DE1048517B

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Publication number: DE1048517B
Application number: DENDAT1048517D
Authority: DE

Description

BÜNDESREP

DEUTSCHES

PATENTAIJT ^„^"Sfö^Ti.

A 19697 VIII Al 74 d

ANMELDETAG: 13. FEBRUAR 1954

BEKANNTMACHUNG DER ANMELDUNG UND AUSGABE DER AUSLEGESCHRIFT:

8. JANÜAR 1959

Die Erfindung bezieht sich auf eine Ausbildungsform des im Hauptpatent beschriebenen Verfahrens zur Echolotung. Das Wesen des bekannten Verfahrens besteht darin, daß auf beiden Seiten eines Schiffes, vorzugsweise in geneigten Richtungen, nach Steuerbord und Backbord getrennt, gelotet wird und die Echos vergleichbar angezeigt werden. Dadurch wird es z. B. ermöglicht, auch seitlich vom Schiff stehende Fischsahwärme aufzufinden und festzustellen, auf WelclTef ^-Sdhiffsseite sich die Hauptmasse des Schwarmes befindet, so daß der Kurs danach eingerichtet werden kann. Gegenstand des Hauptpatents ist es weiter, die Aufzeichnung der Lotergebnisse auf beiden Schiffsseiten in getrennten Feldern eines gemeinsamen Schreibstreifens vorzunehmen.

Die Erfindung betrifft eine verbesserte Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens' nach dem Hauptpatent durch die Verwendung von Lotschwingern mit Richtcharakteristiken, die eine besondere Form und Lage zum Schiff aufweisen.

Die Echoloteinrichtung ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß die auf beiden Schiffsseiten eingebauten Schwinger langgestreckte Form besitzen, deren Strahlflächen eine im wesentlichen in Fahrtrichtung liegende Längsausdehnung von mehr als zehn Wellenlängen und in vertikaler Richtung eine Breite von etwa einer Wellenlänge haben, die infolgedessen in durch ihre Längsachse gelegten, mehr oder weniger geneigten Ebenen eine große Richtschärfe aufweisen, während sich ihre Strahlung in der zur Fahrtrichtung bzw. zur Längsachse der Schwinger senkrechten Ebene auf den Winkelbereich von der Horizontalen bis nahezu senkrecht nach unten verteilt. Durch ständige Echolotung mit diesen Schwingern bei der Fahrt des Schiffes wird der Meeresraum um die Fahrtlinie getrennt nach Schiffsseiten in aneinandergereihten, quer zur Fahrtrichtung liegenden schmalen SclTichten abgesucht. Insbesondere bei Fahrt in tiefem Wasser hat der abgesuchte Raum halbzylindrische Gestalt, mit der Fahrtlinie des Schiffes als Achse (abgesehen von einer kleinen Lücke unter dem Schiff, die aber durch das normale Echolot ausgefüllt werden kann).

Die bekannten Absuchverfahren, bei denen ein drehbarer Richtstrahler oder eine Mehrzahl fest~eingebäuter, verschieden gerichteter TRichtsifaEler benutzt wird, efföffJefn "eifie" in Herstellung und Einbau wesentlich kostspieligere Einrichtung. Da bei jeder Lotung die Rückkehr der Echos von Gegenständen, die an der Grenze der vorgesehenen Reichweite liegen, abgewartet werden muß, ehe eine neue Aussendung erfolgen kann, können die einzelnen Lotungen nicht beliebig schnell hintereinander erfolgen. Die Folge ist, daß trotz großen Aufwandes die Absuchleistung bei den bekannten Verfahren, gemessen an dem in der Verfahren zur Echolotung mit Schallwellen

Zusatz zum Patent 822 515

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Anmelder:
Atlas -Werke Aktiengesellschaft,
Bremen, Stephanikirchenweide 1/19

Dr. Hans Kietz, Bremen, ist als Erfinder genannt worden

Zeiteinheit während der Fahrt des Sohiffes ausgeloteten Wasservolumen, zu wünschen übrigläßt. Es ist auch nicht ohne weiteres möglich, die Absuchleistung unter Herabsetzung der Ansprüche an die Genauigkeit der Ortung durch Verwendung von Schwingern mit weiter öffnung des Strahlkegels zu steigern, wie nachfolgend dargelegt wird.

Die Reichweite und. damit die Wirksamkeit der Horizontallotung bei der Auffindung kleiner Körper im Meere hängt eng mit der Richtschärfe der Schallaussendung zusammen. Nach Aussendung eines Schallimpulses werden bis zur Reichweitengrenze ständig Echos von Inhomogenitäten des Wassers empfangen, die einen gewissen Störpegel, den sogenannten Nachhall, bedingen, der, bei Voraussetzung einer bestimmten Strahlungsintensität in einem beschallten Raumsektor, um so höher liegt, je größer die öffnung des Strahlkegels ist. Das Echo von einem angeloteten Ziel, das nur einen kleinen Teil des Querschnitts des Strahlkegels ausfüllt, ist im Verhältnis zu den aus dem gleichen Abstand empfangenen Störechos so schwach, daß es darin untergeht. Erst bei ausreichend verkleinerter öffnung des Strahlkegels hebt sich das Nutzeciho deutlich von dem verringerten Störechopegel ab.

Bei einfacher ^vergrößerung der Öffnung der Strahlkegel der im Hauptpatent beschneBenen'; sch"rägfladv unfen~gerichteten Schwinger, so daß sie etwa einen Quadranten ausfüllen, könnten nur sehr ausgedehnte Ziele aufgefunden werden; das Echo von kleineren Zielen, z. B. Minen, würde im Störpegel verschwinden. Die Vergrößerung der Öffnung des Strahlkegels in der Querebene muß daher durch eine Verringerung der Öffnung in durch die Schiffslängsachse gelegten Ebenen ausgeglichen werden. Dabei spielt auch der Umstand mit, daß ein wesentlicher Teil des Nachhalls

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in oberflächennahen VVasserschichten entsteht, c1, h. daß die unteren Teile des Strahlungsfächers wesentlich weniger Nachhall liefern als die oberen. (Bei flachem Wasser trägt auch der Meeresboden zum Nachhall bei, ohne daß sich die hier dargestellten Verhältnisse grundsätzlich ändern.) Dadurch liegen günstigere Verhältnisse vor, als dies bei reiner Horizontallotung, d. h. bei einer Schallaussendung ausschließlich in die Meeresoberfläche streifenden Richtungen, der Fall ist, und die räumliche öffnung des Strahlungstrichters braucht nicht so klein gemacht zu werden wie die eines im wesentlichen horizontal gerichteten Strahlungskegels. Dies ist insofern von Bedeutung, als bei zu scharfer Bündelung um die Ouerebene kleine Kursschwankungen des Schiffes sich störend bemerkbar machen würden. Durch Versuche ist festgestellt, daß die durch den Nachhall gegebene untere Grenze der Brauchbarkeit bei einer Schwingerlänge von etwa zehn Wellenlängen des ausgesandten Schalles liegt. Diese Erkenntnis ist ein wesentlicher Bestandteil der Erfindung.

Die scharfe Bündelung der Strahlung um die Querebene ist nicht durch den Wunsch der Erzielung einer genauen Richtungsbestimmung quer zur Schiffslängsachse bestimmt. Eine Bemessung nach diesem Gesichtspunkte wäre als mehr oder weniger willkürlich anzusehen, da sie mit dem Verzicht auf eine genaue Richtungsbestimmung in der Querebene kaum zu vereinen wäre. Nach der voher gegebenen Begründung ist aber die große Genauigkeit der Richtungsbestimmung quer zur Schiffslängsachse nur als Nebenergebnis einer Bemessung der öffnung des Strahlkegels zwecks ausreichender Senkung des Nachhallpegels anzusehen.

Die Wahl der Breite der Schwinger zu größenordnungsmäßig einer Wellenlänge folgt zwangläufig aus der Forderung der Erfassung eines Winkelbereiches von nahezu 90° und aus der Lehre von den Richtcharakteristiken. Wegen der geringen Richtschärfe der Schwinger in vertikaler Ebene ist eine Unterscheidung zwischen in gleichem Abstände vom Schiff, aber in verschieden gegen die Meeresoberfläche geneigten Richtungen gelegenen Objekten nicht möglich, außer nach der Schiffsseite, auf der sie sich befinden, was aber auch für den allgemeinen Zweck des Aufsuchens reflektierender Objekte kaum von Bedeutung ist. Die geringe Richtschärfe in vertikaler Ebene hat den Vorteil, daß der Einfluß von Schlingerbewegungen des Schiffes auf die Echolotung weitgehend ausgeschaltet ist.

Wegen ihrer schmalen, langgestreckten Form mit parallel zur Schiffslängsachse liegender Längsausdehnung können die Schwinger leicht außen am Schiff angebracht werden, ohne daß sich der Wasserwiderstand wesentlich erhöht. Es ist weiter möglich, mit niedrigeren Schallfrequenzen als sonst bei Horizontallotgeräten mit Rücksicht auf die Schwingerabmessungen üblich zu arbeiten, da durch eine Vergrößerung der Schwingerabmessungen entsprechend der größeren Wellenlänge für den Einbau der Schwinger keine Schwierigkeiten entstehen. Niedrige Schallfrequenzen haben den Vorteil einer geringen Ausbreitungsdämpfung.

Die mit der Einrichtung nach der Erfindung erreichbare hohe Absuchleistung gründet sich letzten Endes darauf, daß einerseits bei jeder Lotung ein großer Winkelbereich erfaßt wird und andererseits eine mehrfache Durchschallung von Teilen des abzusuchenden Meeresbereiches, wie dies besonders bei im Voraussektor schwenkbaren Horizontallotgeräten der Fall ist,

weitgehend eingeschränkt ist. Um auch bei größeren Fahrtgeschwindigkeiten und hoher Richtschärfe eine lückenlose Auslotung des Gesamtgebietes zu erzielen, kann die Lotfolge durch zeitlich gestaffelte Echolotungen mit verschiedenen Frequenzen erhöht werden.

Die Betriebsweise der Einrichtung nach der Erfindung ist denkbar einfach. DieschichtweiseAbsuchung des Meeres auf beiden Schiffsseiten erfolgt selbsttätig bei der Fahrt des Schiffes, ohne daß es erforderlich ist, die Schwinger zu schwenken. Für die Aufzeichnung der Echos sind zwei Lotschreiber mit bewegten Schreibgriffeln von der gleichen Art, wie sie für Tiefenlotungen benutzt werden, vorzusehen. Zweckmäßig werden diese in einem gemeinsamen Schreibgerät zusammengefaßt, derart, daß auf beiden Schiffsseiten empfangene Echos mit gegensinnig bewegten Schreibgriffeln rechts und links von einer der Nullinie entsprechenden Mittellinie eines gemeinsamen Schreibstreifens aufgezeichnet werden.

Bei Lotung in flachem Wasser, wobei die Schallstrahlen der Schwinger in mehr oder weniger stark geneigter Richtung auf den Meeresboden treffen, erhält man mit der Echoloteinrichtung nach der Erfindung ein fortlaufendes Bild der Lage von Gegenständen, z. B. Minen, am Meeresgrunde zu beiden Seiten des Schiffes in Form einer Streifenkarte. Dabei stört es kaum, daß das Lagebild in der Nähe des Schiffes etwas verzerrt ist.

Die Erfindung sei an einem Ausführungsbeispiel veranschaulicht.

Abb. 1 zeigt die Richtcharakteristik einer Echolotbasis nach der Erfindung, in Fahrtrichtung des Schiffes gesehen,

Abb. 2 eine Draufsicht zur Abb. 1,

Abb. 3 ein Schreibgerät zur Panoramaabbildung mit einer Echolotbasis nach Abb. 1 und 2.

In die Bordwand des Schiffes ist auf der Backbord- und Steuerbordseite parallel zum Kiel je eine Echclotbasis 1 und 2 zum Aussenden und Empfangen von 30-kHz-Impulsen eingebaut, deren Richtcharakteristik 3 bzw. 4 durch Wahl einer horizontalen Ausdehnung von 3 m, d. h. von etwa fünfzig Wellenlängen λ in der Fahrtrichtung weniger als 3° beträgt (Abb. 2). In der vertikalen Richtung kann eine geringe Richtschärfe zugelassen werden, so daß der Bereich von der Wasseroberfläche bis nahezu senkrecht nach unten durch die Echolotung erfaßt wird. Die vertikale Ausdehnung der Basis beträgt im Beispiel nur 2 cm. Eine Unterscheidung zwischen Objekten in verschieden gegen die Meeresoberfläche geneigten Richtungen ist hierbei zwar nicht möglich, aber auch für den Zweck des Aufsuchens reflektierender Objekte kaum von Bedeutung. Stampfen und Schlingern des Schiffes ist wegen der geringen vertikalen Richtschärfe nur von geringem Einfluß. In der Horizontalrichtung dagegen ist es zur Erzielung genügenden Auflösungsvermögens entscheidend, mit möglichst scharfer Richtcharakteristik zu arbeiten. Man wird die Richtschärfe außerdem sowohl dem zu erfassenden Entfernungsbereich als auch der maximalen Fahrtgeschwindigkeit des Schiffes bei der Echolotung anpassen, um zu erreichen, daß sich die einzelnen aufeinanderfolgenden Lotabbildungen möglichst lückenlos anreihen. Um auch bei größeren Fahrtgeschwindigkeiten und hoher Richtstärke eine lückenlose Auslotung des Gesamtgebietes zu erzielen, kann die Lotfolge durch zeitlich überlappte Echolotung mit voneinander abweichenden Frequenzen erhöht werden.

Jeder Echolotbasis auf der Steuerbord- und Backbordseite ist eine getrennte Anzeigevorrichtung, z. B.

Claims

in Form eines Schreibers mit Griffel 5, 6 und Registrierbereich 7, 8, zugeordnet. Die beiden Griffel 5, 6 laufen gegensinnig, von der Mitte des Schreibstreifens beginnend, entsprechend der gegensinnigen Lotung auf der Backbord- und Steuerbordseite mit einem Meßbereich von z. R. 0 bis 500 m. Die Mittellinie 9 des Schreibstreifens, die auch aus einem die Nullinien der beiden Echolotungen trennenden Mittelstreifen bestehen kann, entspricht dann dem Ort bzw. der Fahrtlinie des Schiffes, von der aus nach rechts und links gesehen die Backbord- und Steuerbordseite abgebildet wird. Ist z. B. auf der Steuerbordseite in bestimmter Entfernung ein Objekt ausgemacht, das durch mehrere aufeinanderfolgende Lotungen zur Anzeige gekommen ist, so besteht die Möglichkeit, durch Kursänderung des Schiffes dieses Objekt genauer anzulöten und z. B., wenn es sich um eine Mine handelt, diese zu beseitigen oder, wenn es sich um einen Fischschwarm handelt, das Schiff über den Fischschwarm zu steuern und das Netz an der richtigen Stelle auszuwerfen. Die. Erfindung ist nicht auf das dargestellte Beispiel beschränkt, vielmehr sind noch mancherlei Abänderungen und andere Ausführungen möglich. Insbesondere kann die Anzeige statt durch bleibende Registrierung auf Schreibstreifen in auslöschbarer Weise, z. B. durch Lichtzeiger auf einem nachleuchtenden Film, hervorgerufen werden. Ferner können die beiden Echolotungen auch schräg voraus, z. B. unter 60° gegen die Fahrtrichtung erfolgen und dabei gegebenenfalls mit entsprechend gegeneinander geneigten Zeitablenkungen der Schreibgriffel arbeiten. Zum Ausgleich der entfernungsabhängigen Echostärke kann in an sich bekannter Weise eine automa- tische Verstärkerregulierung vorgesehen sein. Bei Verwendung von Bandschreibern mit von zwei umlaufenden Bändern getragenen Griffeln wird zur Erzielung einer pausenlosen Lotung und Aufzeichnung zweckmäßig mit drei wechselweise eingeschalteten Griffeln gearbeitet. P Λ T ENTANSPRÜCHE:

1. Einrichtung zur Ausübung des Verfahrens zur Echolotung mit Schallwellen, bei dem auf der Steuerbord- und Backbordseite eines Schiffes mit zwei fest eingebauten Schwingern mit nach unten geneigter Hauptstrahlrichtung unter fortlaufender Registrierung der empfangenen Echos in für die beiden Schiffsseiten getrennten Aufzeichnungsfeldern eines Schreibstreifens getrennt gelotet wird, nach Patent 822 515, dadurch gekennzeichnet, daß die auf beiden Schiffsseiten eingebauten Schwinger langgestreckte Form_ besitzen, deren Strahlflächeri eine im wesentlichen in Fahrtrichtung liegende Längsausdehnung von mehr als zehn Wellenlängen und in vertikaler Richtung eine Breite von etwa einer Wellenlänge haben, die infolgedessen in durch ihre Längsachse gelegten, mehr oder weniger geneigten Ebenen eine große Richtschärfe aufweisen, während sich ihre Strahlung in der zur Fahrtrichtung bzw. zur Längsachse der Schwinger senkrechten Ebene auf den Winkelbereich von der Horizontalen bis nahezu senkrecht nach unten verteilt.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Registriereinrichtung so eingerichtet ist, daß die empfangenen Echos in nach Steuerbord und Backbord getrennten Feldern eines Schreibstreifens mit bei jeder Lotung gegensinnig von der Mitte des Schreibstreifens nach außen bewegten Schreibgliedern in der Lotentfernung entsprechenden Abständen von der Streifenmitte aufgezeichnet werden.

3. Einrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß sie so eingerichtet ist, daß abwechselnd mit zwei oder mehr verschiedenen Frequenzen gelotet werden kann.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschrift Nr. 510 043.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen