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Verfahren und Vorrichtung zur Anzeige der Lage von angeloteten Objekten
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Anzeige der jeweiligen
Lage von insbesondere mit Unterwasserschall angeloteten reflektierenden Objekten
auf dem Bildschirm einer Kathodenstrahlröhre unter Verwendung zweier Gruppen von
elektroakustischen Wandlern, die auf zwei vorzugsweise senkrecht zueinander verlaufenden
Geraden angeordnet sind.
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Bei einem bekannten Gerät dieser Art werden unter Verwendung eines
Elektronenschalters in schneller Folge abwechselnd die unter Verwendung zweier Summe-Differenz-Anordnungen
aus den von zwei Wandlerpaaren empfangenen Signalen gebildeten entsprechend der
Einfallsrichtung geneigten Striche auf dem Bildschirm einer Kathodenstrahlröhre
angezeigt. Wegen der Nachleuchtdauer der Bildschirmsubstanz können praktisch zwei
Richtungsanzeigen gleichzeitig abgelesen werden. Dieses Gerät eignet sich aber nur
zur Einstellung der in diesem Falle schwenkbaren Wandlergruppen in die genaue Richtung
auf das geortete Ziel, indem die Wandlergruppe derart geschwenkt wird, daß die angezeigten
Leuchtstriche mit der Richtungsnullmarke auf dem Bildschirm zur Deckung gebracht
werden. Eine unmittelbare Anzeige der Lage der georteten Objekte erfolgt bei diesem
Gerät nicht. Die Zielrichtung kann lediglich aus den angezeigten zwei Richtungen
rechnerisch oder zeichnerisch ermittelt oder aus der Stellung der Wandlergruppen
nach erfolgter Ausrichtung auf das Ziel bestimmt werden.
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Es wird eine unmittelbare Anzeige der jeweiligen Lage angeloteter
Objekte ohne Schwenkung der Wandlergruppen dadurch erzielt, daß erfindungsgemäß
aus den von den Empfängern jeder Gruppe gelieferten amplitudengleichen Wechselspannungen
nach Verstärkung und gegenseitiger Phasenverschiebung amplitudenkonstante Sinus
spannungen abgeleitet werden, aus denen durch Summen- und Differenzbildung Meßspannungen
abgeleitet werden, deren Amplituden nur von der gegenseitigen Phasenlage der an
den Empfängern einfallenden Wellen, z. B.
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Schallwellen, abhängen, daß diese Spannungsimpulse phasenabhängiger
Amplitude vorzugsweise nach Gleichrichtung den X- bzw. Y-Platten einer Kathodenstrahlröhre
zur Ablenkung des Elektronenstrahles gegenüber zwei vorzugsweise senkrecht zueinander
angeordneten und entsprechend der Größenbeziehung zwischen der verwendeten Lotfrequenz
und dem gewählten Empfängerabstand geeichten Meßskalen zugeführt werden und daß
die Anzeige nur für eine beschränkte Zeitspanne freigegeben wird, so daß nur die
Echos aus einem kleinen in bekannter Weise
fahrstuhlartig verstellbaren Teillotbereich
angezeigt werden.
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Dabei ist das Steuergitter der Anzeigeröhre zweckmäßigerweise so
vorgespannt und mit den Empfangskanälen verbunden, daß der Elektronenstrahl normalerweise
dunkelgesteuert ist und nur bei Echoempfang hellgetastet wird.
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Durch das erfindungsgemäße Verfahren erhält man auf dem Bildschirm
der Anzeigeröhre eine Anzeige der angeloteten Objekte in einem Teilbereich als Leuchtpunkte,
deren Lage zum Mittelpunkt des Bildschirmes der Lage durch Objekte im eingestellten
Bereich zur Achse des Lotkegels entspricht. Der eingestellte Teillotbereich wird
also praktisch auf den Bildschirm projiziert. Die an den Meßskalen ablesbaren Koordinatenwerte
ermöglichen die Bestimmung der Richtung des angeloteten Objektes. Bei fortlaufender
Lotung sind außerdem unmittelbar die Bewe gungsrichtung und die Bewegungsgeschwindigkeit
der georteten Objekte innerhalb des eingestellten Teilbereiches relativ zum ortenden
Schiff senkrecht zur Lotkegelachse ablesbar.
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Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist neben der so gewonnenen
Richtungsanzeige zusätzlich eine Entfernungsanzeige vorgesehen. Beispielsweise kann
das Einstellorgan für die Verzögerungszeit zwischen Lotimpulsaussendung und Auslösung
der Anzeigebereitschaften mit einem Anzeigeorgan verbunden sein. an dem die Entfernung
des eingestellten Teillotbereiches ablesbar ist. Es kann aber auch gleichzeitig
oder aufeinanderfolgend Richtung und Entfernung auf dem Bildschirm derselben Kathodenröhre
angezeigt werden. Die Entfernungsanzeige erfolgt dabei zweckmäßigerweise in Polardarstellung.
Zur Anzeige
der Entfernung kann aber auch ein zusätzliches Anzeigegerät,
beispielsweise ein zweiter Kathodenstrahloszillograph, ein Gerät mit umlaufender
Glimmlampe oder ein Registriergerät verwendet werden.
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In einem Gerät zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens
sind die zwei senkrecht zueinander angeordneten Paare von Empfangswandlern bzw.
Wandlergruppen über einander gleiche Netzwerke mit den X- bzw. Y-Platten einer Kathodenstrahlröhre
verbunden, und die Verzögerung der Auslösung der Zeitintervalle für die Echoanzeige
gegenüber der Lotimpulsaussendung erfolgt in bekannter Weise durch mechanische oder
elektronische Mittel, wobei die Lage des Teilbereiches an dem geeichten Einstellorgan
dieser Verzögerungsglieder ablesbar ist, und die reflektierenden Objekte erscheinen
auf dem Bildschirm der Anzeigeröhre als Lichtpunkte, die die gleiche Lage zum Mittelpunkt
des Bildschirmes haben wie die reflektierenden Objekte innerhalb des eingestellten
Teilbereiches zur Mittelsenkrechten der durch die Wandlergruppen gebildeten Fläche.
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In einem Ausführungsbeispiel enthält jedes der den Wandlerpaaren
zugeordneten Netzwerke für jeden Wandler einen regelbaren Verstärker, einen Phasenschieber,
einen Begrenzer und ein Glied zur Umwandlung der begrenzten Schwingungen in Sinusschwingungen,
die mit einem Summe-Differenz-Verstärker verbunden sind, dessen Summen- bzw. Differenzausgang
über je einen Verstärker und einen Gleichrichter mit einer der sich gegenüberliegenden
Ablenkplatten der Anzeigeröhre verbunden ist.
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Die Erfindung wird an Hand der Zeichnung erläutert.
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Fig. 1 zeigt im Blockschaltbild eine Vorrichtung zur Durchführung
des Verfahrens nach der Erfindung; Fig. 2 und 3 zeigen den Spannungsverlauf am Ausgang
der verschiedenen Stufen der Vorrichtung nach Fig. 1 bei senkrechtem und schrägem
Einfall einer Wellenfront.
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In Fig. 1 ist der Empfangsteil einer Wasserschall-Echolotvorrichtung
dargestellt; es sind dabei zwei Gruppen von Empfängern 1, 1' bzw. 11, 11' vorgesehen,
deren Verbindungslinien aufeinander senkrecht stehen.
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Die zugehörige Sendevorrichtung ist nicht dargestellt, jedoch können
die Schwinger 1, 1', 11, 11' zusammen oder einzeln in an sich bekannter Weise abwechselnd
zum Senden und Empfangen benutzt werden.
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Für die beiden Empfängergruppen 1, 1' bzw. 11, 11' sind zwei getrennte
Doppelkanäle vorgesehen, die gleichartig aufgebaut sind und von denen deshalb auch
nur der den Schwingern 1, 1' zugeordnete beschrieben werden soll. An diese Schwinger
ist je ein Verstärker 2, 2' angeschlossen, der mit einer Regelvorrichtung 3, 3'
versehen ist. Mit Hilfe dieser Regelvorrichtung lassen sich ungleiche Empfindlichkeiten
der Empfänger 1, 1' ausgleichen. An die Verstärker ist jeweils ein Phasenglied 4
bzw. 4' angeschlossen, in dem die Phase der empfangenen Schwingungen um 1450 bzw.
- 450 gedreht wird. Hierdurch wird erreicht, daß bei senkrecht auf die Empfänger
einfallender Strahlung eine Phasenverschiebung von 90° erfolgt, die für die darauffolgende
Summen- und Differenzbildung zwecks räumlich richtig zugeordneter Anzeige auf der
Kathodenstrahlröhre nötig ist.
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Auf die Phasenglieder folgen Begrenzer 5, 5'. die die
Impulsspannungen
unabhängig von der einfallenden Intensität auf eine konstante Amplitude begrenzen.
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Auf die Begrenzer folgen die Sinuswellenerzeuger 6, 6', die z. B.
mit Hilfe von Resonanzsieben die hinter den Begrenzern auftretenden Spannungen sinusförmig
machen. An die Sinuswellenerzeuger 6, 6' ist ein gemeinsamer Verstärker 7 angeschlossen,
der mit einem Summen- und Differenztransformator versehen ist.
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An die beiden Ausgänge des Verstärkers 7 sind Regelglieder 8 bzw.
8' angeschlossen, die eine Anpassung jedes Doppelkanals an die Kathodenstrahlröhre
hinsichtlich der verschiedenen Empfindlichkeit der Ablenksysteme möglich machen.
An die Regler 8, 8' schließen sich Doppelweggleichrichter 9, 9' an, welche mit den
vertikalen Platten 21, 21' der Kathodenstrahlröhre 20 verbunden sind.
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In entsprechender Weise wirken die aus den Empfängern 11, 11' stammenden
Spannungen auf das horizontale Ablenkplattenpaar 22, 22' der Kathodenstrahlröhre
ein.
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Gemäß Fig. 2, welche den Fall senkrecht auf die Empfänger einfallende
Wellen erläutert, werden aus den von den Empfängern 1, 1' stammenden Schwingungen
(1) verstärkte Schwingungen (2) gewonnen, die nach Durchlaufen der Phasenglieder
4, 4' um 90 in der Phase gegeneinander verschoben sind, wie unter (4) dargestellt.
Aus diesen Sinusschwingungen werden in den Begrenzern 5, 5' rechteckförmige Wellenimpulse
(5) erzeugt, die wiederum in sinusförmige, in ihrer Phase um 900 versetzte Schwingungsimpulse
(6) umgewandelt werden. Diese werden dem Summen-Differenz-Verstärker 7 zugeführt,
an dessen Ausgang die in diesem Falle amplitudengleichen Summen- und Differenzspannungen
(7) erscheinen. Die in den Regelgliedern 8 geregelten Schwingungen (8) werden nach
Doppelgleichrichtung in die gleichen Gleichstromimpulse (9) umgewandelt. Bei Einwirkung
dieser Impulse auf die Ablenkplatten 21, 21' erfolgt im betrachteten Fall senkrechten
Welleneinfalls, d. h. bei Phasengleichheit an den Empfängern, keine Auslenkung des
Elektronenstrahls, so daß dieser nicht aus seiner Mittellage abgelenkt wird, sondern
dort bei Echoankunft durch Helltastung aufleuchtet.
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Fig. 3 zeigt den schrägen Einfall einer Wellenfront auf die Schwinger
für den speziellen Fall des Einfallwinkels, für welchen an den Schwingern um 900
in der Phase verschobene Schwingungen entstehen. Es erscheinen dann am Ausgang der
beiden Kanäle, d. h. hinter den Gleichrichtern 9 und 9', die unter (9) angegebenen
Spannungsimpulse, wobei die eine Spannung Null ist und die andere einen stark negativen
Wert hat. Der Bildpunkt auf dem Schirm der Braunschen Röhre wird demgemäß nach unten
abgelenkt.
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Der Vorgang in dem unteren, an die Schwinger 11 und 11' angeschlossenen
Doppelkanal ist ganz entsprechend; nur erfolgt hier die Auslenkung des Bildpunktes
in horizontaler Richtung. Durch die kombinierte Auslenkung in beiden Richtungen
wird jeder schräg zur Ebene der Schwinger einfallenden Wellenfront ein bestimmter
Punkt auf dem Bildschirm der Kathodenstrahlröhre zugeordnet. Auf dieser entsteht
damit eine Projektion aller Wellenrichtungen in eine Ebene, die senkrecht auf der
Hauptstrahlrichtung der Schwingeranordnung steht. Dies ist durch Fig. 4 für eine
bestimmte Strahlungsrichtung erläutert. Die Schwinger 1, 1', 11, 11' sind gegenüber
der Zeichnung nach Fig. 4 in Ansicht von oben auf die Gruppe
dargestellt,
wobei der Schwinger 1' durch den Schwinger 1 verdeckt wird. Die Wellennormale ist
durch den Pfeil 23 dargestellt; die Wellenfront soll senkrecht auf der Zeichnungsebene
stehen und eine solche Neigung gegen die Ebene der Schwingergruppe haben, daß an
den Schwingern 11, 11' eine Phasendifferenz von 900, entsprechend einer halben Wellenlänge,
entsteht.
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Dann entstehen in den Doppelkanälen, welche den Gruppen 1, 1' bzw.
11, 11' zugeordnet sind, die in Fig. 2 bzw. 3 dargestellten Spannungsverläufe, und
auf dem Bildschirm der Kathodenstrahlröhre 20 wird der Bildpunkt 25 nach links ausgelenkt,
wie dies aus Fig. 5 zu ersehen ist.
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Die Anzeige mit Hilfe des erläuterten Verfahrens kann bei Verwendung
de s I des lmpulsrückstrahlverfahrens auf einen bestimmten Entfernungsbereich beschränkt
sein. Zu diesem Zweck kann die Anzeigevorrichtung so ausgebildet werden, daß die
Anzeige nur während eines bestimmten Zeitintervalls freigegeben wird, dessen Beginn
gegenüber dem Zeitpunkt der Aussendung der Lotimpulse mit mechanischen oder mit
elektrischen Mitteln in an sich bekannter Weise eingestellt werden kann. In diesem
Falle kann eine Entfernungsanzeige dadurch erfolgen, daß die Einstellvorrichtung
für den Teilbereich in Entfernungseinheiten geeicht wird. Es ist aber auch möglich,
eine gleichzeitige oder aufeinanderfolgende Anzeige von Richtung und Entfernung
auf dem Bildschirm derselben Kathodenstrahlröhre vorzunehmen; die Entfernungsanzeige
erfolgt dann zweckmäßigerweise in Polardarstellung.
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Zur Anzeige der Entfernung kann aber auch ein zusätzliches Anzeigegerät,
z. B. ein zweiter Kathodenstrahloszillograph, ein Gerät mit umlaufender Glimmlampe
oder ein Registriergerät verwendet werden.