DE1257641B

DE1257641B - Echosounder method for deep sea fishing

Info

Publication number: DE1257641B
Application number: DE1964A0045957
Authority: DE
Inventors: Dr Willy Kunze
Original assignee: Beteiligungs und Patentverwaltungs GmbH
Current assignee: Beteiligungs und Patentverwaltungs GmbH
Priority date: 1964-05-05
Filing date: 1964-05-05
Publication date: 1967-12-28
Also published as: GB1101755A; NO116455B

Description

DEUTSCHES W7T®& PATENTAMTGERMAN W7T® & PATENT OFFICE

AUSLEGESCHRIFT DeutscheKl.: 74 d-6/15 EDITORIAL DEVELOPMENT DeutscheKl .: 74 d- 6/15

Nummer: 1 257 641Number: 1 257 641

Aktenzeichen: A 45957IX d/74 dFile number: A 45957IX d / 74 d

1 257 641 Anmeldetag: 5.Mail9641 257 641 filing date: 5th Mail964

Auslegetag: 28. Dezember 1967Open date: December 28, 1967

Bei der Anwendung des Echolotverfahrens in der Tiefseefi scherei zur Feststellung von dicht über dem Meeresboden stehenden Fischen besteht die Schwierigkeit, daß bei Seegang infolge der Auf- und Abwärtsbewegung des lotenden Schiffes sich der Abstand der Fische und des Meeresbodens von der Meeresoberfläche dauernd ändert. Dies führt bei der üblichen Darstellung der Echobilder durch ein Schreibgerät oder durch ein Braunsches Rohr dazu, daß eine Anzeige von dicht über dem Meeresboden stehenden Fischen die bei der einen Lotung gewonnen wurde, bei einer kurz darauf folgenden Lotung durch das Bodenecho überdeckt wird, so daß die Fischanzeigen nicht mehr getrennt über den Bodenanzeigen erkannt werden können. Dieselbe Schwierigkeit tritt auf, wenn der Meeresboden nicht eben, sondern rauh ist, d. h. schnell wechselnde Tiefen ergibt. Man könnte daran denken, diese Schwierigkeiten dadurch zu überwinden, daß man mit einem außerordentlich großen Papiervorschub des Schreibgerätes bzw. mit einer genügend großen Parallelverschiebung der Laufbahn des Elektronenstrahles auf dem Schirm des Braunschen Rohres arbeitet, so daß die Echobilder der einzelnen Lotungen auf deutlich getrennten Bahnen nebeneinander erscheinen. Dies ist aber bei der notwendigen schnellen Folge der einzelnen Lotungen im Hinblick auf den Papierverbrauch bzw. auf die Größe des Schirmes eines Braunschen Rohres nicht durchführbar, wenn man die während einer längeren Zeit entstandenen Echoaufzeichnungen im Blickfeld behalten will.When using the echo sounder method in deep-sea fishing for the detection of just above the There is a problem with fish standing at the bottom of the sea, as a result of the upward and downward movement of the sea The distance between the fish and the sea floor and the sea surface of the piloting ship is calculated constantly changes. This leads to the usual representation of the echo images by a writing instrument or through a brown pipe to the point that there is a display of fish standing close to the seabed which was obtained from one sounding, and from a sounding shortly thereafter by means of the ground echo is covered so that the fish displays are no longer recognized separately over the bottom displays can. The same difficulty arises when the seabed is not flat but rough, i.e. H. fast changing depths results. One might think of overcoming these difficulties by one with an extraordinarily large paper feed of the writing instrument or with a sufficiently large one Parallel displacement of the path of the electron beam on the screen of the Braun tube works so that the echo images of the individual soundings appear next to one another on clearly separated paths. But this is with the necessary quick consequence of the individual plumbing with regard to the Paper consumption or the size of the umbrella of a Braun tube not feasible if one wants to keep the echo recordings made over a longer period of time in the field of view.

Zur Überwindung dieser durch den Seegang verursachten Schwierigkeiten sind bereits verschiedene Vorschläge gemacht worden. So ist es bei Echolotgeräten, die mit einem Braunschen Rohr arbeiten, bekannt, anstatt in jeder Lotperiode wie üblich nur einen Schallimpuls auszusenden, in jeder Lotperiode zwei in sehr kurzem Abstand aufeinanderfolgende Impulse verschiedener Frequenz auszusenden, wobei der erste Impuls nur dazu dient, durch sein Bodenecho den Leuchtfleck des Braunschen Rohres zu starten. Die vom kurz darauf folgenden zweiten Impuls erzeugten Echos von Fischen und vom Boden werden dann aufgezeichnet, wonach der Leuchtfleck in seine Ausgangsstellung zurückkehrt und der Vorgang sich in der nächsten Lotperiode, also z. B. im Abstand von etwa einer Sekunde, wiederholt.To overcome these difficulties caused by the swell there are already several Suggestions have been made. This is the case with echo sounders that work with a Braun tube known, instead of sending out only one sound pulse in every plumbing period as usual, in every plumbing period to send out two pulses of different frequencies following one another at very short intervals, whereby the first impulse only serves to start the light spot of the Braun tube with its bottom echo. The echoes from fish and from the bottom generated by the second impulse that followed shortly thereafter then recorded, after which the light spot returns to its original position and the process itself in the next soldering period, e.g. B. repeated at an interval of about one second.

Diesem Verfahren der Verwendung eines Doppelimpulses liegt die Überlegung zugrunde, daß bei einem sehr kurzen Zeitabstand von z. B. 10 bis 50 msec der in jeder Lotperiode ausgesandten beiden Lotimpulse sich die Entfernung des auf dem lotenden Schiff eingebauten Sender-Empfängers vom Meeres-Echolotverfahren für die Tief SeefischereiThis method of using a double pulse is based on the consideration that with a very short time interval of z. B. 10 to 50 msec of the two sent out in each solder period The distance between the transceiver installed on the sounding ship and the sea echo sounder process is measured for deep sea fishing

Anmelder:Applicant:

Beteiligungs- und Patentverwaltungsgesellschaft mit beschränkter Haftung,
Essen, Altendorfer Str. 103Investment and patent management company with limited liability,
Essen, Altendorfer Str. 103

Als Erfinder benannt:
Dr. Willy Kunze, BremenNamed as inventor:
Dr. Willy Kunze, Bremen

grund nur um wenige Zentimeter ändert, da die vertikale auf und nieder gehende Bewegung des Schiffes im Seegang nur mit einer Geschwindigkeit von etwa 1 m/sec erfolgt. Die Echoanzeigen des Meeresbodens bzw. dicht über dem Boden stehender Fische erscheinen deshalb bei den aufeinanderfolgenden Lotperioden immer mit einer Genauigkeit von wenigen Zentimetern an derselben Stelle der Anzeigevorrichtung, nämlich an der Stelle des Registrierstreifens bzw. des Schirmes eines Braunschen Rohres, bis zu der sich das durch das Bodenecho des ersten Impulses gestartete Schreibglied bzw. der Leuchtfleck des Braunschen Rohres in der gewählten kurzen Zeit zwischen der Aussendung der beiden Impulse weiterbewegt hat. Wenige Dezimeter über dem Meeresboden stehende Fische werden dabei trotz des Seeganges deutlich getrennt über dem Meeresboden aufgezeichnet.reason changes by only a few centimeters, as the vertical up and down movement of the Ship in rough seas occurs only at a speed of about 1 m / sec. The echo displays of the The seabed or fish standing close to the bottom therefore appear in the successive ones Plumbing periods always with an accuracy of a few centimeters at the same point of the Display device, namely at the point of the registration strip or the screen of a Braunschen Tube up to which the writing element started by the bottom echo of the first pulse or the Luminous spot of the Braun tube in the selected short time between the emission of the two Has moved impulses. In spite of this, fish standing a few decimeters above the sea floor will be the swell is clearly recorded above the sea floor.

Die Verwendung von zwei verschiedenen Frequenzen für die beiden Impulse hat man für erforderlich gehalten, um bei der Aufzeichnung der durch den zweiten Impuls erzeugten Echos die evtl. störenden Echos des ersten Impulses, wie sie durch den Nachhall oder Mehrfachbodenechos auftreten, ausfiltern zu können.It has been necessary to use two different frequencies for the two pulses held, in order to record the echoes generated by the second pulse, the possibly disturbing Filter out echoes of the first impulse as they occur through the reverberation or multiple floor echoes can.

Dieses Verfahren ist sehr aufwendig, da einerseits auf der Senderseite zwei Impulsgeneratoren verschiedener Frequenz und auf der Empfangsseite Filter zur Trennung der Echofrequenzen erforderlich sind.This method is very complex because, on the one hand, there are two different pulse generators on the transmitter side Frequency and filters on the receiving side to separate the echo frequencies are required.

Demgegenüber geht die vorliegende Erfindung von der Erkenntnis aus, daß man in der Tiefseefischerei, wo es sich um den Fischfang mit Grundschleppnetzen in Tiefen von etwa 50 bis 400 m handelt, durchaus mit der Verwendung von zwei Impulsen gleicher Frequenz arbeiten kann, wenn man hinsichtlich des Stärkeverhältnisses und des zeitlichen Abstandes derIn contrast, the present invention is based on the knowledge that in deep-sea fishing, where it is a question of fishing with bottom trawls at depths of around 50 to 400 m can work with the use of two pulses of the same frequency if one considers the Strength ratio and the time interval between the

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beiden Impulse unter Berücksichtigung der Meerestiefe, der Richtschärfe des Sender-Empfängers und der Höhe des über dem Meeresboden in der Anzeige darzustellenden Tiefenbereiches gewisse Bedingungen erfüllt.two impulses taking into account the depth of the sea, the directivity of the transmitter-receiver and the height of the depth range to be shown in the display above the sea floor certain conditions Fulfills.

Das Wesen der Erfindung besteht in einem Verfahren zur Anzeige von dicht über dem Meeresboden stehenden Fischen in der Tiefseefischerei mittels eines Echolotgerätes, durch das in periodischer Folge zwei Schallimpulse in gegenüber der Lotperiode kurzen zeitlichen Abständen ausgesandt werden und in zeitlicher Beziehung zum Eintreffen des Bodenechos des ersten Impulses ein Schreibglied gestartet und über eine Schreibfläche hinweggeführt wird, das die durch den zweiten Impuls erzeugten Echos registriert und dann in die Ausgangsstellung zurückkehrt, das dadurch gekennzeichnet ist, daß zwei Sendeimpulse gleicher Frequenz verwendet werden, wobei der erste Impuls wesentlich schwächer ist als der zweite Impuls, und daß ihr zeitlicher Abstand unter Berücksichtigung der Meerestiefe, der Richtschärfe des Schwingers und der Höhe des anzuzeigenden Bereiches über dem Meeresboden so bemessen ist, daß die vom zweiten Impuls erzeugten Echos von Fischen dicht über dem Meeresgrund und von diesem selbst am Empfänger eintreffen, nachdem das durch den ersten Impuls erzeugte Bodenecho mit seinem Nachhall am Empfänger abgeklungen ist und bevor das zweite Bodenecho des ersten Impulses am Empfänger eintrifft.The essence of the invention consists in a method for displaying standing levels close to the sea floor Fishing in deep-sea fishing using an echo sounder device, through which two in a periodic sequence Sound pulses are sent out at short time intervals compared to the plumbing period and at a time Relation to the arrival of the ground echo of the first pulse a write member started and over a writing surface is passed away, which registers the echoes generated by the second pulse and then returns to the starting position, which is characterized in that two transmission pulses same frequency can be used, whereby the first pulse is much weaker than the second pulse, and that their time interval, taking into account the depth of the sea, the directivity of the oscillator and the height of the area to be displayed above the sea floor is such that that of the second Impulse generated echoes from fish close to the seabed and from this itself at the receiver arrive after the ground echo generated by the first pulse with its reverberation at the receiver has decayed and before the second bottom echo of the first pulse arrives at the receiver.

Unter einem Schreibglied ist im Sinne der Erfindung sowohl ein mechanisch bewegter Schreibstift zu verstehen, der über eine Schreibfläche hinweggleitet und beim Eintreffen von Echos Markierungen auf einem Registrierpapier bewirkt, als auch der Leuchtfleck eines Braunschen Rohres, der sich über den Leuchtschirm bewegt und die Ankunft von Echos durch Helligkeitssteuerung oder seitliche Ausschläge aus seiner Bahn anzeigt.In the context of the invention, a writing member is both a mechanically moved writing pen to understand that slides over a writing surface and marks on the arrival of echoes a recording paper, as well as the light spot of a Braun tube that extends over the Luminous screen moves and the arrival of echoes through brightness control or lateral deflections out of its orbit.

Die Erfindung möge an Hand der F i g. 1 bis 3 näher erläutert werden.The invention should be based on the F i g. 1 to 3 are explained in more detail.

In F i g. 1 ist mit A ein auf dem lotenden Schiff eingebauter Schall-Sender-Empfänger bezeichnet, durch den in jeder Lotperiode ein Schallimpuls zum Meeresboden hin ausgesandt wird, und zwar — bei kreisförmiger Strahlfläche — innerhalb eines Schallkegels mit dem halben Spitzenwinkel %. Zuerst erreicht der vertikale Schallstrahl den Boden im Punkt M und bewirkt einen Echoimpuls in A. Danach treffen die mehr seitlich gerichteten Schallstrahlen am Boden ein und bewirken eine kontinuierliche Folge von Bodenechos, bis das vom äußersten Seitenstrahl^S erzeugte Bodenecho in A eingetroffen ist. Diese Erscheinung wird als Nachhall bezeichnet. Die Dauer des Nachhalls ist gegeben durch die Differenz zwischen der Echolaufzeit auf der Strecke AS und der Strecke AM. In Fig. 1, A denotes a sound transmitter-receiver installed on the sounding ship, through which a sound pulse is sent to the sea floor in each plumbing period, namely - with a circular beam area - within a sound cone with half the apex angle%. First the vertical sound beam reaches the floor at point M and causes an echo pulse in A. Then the more laterally directed sound beams hit the floor and cause a continuous sequence of floor echoes until the floor echo generated by the outermost side beam ^ S arrives at A. This phenomenon is called reverberation. The duration of the reverberation is given by the difference between the echo propagation time on the route AS and the route AM.

Bezeichnet man die Meerestiefe AM mit t und legt eine Fortpflanzungsgeschwindigkeit des Schalles im Wasser mit 1500 m/sec zugrunde, so ergibt sich für die Strecke AM eine Echozeit T₁ = 1,33 · t msec und für die Strecke AS eine Echozeit vonIf the sea depth AM is denoted by t and based on a speed of propagation of the sound in the water of 1500 m / sec, the result for the distance AM is an echo time T ₁ = 1.33 · t msec and for the distance AS an echo time of

1,33 —msec, für die Nachhalldauer also der1.33 - msec, for the reverberation time that is

cos cos <x<x

Wert T₂ = 1,33 · t — l) msec (Millisekunden), _gg wenn t in Metern gemessen wird.Value T ₂ = 1.33 · t - l) msec (milliseconds), _gg if t is measured in meters.

Die vom Boden kommenden Echos gelangen zur Meeresoberfläche, werden von dort wieder zum BodenThe echoes coming from the ground reach the surface of the sea, from there they return to the ground

hin zurückgeworfen und erzeugen nach mehrmaliger Reflexion ein zweites, drittes usw. Bodenecho. Die mehrfachen Bodenechos folgen bei einer Tiefe von t Metern in Zeitabständen von 1,33 · t msec aufeinander. thrown back and generate a second, third etc. floor echo after repeated reflection. The multiple ground echoes follow one another at a depth of t meters at time intervals of 1.33 · t msec.

Befindet sich im Punkt F in der Höhe h über dem Boden ein reflektierendes Objekt (z.B. ein Fisch), so trifft das Echo von diesem bereits nach einer Zeit von T₃ = 1,33 (t — Ii) msec in A ein.If there is a reflecting object (e.g. a fish) at point F at height h above the ground, the echo from this arrives at A after a time of T ₃ = 1.33 (t - Ii) msec.

In F i g. 2 ist dargestellt, wie sich die Echoanzeigen auf dem Schirm eines Braunschen Rohres darstellen, wenn im Augenblick der Aussendung eines Schallimpulses von A aus der Leuchtfleck sich auf einer vertikalen Bahn mit einer der zu messenden Tiefe angepaßten Geschwindigkeit in gleichförmige Bewegung setzt und ankommende Echos durch seitliche Ausschläge anzeigt. Zuerst trifft nach der Zeit T₃ ein schwaches Fischecho von F ein, dann nach der Zeit T₁ ein sehr starkes Bodenecho von M, an das sich allmählich schwächer werdende seitliche Bodenechos von Punkten, die zwischen M und S liegen, anschließen, die den Nachhall während der Zeit T₂ bilden. Schließlich kommt nach der Zeit 2 · T₁ das zweite Bodenecho M' mit anschüeßendem Nachhall an.In Fig. 2 shows how the echo displays appear on the screen of a Braun tube when, at the moment of the emission of a sound pulse from A , the light spot starts to move uniformly on a vertical path at a speed adapted to the depth to be measured and incoming echoes through lateral Showing rashes. First a weak fish echo from F arrives after time T ₃ , then after time T ₁ a very strong bottom echo from M, which is followed by gradually weaker lateral bottom echoes from points between M and S , which make up the reverberation form during time T ₂ . Finally, after the time 2 · T _1, the second floor echo M ' arrives with a subsequent reverberation.

Es ist an Hand der F i g. 2 leicht vorstellbar, daß bei Seegang, wenn der Schallsender A sich mehrere Meter auf und ab bewegt und in schneller Folge, z.B. alle Sekunde, eine Lotung ausgeführt wird, die Echoanzeigen bei F, M und M' um mehrere Meter auf und ab schwanken. Das hat zur Folge, daß eine bei einer Lotung in F dicht über dem Meeresboden erscheinende Echoanzeige eines Fisches bei einer der schnell darauffolgenden Lotungen durch das an der Stelle F erscheinende Bodenecho M überdeckt wird, so daß Echos von Fischen dicht über Grund nicht mehr klar erkannt werden können.It is on the basis of FIG. It is easy to imagine that in rough seas, when the sound transmitter A moves up and down several meters and sounding is carried out in rapid succession, e.g. every second, the echo displays at F, M and M ' fluctuate by several meters up and down. The consequence of this is that an echo display of a fish appearing close above the seabed when sounding in F is covered by the bottom echo M appearing at point F during one of the subsequent soundings, so that echoes from fish close above the ground are no longer clearly recognized can be.

Wie vorn ausgeführt wurde, kann man diese Schwierigkeit durch Anwendung des Doppelimpulsverfahrens überwinden. Verwendet man gemäß dem Gedanken der vorliegenden Erfindung zwei Impulse gleicher Frequenz, so muß man, um zu verhindern, daß die Echoanzeigen der beiden Impulse sich gegenseitig stören, dafür sorgen, daß die Echoanzeigen des zweiten Impulses von dicht über dem Boden stehenden Fischen und vom Boden selbst erst erfolgen, nachdem der Bodennachhall des ersten Impulses abgeklungen ist und bevor das zweite Bodenecho des ersten Impulses angezeigt wird, d.h., der zeitliche Abstand der beiden Impulse muß so bemessen sein, daß die Echoanzeigen des zweiten Impulses bei den in Fig. 2 dargestellten Verhältnissen in den von Echoanzeigen des ersten Impulses freien Raum zwischen den Punkten S und M' fallen. Der zeitliche Abstand T der beiden Impulse voneinander muß also den beiden Bedingungen genügen:As stated earlier, this difficulty can be overcome by using the double pulse method. If, according to the idea of the present invention, two pulses of the same frequency are used, in order to prevent the echo displays of the two pulses from interfering with one another, it is necessary to ensure that the echo displays of the second pulse from fish standing close to the bottom and from the bottom even take place after the ground reverberation of the first pulse has decayed and before the second ground echo of the first pulse is displayed, that is, the time interval between the two pulses must be such that the echo displays of the second pulse under the conditions shown in FIG fall in the space between points S and M ' free of echo indications of the first pulse. The time interval T between the two pulses must therefore satisfy the two conditions:

T> (T₁+T₂)-T₃,T> (T ₁ + T ₂ ) -T ₃ ,

d. h.d. H.

T> -^-·ί —1,33(i —A)msec,
cos T> - ^ - · ί -1.33 (i - A) msec,
cos

TKlT₁- (T₁-T₂),TKlT ₁ - (T ₁ -T ₂ ),

d. h. d. H.

T < 1,33 ■lt- . / msec .
cos T <1.33 ■ lt- . / msec.
cos

Im Rahmen dieser beiden Bedingungen wird man T möglichst klein wählen, damit das Schiff sich in dieserIn the context of these two conditions one will choose T as small as possible so that the ship is in this

Claims

Time has raised or lowered as little as possible in the rough seas. On the other hand, an extension of the reverberation duration must be taken into account when the ship is rolling. The fulfillment of these conditions is possible for every depth t occurring in deep-sea fishing with a suitable choice of the directivity χ of the transducer.

Since the first impulse only has the task of the writing element of the display device through the ground echo To start, you just have to make it so strong that it does have clear displays of the ground echo causes, but does not lead to displays for fish echoes. This is easy to achieve as fish echoes are extraordinary are much weaker than the bottom echoes.

In the following some numerical examples for the dimensioning of the temporal pulse interval T are given :

Assuming that the directivity of the plummet transducer is χ = 15 ° and echoes from fish that are in an area up to h = 20 m above the ground are to be displayed, the given formulas at depths of 50 m give 100 m and 400 m for T the following conditions.

For 50 m: T> 29 msec; T < 64 msec;

2525th

for 100 m: T> 32 msec; T <128 msec;
for 400 m: T > 45 msec; T <513 msec.

A value of, for example, T = 50 msec would therefore correspond to the conditions to be set in all of these cases. If the directivity a of the plumb-line oscillator were to be sharper or the area h to be imaged were to be smaller, a shorter pulse spacing could be selected, and vice versa.

To practice the method according to the invention, all conventional echo sounder devices can be used work according to the start-stop principle, use. All you have to do is ensure that instead of only one sound impulse two impulses in the short time interval described in each plumbing period be sent and that the relative strength of the pulses is adjustable.

The timing of the soldering process with double pulse according to the invention is shown in FIG. 3 shown schematically. At the beginning of each soldering period, the first (a) and z. B. 50 msec later the second, much stronger sound pulse (b) is sent out. The pulse duration is, for example, 1 msec. At an assumed sea depth of 100 m, the bottom echo (c) of the first pulse arrives at the receiver after 133 msec and causes the write link to start - possibly with a certain delay. The reverberation (d) of the first floor echo subsided after about 139 msec. The bottom echo (e) of the second pulse arrives 50 msec after the bottom echo of the first pulse, i.e. after 183 msec. If fish stand close to the sea floor, they are indicated by their echoes (/). The second bottom echo of the first pulse (g) hits after 266 msec

and that of the second pulse after 366 msec. After about 0.5 to 1 second are generally all echoes decayed, so that the process is repeated approximately every second can be.

In order to be able to show only the area of interest close above the sea floor on the largest possible scale on the available width of the recording paper or the screen of the Braun tube - that is, in the case of FIG. 3, the area of about 150 to 190 msec. It is advisable in a manner known per se not to let the writing element run onto the recording paper immediately upon arrival of the first ground echo or to start the luminous triangle of the Braun tube immediately, but to switch on a corresponding delay so that the reverberation of the first ground echo is not written down will. The speed of the writing member is expediently set so that the entire writing surface is swept over in a time which is slightly greater than the echo time for the area h close to the sea floor, so that the bottom echo of the second pulse appears in the recording and is relative weak echoes that are registered shortly before the strong bottom echo can be clearly recognized as an indication of fish standing close to the bottom.

Claim:

Method for the display of fish standing close to the seabed in deep-sea fishing by means of an echo sounder, through which two sound pulses in a periodic sequence in opposite of the plumbing period are sent out at short intervals and in a temporal relationship for the arrival of the ground echo of the first pulse, a writing element is started and over a writing surface is carried away, which registers the echoes generated by the second pulse and then returns to the starting position, characterized in that two transmission pulses same frequency can be used, the first pulse being much weaker as the second impulse, and that their time interval, taking into account the depth of the sea, the Directivity of the transducer and the height of the area to be displayed above the sea floor is dimensioned so that the echoes generated by the second pulse from fish close above the seabed and arrive from this itself at the receiver after that through the first impulse generated ground echo with its reverberation has decayed at the receiver and before the second The bottom echo of the first pulse arrives at the receiver.

Considered publications:
Belgian Patent No. 544,683;
U.S. Patent No. 2,721,987.

1 sheet of drawings