DE2216167A1

DE2216167A1 - Echo-Ortungsgerät

Info

Publication number: DE2216167A1
Application number: DE19722216167
Authority: DE
Inventors: Rolf Otto Torbjörn Karlskoga Ergon (Schweden)
Original assignee: Bofors AB
Current assignee: Saab Bofors AB
Priority date: 1971-04-02
Filing date: 1972-04-04
Publication date: 1972-10-26
Also published as: IT952515B; CA959570A; SE351303B; NL7204397A; US3836949A; FR2135154A1; GB1390824A; FR2135154B1; NO127521B; NL149597B

Description

DR.-ING. RICHARD GLAWE

MÖNCHEN

PATENTANWÄLTE

DIPL-ING. KLAUS DELFS · DiPL-PHYS. DR. WALTER MOLL

HAMBURG MÖNCHEN

8 MÖNCHEN 2«

POSTFACH 37 " !.IEBHERRSTR. 26 TEL (0811) 220543

2 HAMBURG 52 WAITZSTR. 12 TEL (0411) 89 22 55 TELEX 212921 spez

IHR ZEICHEN

BETRIFFT:

IHRE NACHRICHT VOM

UNSER ZEICHEN A 65

AKTIEBOLAG-BT BOFOHS Bofors / Schweden

Echo-Ortungsgerät

MÖNCHEN

Die Erfindung "betrifft ein Echo-Ortungsgerät zum Orten von Gegenständen innerhalb eines "bestimmten Bereichs in einem umgebenden Medium. Sie bezieht sich insbesondere auf ein Gerät mit einem Sender zum Erzeugen einer vorgegebenen Sequenz von mindestens zwei unterschiedlichen Typen von elektrischen Impulsen mit gleichen Zeitintervallen zwischen den

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Impulsen und zum Umwandeln der elektrischen Impulse in entsprechende akustische Signale und zum Ausstrahlen dieser Signale in das betreffende Medium; ferner mit einem Empfänger zum Empfangen der von Gegenständen reflektierten akustischen , Signale und zur Rückumwandlung dieser Signale in entsprechende elektrische Echoimpulse; schließlich mit einer Einrichtung zum Registrieren von Echoimpulsen nur desjenigen Typs, der dem Typ des zuletzt erzeugten Impulses entspricht.

Eine derartige Einrichtung wird beispielsweise verwendet bei akustischen Zündern, die aus der Entfernung betätigt werden, sogenannten akustischen Fernzündern, die mit Vorteil in verschiedenen Typen von Unterwasserwaffen, wie z.B. Torpedos, Minen, Tiefenladungen usw., verwendet werden können. Bei einer derartigen Anwendung werden die akustischen Signale von einem zum Sender gehörenden elektroakustischen Umwandler ausgestrahlt und von in dem umgebenden V/asser befindlichen Objekten reflektiert, z.B. von feindlichen Schiffen, die bekämpft werden sollen. Ferner ist der Empfänger in solchen Fällen derart ausgebildet, daß e"r die empfangenen und registrierten elektrischen Echoimpulse an eine Triggereinheit weitergibt, um die in diesem Zusammenhang gewünschte Funktion auszulösen, z.B. die Detonation einer von der Unterwasserwaffe getragenen Explosivladung. Die Triggereinheit ist dann häufig so angeordnet, daß sie die gewünschte Funktion nur in solchen Fällen

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auslöst, in denen die von dem Empfänger registrierten Echosignale mit einer vorgegebenen Frequenz auftreten. Die einzelnen elektrischen Impulse und damit auch die entsprechenden akustischen Signale unterscheiden sich gewöhnlich hinsichtlich ihrer Oszillationsfrequenz, und sie werden mit einer gegebenen Impulswiederholungsfrequenz und in vorgegebener Reihenfolge ausgestrahlt. Die Impulswiederholungsfrequenz und die Yiellenfortpflanzungsgeschwindigkeit des Schalls in dem umgebenden Medium, z.B. in diesem Fall Wasser, bestimmen die Entfernung, innerhalb der ein Gegenstand sich befinden muß, damit ein von dem Gegenstand reflektierter Impuls ein von dem Empfänger registrierbares Echosignal erzeugt. Da der Empfänger so ausgebildet ist, daß er in dem Zeitintervall zwischen den Impulsen nur auf solche Echoimpulse anspricht, die aus Impulsen des zuletzt erzeugten Typs entstehen, können Gegenstände in einem Bereich gerade außerhalb der Reichweite Echoimpulse erzeugen, auf die der Empfänger im Augenblick des Empfangs nicht anspricht. Bei einer begrenzten Anzahl η von Impulstypen erstreckt sich der Bereich, innerhalb dessen Gegenstände keine vom Empfänger registrierbaren Echoimpulse erzeugen, von der "Reichweitengrenze bis zur η-fachen Reichweite. Gegenstände innerhalb eines Entfernungsintervalls vom n- bis n+1-fachen der Reichweite erzeugen Echoimpulse, auf die der Empfänger ansprechen kann. Damit Gegenstände in solchen Abständen von den Ortungsgerät nicht erfaßt werden und dieses triggern kön-

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nen, beispielsweise zum Auslösen einer von einer Unterwasserwaffe getragenen Explosivladung bei der Verwendung als Abstandszünder, ist es erforderlich, daß die Signale durch Reflektion am Objekt und durch die 'Yellenfortpflanzung in dem IiIedium bis auf ein Uiveau herabgedämpft werden, welches niedriger ist als die Empfangsschwelle des Empfängers.

Ein derartiges Echo-Ortungsgerät, welches den derzeitigen Stand der Technik darstellt, hat zwei hauptsächliche Nachteile. Erstens muß die ausgewählte Anzahl η von verschiedenen Impulstypen so groß sein, daß Echosignal ρ, die von Gtigen^tMiiden innerhalb des AbstandintervalIs vom η- bis zum n+1-fachen der Reichweite einen Signalpegel unterhalb der Empfangsschwelle des Empfängers haben; falls eine hohe Impulswiederholungsfrequenz und eine entsprechende kurze Reichweite gewünscht sind, ist eine derart große Anzahl von verschiedenen Impulstypen erforderlich, daß das Echogerat γόη außerordentlich komplizierter und kostspieliger Konstruktion ist. Zweitens können zwei gleichartige Echo-Ortungsgeräte dieser Art, die unabhängig voneinander arbeiten, einander störend beeinflussen, und zwar noch in einem Abstand, der beträchtlich größer ist als die Reichweite jedes einzelnen Gerätes. Eine derartige Beeinflussung oder Interferenz kann völlig unabhängig von der Anzahl der verschiedenen Impulstypen auftreten, α a die Zeitverschiebung zwischen den Sequenzen, in denen die Signale

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von den beiden Einrichtungen ausgesendet werden, und der Abstand zwischen den Einrichtungen immer derart zufällig zusammenwirken können, daß mindestens eine der Einrichtungen die andere "beeinflußt.

Die oben erwähnten !Tachteile schränken natürlich das Anv/endtingsgebiet derartiger Ortungsgeräte ein. Es ist beispielweise offensichtlich, daß derartige G-eräte nicht als AL st ana.; sander in 'Jorpedos verwendet' v/erden können, die beispielsweise gleichzeitig von entsprechenden Abschußstellen abgefeuert v/erden und sich dann parallel bewegen; dies gilt auch dann, wenn der Abstand zwischen ihnen beträchtlich über der iieichweite der entsprechenden Ortungsgeräte liegt.

G-emäß der Erfindung ist ein Echo-Ortungsgerät für die Feststellung von Gegenstanden innerhalb einer bestimmten Reichweite in einem umgebenden Medium vorgesehen, welches üie genannten Nachteile nicht aufweist. Es ist gemäß der Erxinaung im wesentlichen deidurch gekennzeichnet, daß die Sequenz der vom Sender ausgestrahlten Signale in Abhängigkeit von den im Empfänger registrierten Echosignalen beeinflußbar ist.

"eitere vorteilhafte Merkmale und Ausgestaltungen der Erfindung '.rgaoen dich aus der nachstehenden Beschreibung und den Unteransprüchen.

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Mit dem erfindmigsgemäßen Scho-Ortungsgerät kann auch mit einer sehr begrenzten Anzahl von verschiedenen Impulstypen erreicht werden, daß keinerlei Gegenstände außerhalb des verwendeten Entfernungsbereichs kontinuierlich registrierte Echoimpulse erzeugen können und daß zwei gleichartige Geräte in einem Abstand voneinander, der mehr als das Zweifache des gewählten Entfernungsbereichs beträgt, sich nicht dauernd und durch direkte Signale störend beeinflussen können.

Eine Ausführungsform der Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnungen näher erläutert.

Fig. 1 zeigt ein Blockschaltbild des Geräts.

Pig. 2 (a-h) zeigen die Signalform an verschiedenen Punkten des Blockschaltbilds gemäß J?ig. 1.

Fig. 3 a, b und c vertüischaulichen die Einwirkung von Gegenständen in verschiedenen Abstandsbereichen auf das Gerät

Fig. 4 a, b, c und d veranschaulichen α ie gegenseitige beeinflussung zweier Geräte.

Fig. 5 zeigt, wie Echosignale von eineu Gegenstand außerhalb des gewählten Entfernungsbereichs sowie direkte Signale von einem zweiten ^;Jerät auf das erste Gerät wirken.

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Gemäß Pig. 1 erzeugt ein bistabiler Multivibrator über einen Impulsgenerator 2 einen Impulszug an einem Punkt a, dessen Erscheinungsbild aus Fig. 2a hervorgeht. Dieser Impulszug steuert die Aussendung von Impulsen durch einen elektroakustischen Umwandler 3 hinsichtlich der Impulswiederholungsfrequenz und der Impulslänge. Ein erstes UED-Gatter 4 ist mit einem seiner Eingänge mit dem Punkt a verbunden. An diesem G-atter erhält man einen Impulszug entsprechend Fig. 2b an einem Punkt b, der eine Logikeinheit 5 steuert, die die Aussendefrequenz des elektroakustischer". Umwandle rs 3 steuert. Solange von einem Empfänger 6 kein Echo registriert wird«, ist der Irapulszug am Punkt b identisch zu dem Impulszug am Punkt a, was bedeutet, daß die Sendefrequenz bei jedem der aufeinanderfolgenden, auszusendenden Impulse durch die Logikein-= hext 5 um jeweils eine Stufe entsprechend einer vorgegebenen Frequenz verschoben wird. Wenn der Empfänger 6 ein erstes icho empfängt, erhält man an einem Ausgang c einer mit dem Empfänger verbundenen Signalverarbeitungsstufe 7 einen ersten Impuls c. (vergl. Fig. 2c), der über ein zweites UND-Gatter 8 einen Impuls am Ausgang d des Gatters 8 erzeugt, wie in Fig. 2d dargestellt. Dieser letztere Impuls triggert einen monostabilen IJultivibrator 9, so daß ein Impuls (vergl. Figc 2e), dessen Länge gleich dem Intervall zwischen zwei Impulsen ist, am zweiten Eingang e des ersten Gatters 4 erhalten wird. Dieser Impuls am Punkt 3 verhindert, daß der

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nächste Impuls am Punkt a das Gatter 4 durchläuft. Ein Impuls in dem Impulszug am Punkt b wird hierdurch unterdrückt, was bedeutet, daß die oben erwähnte stufenweise Verschiebung der Sendefrequenz durch die Logikeinheit 5 ebenfalls unterbleibt. Dies bedeutet, daß die Sequenz der Sendefrequenzen sich um eine Stufe verzögert, da der zuletzt erzeugte Impulstyp wiederholt wird. Der zeitliche Verlauf des vom Sender 3 erzeugten Impulszuges geht aua Pig. 2i hervor, wenn der monostabile Multivibrator 9 getriggert wird, erhält man ferner einen Impuls (vergl. Figo 2f), dessen Länge gleich dem Intervall zwischen zwei Impulsen oli Punkt f ist. Dieser Impuls geht zu einem Eingang eines dritten UNL-Gatters 10, und dieses Gatter wird dann geöffnet, so daß der nächstfolgende Impuls am Punkt a, mit dem der zweite Eingang des Gatters 10 verbunden ist, einen Impuls (vergl. Pig. 2g) am Ausgang g des Gatters 10 erzeugt, der einen weiteren monostabilen Multivibrator 11 triggert. Dieser Multivibrator gibt dann einen Impuls (vergl. Fig. 2h) an seinem Ausgang h ab, dessen Länge gleich dem Intervall zwischen zwei Impulsen ist, wodurch das zweite Gatter 8 während der entsprechenden Zeitdauer geschlossen wird. Hierdurch kann während des nächstfolgenden Sendeintervalls die stufenweise Verschiebung der Sendefrequenz nicht verhindert werden, auch wenn ein zweiter Impuls Cp (vergl. Fig. 2c) am Au» g,-nag der Signal Verarbeitungsstufe 7 auf Grund eines zweiten, in der Empfangseinheit 6 empfangenen Echoinipulses auftreten sollte.

2 r J 9 8 U U I V1 P 9

Pig. 3 zeigt, wie Gegenstände in verschiedenen Abständen von dem erfindungsgemäßen Gerät das Gerät beeinflussen. In Figo 3a ist der Abstand zwischen dem Gerät und dem Gegenstand kleiner als das Vierfache der gewählten Grenzentfermng oder Reichweite, so daß keine Echos registriert werden. In Fig. 3"b beträgt der Abstand zwischen dem Gerät und dem Gegenstand das Vier- bis Fünffache der Reichweite, und Echos werden dann in jedem fünften Zeitintervall registriert. Man erkennt aus Fig. 3b, daß eine ständige Registrierung von Echos erfolgen würde, wenn keine Verzögerung der Sendefrequenzsequenz vorgesehen wäre. In Fig. 3c beträgt der Abstand zwischen dem Gerät und dem Objekt mehr als das Fünffache der Reichweite, so daß wiederum keine Echos registriert werden.

Fig. 4 zeigt, wie zwei Geräte A und B in unterschiedlichen Abständen voneinander einander beeinflussen. In Fig. 4a beträgt der Abstand zwischen den Geräten das Dreifache der Reichweite; in diesem Fall können nur gelegentliche Interferenzechos an einem der Geräte A erhalten werden. Dasselbe gilt für Abstände zwischen den Geräten, die etwa 2, 3> 6> 7» 10, 11 usv/. mal so groß sind v/ie die gewählte Reichweite; beide Geräte A und B empfangen dann Interferenzechos in jedem fünften Zeitintervall. Dasselbe gilt für Abstände im Bereich ues 8-, 12-fachen usw. der Reichweite. In Fig. 4c ist der Abstand zwischen den Geräten das Fünffache der Reichweite, und

beide Geräte A und B können dann Interferenzechos in jedem dritten Zeitintervall empfangen. Das gleiche gilt für einen Abstand zwischen den Geräten, der etwa das 9-fache, 13-fache usw. der Reichweite beträgt. Aus Fig. 4a und 4b erkennt man, > daß bei bestimmten Abstands- und Zeitverhältniasen das Gerät A einem ständigen störenden Einfluß durch das andere Gerät unterliegen würde, falls nicht die erfindungsgemäße Verzögerung der Sendefrequenzsequenz vorgesehen wäre. Aus Fig. 4c erkennt man, daß entsprechend die Geräte A und B einem ständigen gegenseitigen Interferenzeinfluß in jedem dritten Intervall unterliegen würden. In der Praxis kommt es häufig vor, daß zu Beginn die gegenseitige Interferenz nur in einer Richtung stattfindet, z.B. vom Gerät A zum Gerät Bj wenn dann der Abstand zwischen den Geräten gleich dem Fünffachen der Reichweite ist, erhält man die günstigeren Bedingungen gemäß Fig. 4d, wobei nur gelegentlich InterferenzimpulBe im Gerät B empfangen werden.

In Fig. 5 ist dargestellt, wie in einem ersten Gerät A gemäß der Erfindung Echosignale sich auswirken, die gleichzeitig von einem Objekt außerhalb der gewählten Reichweite und von einem zweiten interferierenden Gerät B verursacht v/erden. In diesem Fall ist der Abstand zum Objekt gleich dem 1,5-fachen der Reichweite, während der Abstand zu dem interferierenden Gerät B gleich dem 3-fachen der Reichweite ist. ΊΙβηη keine

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Verzögerung in der Sendefrequenzsequenz vorgesehen wäre, würde das Gerät B ständig störend mit dem Gerat A interferieren. Jedoch muß die Verzögerung der Sendefrequenzsequenz nicht öfter als in jedem zweiten Zeitintervall wiederholt werden, da andernfalls Gegenstände in einem Abstand von dem Gerät, der zwischen dem Ein- und Zweifachen der Reichweite liegt, eine sich ständig wiederholende Verzögerung der Sequenz verursachen würden und eine kontinuierliche Registrierung der Echosignale stattfinden würde.

Abweichungen von der dargestellten Ausführungsform sind im Rahmen der Erfindung möglich. Somit könnte die von den registrierten Echosignalen beeinflußte Einrichtung zum Steuern der Transmissionsfrequenz derart ausgebildet sein, daß sie die Sequenz nach einem bestimmten Muster ändert. Ferner können selbstverständlich die elektronischen Schaltungen zur Realisierung der Beeinflussung der Sendefrequenzsequenz durch die registrierten Echosignale nach zahlreichen verschiedenen Möglichkeiten ausgeführt sein.

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Claims

Pat ent ansprüche

( iy Echo-Ortungsgerät zum Feststellen von Objekten in einem ausgewählten Entfernungsbereich in einem umgebenden Medium, mit einem Sender zum Erzeugen einer vorgegebenen Frequenz von mindestens zwei verschiedenen Typen von elektrischen Impulsen mit gleichen Zeitintervallen zwischen den Impulsen und zum Umwandeln der elektrischen Impulse in entsprechende akustische Signale und zu deren Ausstrahlung in das Medium, sowie mit einem Empfänger zum Empfang der von Objekten reflektierten akustischen Signale und zu ihrer Rückumwandlung in entsprechende elektrische Echoimpulse, wobei nur Echoimpulse des Typs registriert werden, der dem T_typ des zuletzt erzeugten Impulses entspricht, dadurch gekennzeichnet , daß die Sequenz der ausgesendeten Impulse in Abhängigkeit von den im Empfänger registrierten Echoimpulsen beeinflußbar ist.
2. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Steuereinrichtung in Abhängigkeit von den registrierten Echoimpulsen die Sequenz der Sende-

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signale derart ändert, daß der Sender einen Impuls vom gleichen Typ wie der zuletzt ausgesendete Impuls wiederholt und dann die Sequenz fortsetzt.
3. Gerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Steuereinrichtung die Sequenz der Sendesignale in Abhängigkeit von den vom Empfänger registrierten Echoimpulsen nicht häufiger als in jedem zweiten Zeitintervall zwischen den Impulsen .ändert.
4. Gerät nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Sender eine Impulserzeugereinheit (2) zum Erzeugen einer Sequenz von Steuerimpulsen zum Steuern der Y.'iederholungsfrequenz und der Länge der elektrischen Impulse sowie eine logikeinheit (5) zum Steuern der vorgegebenen Sequenz der Impulstypen aufweist.
5. Gerät nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung drei UND-Gatter (4, 8, 10) und zwei monostabile Multivibratoren (9, 11) aufweist, wobei das erste UND-Gatter (4) mit seinem Ausgang an die Logikeinheit (5), mit einem Eingang an den Ausgang der Impulserzeugereinheit (2) und mit dem anderen Eingang an einen der Ausgänge des ersten monostabilen Multivibrators (9) angeschlossen ist, das zweite UND-Gatter (8) mit einem

Eingang an den Empfänger (7) zum Empfang eines Signals bei
Registrierung eines Echosignals, mit seinem anderen Eingang an einen der Ausgänge des zweiten monostabilen multivibrators (11) und mit seinem Ausgang an den Eingang des ersten monostabilen Multivibrators .(9) angeschlossen ist, und das dritte UND-Gatter (10) mit einem Eingang an den anderen Ausgang des ersten Multivibrators (9), mit seinem anderen Eingang an den Ausgang des Impulszuggenerators (2) und mit seinem Ausgang an den Eingang des zweiten monostabilen Multivibrators (11) angeschlossen ist.
6. Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 5» dadurch
gekennzeichne t, daß sich die elektrischen Impulse in der Sequenz durch ihre Oszillationsfrequenz unterscheiden.
7. Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch
gekennze lehne t , daß der Sender elektrische. Impulse von vier verschiedenen Typen erzeugt.

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