiert. Es ist bereits bekannt, eine Wasserstraße
dadurch zu überwachen, daß in Längsrichtung der Wasserstraße eine Reihe von Geräuschempfängern
auf dem Boden der Wasserstraße verankert wird, und jeder dieser Geräuschempfänger
über eine besondere Leitung mit einer Zentralstelle an Land verbunden ist. Zwei
derartige Geräuschempfänger sind dabei zu einer baulichen Einheit vereinigt, derart,
daß sie beiderseits eines senkrecht zur Reihe der Auslegepunkte orientierten Schirmes
angeordnet sind und der eine Empfänger nur Geräusche auf der einen Seite des Schirmes
und der andere Empfänger nur Geräusche auf der anderen Seite des Schirmes empfängt,
so daß jeder Geräuschempfänger also Schallenergie aus einem mehr oder minder halbkugelförmigen
Raum empfängt. Insbesondere muß er auch von den Seiten der Wasserstraße her noch
Energie empfangen können, damit auch Schiffe, die am Rand der Wasserstraße seitab
der Reihe der Geräuschempfänger entlangfahren, noch erfaßt werden. Die Position
des Schiffes kann insbesondere bei größerer Entfernung von der ausgelegten Reihe
von Geräuschempfängern nicht genau erfaßt werden, da das Schiff alsdann im Bereich
mehrerer Empfänger liegt und auch ein Kriterium für die Seitenbestimmung fehlt.
Diese Nachteile werden bei der Erfindung vermieden.
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Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Anzeigen oder Registrieren
von Über- und Unterwasserfahrzeugen unter Verwendung einer Vielzahl von gerichteten
Schall empfängern, die in Abständen längs einer Linie auf dem Grund des Gewässers
ausgelegt und je für sich elektrisch mit einer zentralen Überwachungsstelle verbunden
sind. Sie zeichnet sich dadurch aus, daß bei Auslegung von Geräuschempfängern bzw.
Echolot-Sender-Empfängern eine solche Richtkennlinie gewählt wird, daß ein Geräuschempfang
oder eine Echolotung nur aus vertikaler oder nahezu vertikaler Richtung möglich
ist, und daß jeder Empfänger über einen besonderen Verstärker in der Zentrale mit
einem Anzeige- oder Registrierorgan verbunden ist, die auf einem gemeinsamen Träger
nebeneinander in der Reihenfolge der Auslegepunkte angeordnet sind.
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Die Verwendung von registrierenden Geräten beim Geräuschempfang ist
bereits bei einer Einrichtung zur Ermittlung der Position eines Schiffes in bezug
auf eine festliegende Basis im Wasser bekannt.
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Die Basis besteht dabei aus zwei voneinander entfernten Meßstellen,
die je mit einem Wasserschallempfänger und einem Luftschallempfänger ausgerüstet
sind. Zur Ermittlung der Position des Schiffes wird von diesem ein Knallgeräusch
derart abgegeben, daß sowohl eine Druckwelle in der Luft als auch eine Druckwelle
im Wasser entsteht. Aus der Laufzeitdifferenz des Luftschalles und des Wasserschalles
an den beiden Stationen wird dann die Position des Schiffes ermittelt, wobei noch
zwei Hilfsempfänger beiderseits der Basislinie für die Seitenbestimmung vorgesehen
sind. Die von den sechs Empfängern empfangenen Geräusche werden je einem Schreibarm
eines Mehrfachregistriergerätes zugeführt, von dem die genannten kleinen Zeitdifferenzen
ablesbar sind.
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Im Falle der Erfindung geht es jedoch nicht um die Ermittlung von
Zeitdifferenzen, sondern um die Ermittlung eines Ortes, d. h. desjenigen Schallempfängers,
in dessen Bereich sich der Geräuscherzeuger oder der reflektierende Körper befindet.
Während also bei der bekannten Anordnung stets sämtliche Registrierorgane tätig
werden, tritt bei der Erfindung nur ein Registrierorgan in Tätigkeit, nämlich dasjenige,
über dem sich die Schallquelle bzw. der Reflektor befindet. Die Position dieses
Registrierorgans in der Reihe der Registrierorgane gibt die wirkliche Position des
Fahrzeuges an, da die Reihe der Registrierorgane ein lineares Abbild der Auslegepunkte
der Schallwandler darstellt.
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Es ist ferner eine Einrichtung zur Bestimmung der Flugzeitkurve eines
Geschosses bekannt, die sich ebenfalls einer Reihe von Horchempfängern bedient.
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Das Geschoß fliegt in Richtung dieser Reihe über die Horchempfänger
hinweg, so daß die Kopfwelle des Geschosses der Reihe nach die einzelnen Horchempfänger
zum Ansprechen bringt. Die Horchempfänger sind parallel mit einem Registriergerät
verbunden, welches die einzelnen Impulse der Reihe nach aufzeichnet. Aus dem Abstand
dieser Impulse in Verbindung mit dem wirklichen Abstand der Horchempfänger kann
dann die Flugzeitkurve ermittelt werden, die also Auskunft gibt über die jeweilige
Geschwindigkeit des Geschosses zwischen zwei Horchempfängern. Abweichend hiervon
ist die erfindungsgemäße Einrichtung darauf abgestellt, daß sich das Fahrzeug quer
zur Richtung der Horchempfänger bewegt, und außerdem ist jeder einzelne Horchempfänger
über eine besondere Leitung und einen besonderen Verstärker mit dem Registriergerät
verbunden, welches ebenso viele Registrierorgane aufweist, wie Horchempfänger vorhanden
sind.
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In einer Weiterbildung der Erfindung können mehrere Reihen von Horchempfängern
oder Echolot-Sender-Empfänger in Abständen parallel zueinander ausgelegt werden,
so daß ein Feld von Auslegepunkten entsteht. Dabei werden Empfänger gleicher Position
innerhalb der verschiedenen Reihen miteinander verbunden, so daß sie parallel liegen
und an das gleiche Registrierorgan angeschlossen sind. Ein solches Feld kann zur
Erfassung der Bahnkurve von Torpedos beim Übungsschießen verwendet werden.
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Jedesmal, wenn der Torpedo die durch eine solche Reihe von Empfängern
definierte senkrechte Ebene schneidet, wird von dem betreffenden Registrierorgan
eine Marke auf dem Papier aufgezeichnet, welches sich bis zur Erreichung der nächsten
Ebene um ein entsprechendes Stück weiterbewegt, wo dann wiederum ein Punkt, gegebenenfalls
von einem anderen Registrierorgan, aufgezeichnet wird. Die Verbindung dieser Punkte
gibt dann die Bahnkurve des Torpedos an, wie dies weiter unten an Hand der A b b.
2 noch näher erläutert wird.
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Zunächst sei jedoch an Hand der A b b. 1 kurz auf den Stand der Technik
auf diesem Gebiet eingegangen.
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Um beim Einschießen von Torpedos die Geschwindigkeit in den einzelnen
Abschnitten der Schußbahn genau zu messen, bediente man sich bisher einer Anordnung
nach Abt. 1. An einer Seite der Bahn werden in festgelegten Abständen Grundgestelle
ausgelegt, auf denen sich zwei Empfangsbasen großer Richtwirkung befinden. Das Maximum
der einen Basis ist horizontal und senkrecht zur Schußbahn ausgerichtet, und das
Maximum der zweiten Basis ist gegenüber dem der ersten um einen kleinen Winkel entgegen
der Laufrichtung des Torpedos verdreht. Der Torpedo durchläuft beide Maxima, wodurch
auf einem Registrierstreifen im Meßpult der Anlage Marken aufgezeichnet werden,
deren Abstand ein Maß für die Geschwindigkeit ist.
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Durch Umzeichnen der einzelnen Zeitmarken erhält man dann den Kurs
innerhalb der Schußbahn. Der Nachteil liegt darin, daß die Positionsbestimmung aus
einer Winkelbestimmung erfolgt und daß diese Winkclmessung außerordentlich genau
sein muß, um bei einer Bahnbreite von etwa 600 bis ]000 m ein genügend genaues Bild
des Schußablaufes zu erhal-
ten. Ferner ist ein wesentlicher Nachteil darin zu erblicken,
daß die Bahnkurve nicht selbst aufgezeichnet wird, was wesentlich anschaulicher
wäre. Ein dritter Nachteil schließlich ist die Tatsache, daß sich auch unter Anwendung
eines Echolotverfahrens nicht die Lauftiefe der Torpedos registrieren läßt, da das
Verfahren horizontal und nicht vertikal orientiert ist. Schließlich ist noch ein
Nachteil darin zu erblikken, daß relativ tiefe Frequenzen benutzt werden müssen,
um auch bei größeren Entfernungen noch ein günstiges Verhältnis von Nutz- und Störgeräusch
zu erzielen. Der Zwang zu tiefen Frequenzen bedeutet aber sehr große und kostspielige
Schwingergebilde.
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Diese Nachteile werden gemäß der Weiterbildung der Erfindung vermieden.
Ein Ausführungsbeispiel dieser Weiterbildung ist in A b b. 2 dargestellt.
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Zur direkten Aufzeichnung der Schußbahn werden in den gleichen Abständen,
in denen bisher horizontal gerichtete Geräusch empfänger aufgestellt sind, auf dem
Grunde eine Vielzahl nebeneinander angeordneter Empfänger ausgelegt, die mit ihrem
Maximum der Richtkennlinie senkrecht von unten auf die Wasseroberfläche ausgerichtet
sind. Dabei können die Empfänger je nach Wassertiefe zweckmäßig in Abständen von
10 bis 50 m ausgelegt werden, so daß sich die Vielzahl von Meßpunkten nach A b b.
2 ergibt. Jede Meßstrecke besitzt also die Empfänger 1, 2 bis n. Es werden alle
mit 1 bezeichneten Empfänger zusammen an einen Verstärker V 1, alle mit 2 bezeichneten
Empfänger an einen Verstärker V2 geschaltet, alle mit n bezeichneten Empfänger an
den Verstärker Vn. Die Ausgänge von diesen Verstärkern von V1 bis Vn werden einer
gleichen Zahl von Schreibfedern F 1 bis Fn zugeführt, die nebeneinander auf einer
Liste isoliert voneinander angeordnet sind und die auf einem Registrierpapier aufliegen,
das geeignet ist, durch die entstehenden Spannungen geschwärzt zu werden. Das Registrierpapier
20 wird unter der Brücke 21 in Pfeilrichtung mit konstanter Geschwindigkeit hinwegbewegt.
Die Empfänger 1 bis n brauchen bei dieser Methode nur Geräusche aus sehr geringen
Entfernungen aufnehmen zu können; sie können hochgerichtet und wegen der benötigten
geringen Reichweite auf eine wesentlich höhere Frequenz abgestimmt sein, wodurch
die Empfänger wesentlich kleiner sind und bei der Verwendung von Magnetostriktion
unvergleichlich weniger Nickel benötigen. Der Abstand zwischen den einzelnen Empfängern
1 und 2 usw. muß so gewählt werden, daß in Verbindung mit der Richtkennlinie die
gesamte überlaufene Strecke jeder Meßreihe lückenlos erfaßt wird. Läuft nun der
Torpedo auf seiner Bahn über dem Empfänger 2 hinweg, so erscheint auf dem Registrierstreifen
eine Schwärzung des Papiers an der entsprechenden Stelle. Läuft er bei der nächsten
Meßstelle über dem Empfänger 5, so erscheint er auf dem Registrierstreifen wieder
an der zugeordneten Stelle. Die Verbindungslinie der einzelnen Punkte gibt dann
auf dem Streifen direkt den Torpedolauf an. Da die Geschwindigkeit des Papiertransportes
festliegt, können auch sofort die Laufzeiten und damit die Geschwindigkeiten in
den einzelnen Abschnitten dem Streifen entnommen werden. Eine Apparatur der geschildertenArt
erscheint zunächst aufwändiger als das bisher bekannte Verfahren; es hat aber die
eingangs geschilderten großen Vorteile und ist auch im Aufwand
durchaus
vergleichbar wegen der Einfachheit der Unterwasserempfänger und wegen der außerordentlich
hohen Betriebssicherheit. Während bei den bisher bekannten Verfahren das Auslegen
der Peilbasen außerordentlich genau erfolgen muß, weil Winkelbestimmungen auf t/4
bis 1/2 Grad notwendig werden, so ist bei der Einrichtung nach der Erfindung ein
schrägliegender Empfänger auf dem Grunde von untergeordneter Bedeutung, weil die
maximale Entfernung des vorbeilaufenden Geräusches bis zum Empfänger nur gleich
der Wassertiefe, also etwa 20 m, betragen kann. Sollen in einer Schußbahn mehrere
Torpedos in Abständen nacheinander abgeschossen und ihr Lauf registriert werden,
so kann man die Meßreihen in Gruppen zusammen fassen. Bei einer Bahnlänge von z.
B. 10000 m können alle entsprechenden Empfänger 1, 2 bis n, ausgelegt bis 5000 m,
in einem Kabel zusammengefaßt und zur Meßapparatur geführt werden und alle entsprechenden
Empfänger, ausgelegt von 5000 bis 10 000 m, mit einem zweiten Kabel zur Meßeinrichtung
verbunden sein. Eine Umschalteinrichtung, die von Hand betätigt wird, kann nun an
das gleiche Schreibgerät wahlweise die eine Bahnhälfte oder die andere Bahnhälfte
anlegen, wodurch bereits ein zweiter Torpedo abgeschossen werden kann, wenn der
erste die Empfängergruppe bis 5000 m verlasen hat. Es sind dann zwei Schreibgeräte
vorhanden, von denen jedes nur den Lauf des einen der beiden Torpedos über die ganze
Bahn registriert. Der notwendige Umschaltvorgang beim Verlassen der ersten Bahnhälfte
kann auf einfache Weise automatisch vom Gerät selbst vorgenommen werden, derart,
daß die Empfängerreihe bei 6000 m noch zusätzlich mit einem horizontal gerichteten
Empfänger 22 ausgerüstet ist, der über einen Verstärker das Umschaltrelais automatisch
betätigt.
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Das geschilderte Prinzip läßt sich auch anwenden in Verbindung mit
der vertikalen Echolotung, wenn ein bekannter Mehrfachechograph mit der gleichen
Anzahl auf einem endlosen Band befestigter Schreibfedern benutzt wird, wodurch auch
die Tiefe des Torpedos mittels der Echolotung registriert wird.
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Hierzu lassen sich Registriergeräte, wie sie als Profilechograph und
Flächenechographen bekanntgeworden sind, verwenden.
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Die einzelnen Empfänger 1, 2 bis n können entweder auf kleinen Zementklötzen
kardanisch aufgebaut sein und einzeln in vorgegebenen Abstand versenkt werden; sie
können aber auch an kleinen rohrähnlichen Pontons befestigt sein, die alle wie schwimmende
Balken aneinandergekuppelt sind und nach Einschwimmen in die richtige Position durch
Fluten versenkt werden. Sollen sie wieder gehoben werden, so kann dies mittels Ausblasen
von Preßluft geschehen.
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Man kann dieses Verfahren auch anwenden, um elektroakustisch registrierende
Schießscheiben für Torpedos zu bauen, z. B. dadurch, daß eine Meßstrecke der Ab
b. 2, d. h. eine Vielzahl von nebeneinanderliegenden, nach dem Echolotverfahren
arbeitenden Sender/Empfängern nach unten gerichtet in ein schwimmendes Ponton eingebaut
sind, wobei mit hoher Lotfolge ständig die Wassertiefe mit allen Empfängern einzeln
wie beim Flächenechographen registriert wird, und daß der Durchlauf des Torpedos
auf dem Mehrfachechographen sowohl der seitlichen Richtung nach wie seiner Tiefe
nach
genau markiert wird. Dieses Verfahren, was natürlich auch vom Grunde aus zur
Oberfläche angewendet werden kann, vermeidet die bisher gebräuchlichen Scheiben,
bei denen an einem Ponton hängende Netze durchschossen wurden. Diese Scheiben waren
nur auf kleinen Tiefen einsetzbar, während eine elektroakustisch registrierende
Schießscheibe in freier See ausgelegt und auch in größeren Tiefen, z. B. in 50 m,
unterschossen werden kann. Die durch den kleinen Meßbereich des Echolotes gegebene
hohe Lotfolge garantiert hierbei ein sicheres Erfassen auch von schnellaufenden
Torpedos.
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Die Verwendung von vertikal gerichteten Horch-oder Echolotempfängern
kann auch in Verbindung mit einem optischen Anzeigegerät geschehen, z. B. derart,
daß eine Vielzahl von nebeneinander angeordneten Ablenksystemen einer Kathodenstrahlröhre
benutzt werden, die den einzelnen Empfängern zugeordnet sind. Wird z. B. das Verfahren
als Sperre einer Durchfahrt benutzt, so werden normalerweise auf dem Leuchtschirm
keine Ausschläge zu erkennen sein. Passiert aber ein Fahrzeug die vertikal gerichteten
Meßstellen, so wird an der entsprechenden Stelle ein Ausschlag erfolgen, der eine
Alarmeinrichtung in bekannter Weise elektrisch oder über eine Fotozelle auslösen
kann. Bei größeren Abständen zwischen zwei Meßpunkten, die nicht immer bei Sperren
von Seegebieten in einer geraden Linie zu liegen brauchen und die einen beliebigen
Verlatlf längs einer Küste haben können, muß die Richtwirkung der Empfänger so ausgebildet
sein, daß ein gewisser Empfangsbereich an der Oberfläche vorhanden ist. Es kann
auch jede Meßstelle aus einer Mehrzahl von einzelnen Empfängergruppen bestehen,
von denen die eine die Geräusche genau senkrecht von oben empfängt und die anderen
Gruppen schräg nach oben gerichtet sind und zum Empfang der Geräusche aus schräg
seitlicher Richtung sicherstellen.