DE1566868C - Dopplerunabhängige, die Richtung und Entfernung anzeigende Impulsortungsanlage für Unterwasserschall, deren Frequenzband durch die Impulsdauer bestimmt ist - Google Patents

Description

^{1 2}

Eine dopplerunabhängige, die Richtung anzeigende Nach der Erfindung enthält die bekannte Schaltung Impulsortungsanlage für Unterwasserschall, deren nach der deutschen Auslegeschrift 1220 291 zusätz-Frequenzband durch die Impulsdauer bestimmt ist, liehe Baugruppen. In F i g. 1 sind die Baugruppen M₃, ist bekannt (deutsche Auslegeschrift 1 220 291). In M₁ und O₁ zusätzlich enthalten. Im Gegensatz hierzu dieser Auslegeschrift ist ein Verfahren zur Richtungs- 5 ist bei der bekannten Schaltung TP₁ unmittelbar mit bestimmung einfallender Schallwellen in einem mehr einer Platte der Kathodenstrahlröhre für die waage- oder weniger breiten Frequenzband, insbesondere im rechte Ablenkung verbunden, während T¹P₂ mit einer Wasser, durch Vergleich der Laufzeiten an zwei im Platte für die senkrechte Ablenkung verbunden ist. Abstand voneinander liegenden Empfängeranord- Schw 1, Schw 2 sind die beiden Schwingerstreifen. Von nungen durch Bildung zweier elektrischer Spannungen io jedem Schwinger führt je eine Leitung unmittelbar an unter Schutz gestellt und ist dadurch gekennzeichnet, die Klemmen des Multiplikationsgeräts M₁. Das daß die beiden Spannungen nach den Regeln der Multiplikationsgerät M₂ ist an den einen Schwinger Korreiationstechnik einmal direkt miteinander und über einen Breitbandphasenschieber Ph, der die Phase zweitens unter Hinzufügung einer 90°-Phasenver- um 90° dreht, angeschlossen, während der andere Einschiebung zwischen beiden Spannungen miteinander 15 gang unmittelbar mit dem zweiten Schwinger vermultipliziert werden und daß die beiden Produkt- bunden ist. An die Ausgänge der Multiplikationsspannungen zur Integration in an sich bekannter Weise geräte sind die Systeme für die horizontale bzw. vertiüber Tiefpaßfilter den gekreuzten Ablenksystemen kale Ablenkung des Leuchtflecks einer Kathodeneiner Kathodenstrahlröhre oder eines Kreuzspul- strahlröhre K über Tiefpässe TP₁ und TP₂ angeinstrumentes zugeführt werden. * 20 schlossen. Für die Bemessung des Durchlaßbereichs

Dieses Verfahren eignet sich nur für eine passive ist lediglich die Impulslänge, aber nicht die Doppler-

Ortung, bei der der Lichtfleck auf der Kathodenstrahl- verschiebung maßgebend. Man kann auf diese Weise

röhre ausschließlich durch die Ausgangsspannungen gegenüber der normalen Summe-Differenzschaltung

der Korrektoren abgelenkt wird. eine erhebliche Störverminderung erzielen.

Bei der aktiven Ortung muß man den Kathoden- 25 Wenn von den Schwingerausgängen konstante Tonstrahl zusätzlich durch eine Sägezahnspannung ab- frequenzspannungen erzeugt werden, deren Phasen lenken, damit man ein Ziel gegenüber dem Nachhall sich um den Winkel φ unterscheiden, wird der Leucht- und etwa vorhandenen anderen Zielen unterscheiden fleck nach F i g. 2 auf einen Punkt P abgelenkt, dessen und außerdem die Entfernung ablesen kann. Durch Verbindungslinie mit dem Nullpunkt N zur Waagediese zusätzliche Ablenkung wird die Richtungsbe- 30 rechten den Winkel φ bildet. Wenn an den Ausgängen Stimmung sehr unsicher. der Schwinger Tonfrequenzimpulse auftreten, deren

Bei der Ortung, die mit dem Summe-Differenzver- Träger eine Phasenverschiebung von φ aufweisen, fahren durchgeführt wird, besteht dieser Nachteil wandert der Leuchtfleck während der Dauer eines nicht. Das Summe-Differenzverfahren erfordert aber Impulses bei richtiger Diniensionierung der Tiefpässe wegen der Dopplerverschiebung ein breiteres Fre- 35 einmal längs der Geraden NP hin und zurück,
■quenzband als die Schaltung nach der deutschen Aus- Bei Impulsortungsanlagen muß man den Leuchtfleck legeschrift 1 220 291, deren Frequenzband durch die zusätzlich zeitproportional ablenken, damit die EntImpulsdauer bestimmt ist. Die Anlage nach _v dem fernung gemessen und zwischen mehreren Zielen unter-Summe-Differenzverfahren ist deshalb äußerst emp- schieden werden kann. Dies kann dadurch erreicht findlich gegen Störgeräusche und hat damit eine ge- 40 werden, daß an die eine Platte für die Vertikalablenringere Reichweite. kung eine Sägezahnspannung 5 gelegt wird.

Erfindungsgemäß wird die Schaltungsanordnung In F i g. 3 sind in vergrößertem Maßstab die Kurven

nach dem Verfahren der deutschen Auslegeschrift dargestellt, die der Leuchtfieck beschreibt, wenn sich

1 220 291 unter Beibehaltung der Vorteile dieses Ver- die durch den Impuls und den Sägezahn verursachten

fahrens in der Weise verbessert, daß es mit ihr möglich 45 Auslenkungen überlagern. Es werde der besonders

ist, eine aktive Ortung durchzuführen. günstige Fall angenommen, daß das Echo ein Recht-

Die Nachteile, die sowohl die Schaltungsanordnung eckimpuls ist. In Wirklichkeit hat der Echoimpuls

nach der deutschen Auslegeschrift 1 220 291 als auch mehr oder weniger ausgeprägte Flanken endlicher

die Schaltungsanordnung nach dem.Summe-Differenz- Steigung. Im Fall φ = 0 liefert nur das Multipli-

verfahren besitzen, werden bei der Schaltungsanord- 50 kationsgerät M₁ eine Spannung; der Leuchtfleck wird

nung nach der Erfindung vermieden. also durch den Sägezahn senkrecht, durch den Echo-

Bei der normalen Summe-Differenzanzeige muß der impuls waagerecht abgelenkt. Der Leuchtfleck bewegt Frequenzbereich der beiden Kanäle vom Schwinger sich über den Punkt A längs der Mittellinie. Beim bis zur Anzeigeröhre so breit gemacht werden, daß die Punkt B trifft die ansteigende Flanke des Impulses ein, Empfangsfrequenz bei jeder Relativgeschwindigkeit 55 der Leuchtfleck wird zusätzlich in der Waagerechten zwischen Ziel und Peiler trotz der hierdurch verur- zuerst rasch, dann langsamer abgelenkt. Ohne Horizonsachten Dopplerverschiebung innerhalb dieses Fre- talablenkung würde der Leuchtpunkt am Ende des quenzbereichs bleibt. Eine Richtungsbestimmung, bei Impulses den Punkt C erreicht haben; unter dem der das Frequenzband auf die durch die Impulslänge Einfluß beider Ablenkungen beschreibt er die Linie B C. gegebene Breite eingeschränkt werden kann, ist nach 60 Es ist angenommen, daß der Impuls zu Ende ist, bevor der bekannten Schaltungsanordnung nach dem Ver- die bei weiterer Fortdauer des Impulses erreichbare fahren der deutschen Auslegeschrift 1 220 291 möglich. maximale Auslenkung erreicht ist (etwas höher als die Die bekannte Schaltungsanordnung wird nach der Strecke CC¹). Am Ende des Impulses geht die AbErfindung in der Weise verbessert, daß mit ihr gleich- lenkung zuerst rasch, dann langsamer zurück. Der zeitig außer der Richtung die Entfernung eines Zieles 65 Leuchtfieck beschreibt das Kurvenstück CD. Im angegeben wird. Punkt D ist die Mittellinie wieder erreicht; der Leuchtin den F i g. 1 bis 5 ist die Schaltungsanordnung fleck bewegt sich längs der Mittellinie über E hinaus nach der Erfindung dargestellt. weiter. Die Mittellinie hat dann längs der Strecke BD

3 4

eine Lücke. Bei 30° Phasenverschiebung bewegt sich Als Modulatoren Af₃, M₁ können analoge Multipli-

dann der Leuchtpunkt unter dem Einfluß der von Af₁, kationsgeräte, wie Ring- oder Sternmodulatoren mit

M₂ und S verursachten Ablenkspannungen beispiels- im quadratischen Bereich der Kennlinie arbeitenden

weise längs des Kurvenzugs ABFDE. Man könnte die Gleichrichtern oder Hallgeneratoren, verwendet wer-Phasenverschiebung daran erkennen, daß die Spitze F 5 den.

nach dem Ende der Lücke verschoben ist und daß sich Man kann die NF-Spannung auch durch eine Regelder Leuchtpunkt längs eines Teils der Kurve FD ein schaltung nach F i g. 4 in Hochfrequenz umsetzen: Stück weit schräg von oben nach unten bewegt. Bei Jeder Umformer besteht aus zwei vollständig gleich —30° Phasenverschiebung bewegt sich der Leuchtfleck aufgebauten Kanälen. Die Ausgangsspannungen der längs des Kurvenzugs AB GD E. Die Spitze G liegt io Tiefpässe TP₁ und TP₂ müssen erdsymmetrisch gehier unterhalb der Lücke BD. Längs der Kurve B G macht werden, geeignet sind bei den verhältnismäßig bewegt sich der Leuchtfleck schräg nach unten. Im tiefen Frequenzen Spannungsumkehrstufen. Im oberen Gegensatz dazu befindet sich die Spitze C der Kurve Kanal sind nur negative Eingangsspannungen wirkfür ψ = 0 stets oberhalb des Anfangs B und unterhalb sam, weil bei positiven Eingangsspannungen der des Endes D der Lücke, die Kurven 5C und CD stei- 15 Gleichrichter Gr₁ gesperrt ist. Die Hochfrequenzgen ständig an. Eine Phasenverschiebung wird sich spannung des Oszillators O₁ wird über den Transforbereits bei diesen günstigen Verhältnissen nur nach mator Tr₁ dem Gitter der Röhre Rö 1 zugeführt, in längerer Übung und nur dann feststellen lassen, wenn Rö 1 und Rö 2 verstärkt und in dem aus den Gleichder Phasenwinkel eine erhebliche Größe erreicht hat. richtern Gr₃ und Gr₄ und dem Transformator Tr₂ beWenn die Flanken des Impulses abgeflacht sind und 20 stehenden Gegentaktgleichrichter gleichgerichtet; C₃ innerhalb des Impulses Amplitudenschwankungen vor- ist der Ladekondensator. Der Widerstand R₃ bildet handen sind, treten die obengenannten Kriterien zum zusammen mit dem Kondensator C₂ einen Tiefpaß, der Teil oder überhaupt nicht mehr ein, so daß die Phasen- die Welligkeit der Regelspannung weitgehend verrininf ormation durch die vertikale Ablenkung vollständig gert. Die Röhre Rö 3 ist als Gleichspannungsverzerstört wird. 25 stärker geschaltet, sie verlagert die Gittervorspannung

Nach der Erfindung werden zwischen die Bandfilter von Rö 1 ins Negative und setzt hierdurch die Ver- und die zugehörigen Ablenkplatten je ein Niederfre- Stärkung herab, wenn der Gleichrichter Tr₂, Gr₃, Gr₁ quenz/Hochfrequenzumformer geschaltet (Af₃ und Af₄ eine Spannung erzeugt. Die Verstärkung muß so groß in Fig. 1), an deren Ausgängen phasengleiche sein, daß eine geringe Spannung am Gitter der Röhre HF-Spannungen auftreten, deren Amplituden den 30 Rö 3 (im Schaltpunkt 3) genügt, um die Röhre Rö 1 Momentanwerten der NF-Spannungen an den Aus- nahezu zu sperren. Diese Spannung ist mit U₃ begangen der Bandfilter proportional sind. Die Phasen zeichnet, die Spannung am Kondensator C₃ mit U₀ der HF-Spannungen müssen übereinstimmen, wenn und die Spannung am Eingang 1 mit U₁. Da der die Momentanspannungen an den Ausgängen von TP₁ Arbeitspunkt der Röhre Rö 3 so eingestellt wird, daß und-3T₂ gleiches Vorzeichen haben. Die Phasen der 35 kein Gitterstrom fließt, werden die beiden Wider-HF-Spannungen müssen sich um 180° unterscheiden, stände R₂ und R₃ vom gleichen Strom / durchflossen, wenn diese Momentanspannungen verschiedene Vor- und es gilt
zeichen haben. _{ττ ττ} η τ ττ ττ — » /

Als Wandler geeignet sind Modulatoren, welche

eine HF-Spannung mit Unterdrückung des Trägers 40 und somit

modulieren, das sind also insbesondere Schaltungen, U₀ — U₃ R₃

welche die an ihren Eingängen liegenden Spannungen rj _ rj ~ j> '

miteinander multiplizieren. Die beiden Modulatoren 32 2

Af₃ und Mi liegen mit je einem Eingang an den Aus- Die Spannung CZ₃ ist bei richtiger Bemessung der

gangen der Tiefpässe TP₁ und 7P₂, mit den anderen 45 Schaltung innerhalb des gesamten Spannungsverlaufs

Eingängen an einem HF-Oszillator O₁. Die Frequenz von CZ₁ mit Ausnahme eines kleinen Gebietes in der

dieses Oszillators wird erfindungsgemäß so ange- Nähe des Nulldurchgangs klein gegen U₁ und U_c.

nommen, daß.die HF-Feinstruktur bei der durch den Einen einfachen Überblick über das Verhalten der

Entfernungsbereich gegebenen Geschwindigkeit der ver- Schaltung erhält man, wenn CZ₃ = 0 gesetzt wird. Es

tikalen Ablenkung gut sichtbar wird. Sie wird daher vor- 5° gilt dann

zugsweise mit dem Entfernungsbereich umgeschaltet. _ P₃

Durch die Erfindung wird die gleiche Anzeige er- "^¹R
reicht, wie beim HF-Summe-Differenzsystem. Die in

F i g. 3 dargestellten Kurven werden zu Umhüllenden Die Regelschaltung folgt also dem Verlauf von U₁ in von HF-Kurvenzügen, wobei beispielsweise beim 55 der Weise, daß der Betrag von U₀ dem von CZ₁ pro-Phasenwinkel φ = 0° die Umhüllende rechts von der portional ist, wobei CZ₀ positiv, CZ₁ negativ ist. Dann Mittellinie dadurch entsteht, daß die Kurve BAD um istaber auch der Effektivwert der Spannung in der Ausdie Mittellinie AE herumgeklappt wird. Dagegen ge- gangswicklung des Transformators Tr₂ der (negativen) hört bei φ = 90° zur Umhüllenden BFD die um die Momentanspannung an der Klemme 1 proportional. Mittellinie AE herumgeklappte Kurve BGD. Durch 60 Wenn CZ₁ = 0 ist oder positiv wird, müssen an C₃ und die HF werden zwischen diesen Umhüllenden gerade damit auch am Ausgang von 7V₂ kleine Restspannunparallele Linien sichtbar, die auf der Mittellinie senk- gen liegen, um die Röhre Rö 1 nahezu zu sperren, recht stehen, wenn die von den Schwingern Schw 1 Wenn die negative Vorspannung der Röhre Rö 1 so und Schw 2 abgegebenen Spannungen phasengleich klein wird, daß Gitterstrom einsetzt, nimmt die Versind. Diese Geraden erscheinen nach rechts oder links 65 Stärkung dieser Röhre mit abnehmender Gittervorgegenüber der Senkrechten zur Mittellinie gedreht, spannung wieder ab. In diesem Gebiet wird die Schalwenn zwischen den Schwingerspannungen eine positive tung instabil. Um zu vermeiden, daß der Regler durch oder negative Phasenverschiebung auftritt. Einschwingvorgänge in dieses Gebiet gesteuert wird,

ist der Kondensator C₁ über einen Gleichrichter Gr₂ mit einem Potentiometer verbunden, an dem eine negative Spannung abgegriffen werden kann. Diese wird so eingestellt, daß der Gleichrichter durchlässig wird, bevor der Gitterstrom der Röhre Rö 1 einsetzt.

Die gleiche Schaltung ist als zweiter Kanal im unteren Teil der F i g. 4 angeordnet, damit der Teil des Spannungsverlaufs, in dem die Momentanspannung an der Eingangsklemme 1 positiv, also an der Eingangsklemme 1' negativ ist, in Wechselspannung umgesetzt werden kann. Die Ausgangswicklungen des Transformators 7V₂ im oberen und des Transformators Tr₂ im unteren Kanal sind gegeneinander geschaltet. Hierdurch wird erreicht, daß die Ausgangswechselspannung beim Nulldurchgang der Eingangsspannung die Phase umkehrt, außerdem heben sich die während des Nulldurchgangs vorhandenen Restwechselspannungen auf.

In Fig. 5 ist an die eine Klemme des Multiplikationsgeräts M₂ die um 90° phasenverschobene Spannung der Summe Σ aus den Schwingerspannungen gelegt, während an seiner anderen Klemme die Differenz Δ der Schwingerspannungen liegt. Mit S¹ ist die Summe-Differenzschaltung bezeichnet. Bei dieser Schaltung liegt am linken Anschluß des Multiplikationsgeräts M₂ bei Gleichphasigkeit der Schwingerspannungen die Spannung 0. Wenn die Schaltung als Nullindikator verwendet wird, erreicht man bei gleichem Aufwand für die Multiplikationsgeräte M₁ und M₂ mit der Schaltung nach F i g. 5 eine höhere Peilgenauigkeit als mit der Schaltung nach F i g. 1.

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Dopplerunabhängige Impulsortungsanlage für Unterwasserschall, deren Frequenzband durch die Impulsdauer in der Weise bestimmt ist, daß durch Vergleich der Laufzeiten an zwei im Abstand voneinander liegenden Empfängeranordnungen -durch Bildung zweier elektrischer Spannungen die beiden Spannungen nach den Regeln der Korrelationstechnik einmal direkt miteinander und zweitens unter Hinzufügung einer 90 "-Phasenverschiebung zwischen beiden Spannungen miteinander multipliziert werden und daß die beiden Produktspannungen zur Integration in an sich bekannter Weise über Tiefpaßfilter den gekreuzten Ablenksystemen z. B. einer Kathodenstrahlröhre zugeführt werden, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen die Ausgänge der Korrektoren (M₁, TP₁) und (M₂, TP₂) und die zugeordneten Ablenkplatten der Kathodenstrahlröhre (K) die Niederfrequenz/Hochfrequenzumformer (M₃) und (M₄) mit einem auf diese einwirkenden Oszillator (O₁) geschaltet sind, so daß auf dem Schirm der Kathodenstrahlröhre (K) Entfernung und Richtung wie bei einer Summe-Differenzschaltungsanordnung erkennbar sind.

2. Dopplerunabhängige Impulsortungsanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Niederfrequenz/Hochfrequenzumformer (M₃) und (M₄) Ring- oder Sternmodulatoren mit im quadratischen Bereich der Kennlinie arbeitenden Gleichrichtern oder Hallgeneratoren sind.

3. Dopplerunabhängige Impulsortungsanlage nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Niederfrequenz/Hochfrequenzumformer (M₃) und (M₄) aus einer Regelschaltung besteht, die aus zwei vollständig gleich aufgebauten Kanälen besteht.

4. Dopplerunabhängige Impulsortungsanlage nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein Kanal der Regelschaltung nach Anspruch 3 aus einem Gleichrichter (Gr₁), der über einen Widerstand (R₁) an Erde und über einen Widerstand (R₂) an dem Gitter einer Gleichspannungsverstärkerröhre (R₃) liegt, deren Anodenseite über einen Gleichrichter (Gr₂) negativ vorgespannt und über einen parallelgeschalteten Kondensator (C₁), über die Sekundärwicklung eines Transformators, an dessen Primärseite ein Oszillator (O₁) eingekoppelt ist, an das Gitter einer Verstärkerröhre (Rö 1) angeschlossen ist, die an eine zweite Verstärkerröhre (Rö 2) angekoppelt ist, deren Anodenstrom über die Wicklung eines Transformators (Tr₂) fließt, dessen zweite Wicklung mit der zweiten Wicklung des Transformators (Tr₂') des gleich aufgebauten zweiten Kanals verbunden ist, und dessen dritte Wicklung mit einem Gegentaktgleicher (Gr₃, Gr^) in Verbindung steht, der über einen Ladekondensator (C₃) und einen Widerstand (R₃) mit dem Spannungspunkt (3) am Gitter des Gleichspannungsverstärkers (Rö 3) angeschlossen ist.

5. Dopplerunabhängige Impulsortungsanlage nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Gleichspannungsverstärkung von (RöS) so hoch gewählt ist, daß eine geringe Spannung am Gitter der Röhre (Rö 3) am Spannungspunkt (3) genügt, um die Verstärkerröhre (Rö 1) nahezu zu sperren.

6. Dopplerunabhängige Impulsortungsanlage nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß über eine Summe-Differenzschaltung (S) die Summe (ε) der Schwingerspannungen (Schwinger Schw 1 und Schw 2) 90° phasenverschoben (Phasenschieber Ph) an der einen Klemme des Multiplikationsgeräts (M₂) und an der anderen Klemme dieses Multiplikationsgeräts (M₂) und an der anderen Klemme dieses Multiplikationsgeräts die Differenz (A) der Schwingerspannungen liegt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen