DE3512382A1

DE3512382A1 - Vorrichtung zur verarbeitung modulierter, von einem seitensystem erhaltener signale

Info

Publication number: DE3512382A1
Application number: DE19853512382
Authority: DE
Inventors: Jean-Pierre Paris Cassou
Original assignee: IFP Energies Nouvelles IFPEN
Current assignee: IFP Energies Nouvelles IFPEN
Priority date: 1984-04-06
Filing date: 1985-04-04
Publication date: 1985-10-17
Anticipated expiration: 2005-04-05
Also published as: JPS60253988A; FR2562676A1; GB2159947A; NO169259B; NO169259C; DE3512382C2; JPH0325754B2; FR2562676B1; NO851390L; US4712200A; GB2159947B; GB8508837D0; NL8500991A; CA1248619A

Description

I 18 92 Lw/nc
Aff. 2 332

Institut Francais du Petrole,
F-92502 Rueil-Malmaison, Frankreich

Vorrichtung zur Verarbeitung modulierter, von einem Seitensystem erhaltener Signale

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Verarbeitung modulierter, von einem Sonarsystem empfangener Signale und insbesondere einem Sonarsystem mit Seitenpeilung.

Die Seitensonarsysteme umfassen im allgemeinen eine oder mehrere Sende- und Empfängerantennen, die an den Wandungen eines Schiffs oder eines profilierten, als "Fisch" bezeichneten Körpers befestigt sind, der im Tauchzustand vom Schiff gezogen wird. Jede dieser Antennen umfaßt eine Vielzahl von Wandlern, die längs einer Richtung parallel zur Längsachse von Schiff oder Fisch derart ausgerichtet sind, daß ihr Richtdiagramm einen sehr geringen Öffnungswinkel zu beiden Seiten einer vertikalen Transversalebene und einen breiteren Öffnungswinkel in eben dieser Ebene besitzt. Die Senderwandler werden unter regelmäßigen Intervallen gespeist und senden akustische Impulse in eine Richtung schräg gegen den See- oder Meeresboden. Diese Impulse strahlen oder "schalleinstrahlen" den Boden von einer Seite oder zwei Seiten des Schiffs oder Fischs entsprechend einem

engen länglichen Band senkrecht zur Fortbewegungsrichtung und werden gegen die Oberfläche rückgestreut.

Die Empfangsantenne(n) ist bzw. sind aufgrund ihres Richtdiagramms so eingerichtet, daß sie vorzugsweise die aus den abgestrahlten Echos stammenden Signale einfangen.

Die von den Wandlern empfangenen Signale, als Echo auf ■j^Q die ausgesandten Impulse, werden vorzugsweise mit einer mit der Zeit zunehmenden Verstärkung verstärkt, um die Amplitudenänderungen aufgrund der Schrägheit der Fortpflanzungsbahnen zu korrigieren, werden dann untersucht, um ein Signal niedriger Frequenz zu erhalten, das ,j- repräsentativ für die Hülle dieser Signale ist.

Vorgenommen wird dann eine Aufzeichnung der demodulierten Signale als Funktion der Fortpflanzungszeit derart, daß man eine Querabtastung der angestrahlten Zone er-

^₀ hält. Die demodulierten Signale werden beispielsweise verwendet, um als Funktion der Zeit die Intensität des Spots oder Flecks eines optischen Aufzeichners oder einer Kathodenstrahlröhre variieren zu lassen. Die Sende- und Empfangszyklen werden regelmäßig im Ausmaß der Vorbewegung des Schiffes wiederholt; man stellt die aufeinanderfolgend vorgenommenen Aufzeichnungen nebeneinander, um ein relativ kontinuierliches Bild des Bodens zu erhalten. Ein Seitensonar wird beispielsweise in der Französischen Patentschrift 2 06 4 400 beschrieben.

Die Restitution der Hülle der empfangenen Signale wird meistens in denSonarsystemen durch Gleichrichten dieser Signale erhalten, und die Information, die sie relativ zu den Phasenänderungen enthalten, wird im allgemeinen nicht ausgewertet.

Die empfangenen Signale werden beispielsweise, bezogen auf die ausgesandten Signale, mit Phasenverschiebungen

mit schnellen Veränderungen behaftet, welche charakteristisch für Modifikationen des Diffraktions- oder Rückstrahlvermögens der bestrahlten Oberfläche und von Phasenverschiebungen mit langsamen Veränderungen aufgrund des Dopplereffekts sind und die aus der Geschwindigkeit, relativ zur Fahrzeugbewegung von Teilen dieser Oberfläche resultieren, die sich außerhalb der transversalen Symmetrieebene der ausgesandten Strahlenbündel befinden. Die Nichtauswertung der Phasendaten hat zur IQ Folge, daß keine Unterscheidung bezüglich des Bildes gemacht werden kann, die zwischen den Ungleichmäßigkeiten des Bodens erhalten wurde, welche in der Symmetrieebene des Bündels und außerhalb dieser Ebene sich befinden.

Die Verarbeitungsvorrichtung nach der Erfindung ist so ausgelegt, daß sie die Veränderungen der Phase der rückgestreuten Signale berücksichtigt und somit eine feinere Darstellung der Bodenoberfläche zu erhalten gestattet.

Die Erfindung zeichnet sich aus durch Filtereinrichtungen zur Wahl wenigstens eines Frequenzbandes im Frequenzspektrum der empfangenen Signale; wenigstens eine Demodulationseinrichtung, die aus einem Phasensteuerkreis besteht und so ausgebildet ist, daß sie ein Bezugssignal erzeugt, dessen Frequenz zum einen Teil wenigstens von den empfangenen Signalen und von Kombinationseinrichtungen abhängt, um, ausgehend von diesem Teil der empfangenen Signale und des aus dem

ng Phasennachführkreis stammenden Signals, Signale zu erzeugen, die den Quadraturkomponenten der komplexen Amplitude entsprechen; vorgesehen ist ebenfalls ein Rechner zum Behandeln der Signale,die aus Kombinationseinrichtungen stammen, wobei der Rechner so ausgebildet

gp- ist, daß er die komplexe Amplitude, ausgehend von ihren Komponenten, berechnet; und durch Einrichtungen, die bei jedem Sende/Empfangszyklus als Funktion der Zeit Veränderungen der komplexen Amplitude darstellen.

Speichereinrichtungen können verwendet werden, um die Werte zu speichern, welche nacheinander während jedes Zyklus für jede komplexe Amplitude genommen wurden, wobei diese Speichereinrichtungen zwischen den Rechnern und die Darstellungseinrichtungen zwischengeschaltet sind.

Die Vorrichtung kann vorzugsweise eine Vielzahl von Passbandfiltern umfassen, die so ausgebildet sind, daß sie die empfangenen Signale in eine Vielzahl von filtrierten Signale unterteilen, deren FrequenzSpektren komplementär sind und in eine Vielzahl von Demodulations einrichtungen unterteilen, die jeweils mit den Filterausgängen verbunden sind. Der Rechner ist so ausgelegt, daß er die komplexen Amplituden der verschiedenen gefilterten und demodulierten Signale berechnet; Darstellungseinrichtungen werden nacheinander durch die verschiedenen Signale entsprechend den verschiedenen komplexen Amplituden gespeist, um die repräsentativen Spuren der jeweiligen komplexen Amplituden nebeneinander zusetzen. Auf diese Weise kann eine Dissoziation der Echos als Funktion ihrer Transversallage auf der schalleingestrahlten Oberfläche erhalten werden, was zu einer feineren Darstellung dieser Oberfläche führt.

Beispielsweise Ausführungsformen der Erfindung sollen nun mit Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert werden. Diese zeigen in:

Fig. 1 sehr schematisch den festen Winkel,

innerhalb dessen sich der größte Teil der akustischen, von der Antenne eines Seitensonars ausgesandten Energie und der vom Wasserboden rückgestreuten und von der Antenne einge

fangenen akustischen Energie fortpflanzt;

-τ-

Fig. 2 zeigt ein Chronogramm der ausgesandten

Impulse;

Fig. 3 zeigt schematisch ein Chronogramm

der rückgestreuten Impulse, abhängig

von den ausgesandten Impulsen;

Fig. 4 zeigt sehr vereinfacht eine Aufzeich

nungsspur, entsprechend dem"schall-

XO eingestrahlten" Oberflächenband, wie

in Fig. 1 dargestellt;

Fig. 5 zeigt das Synoptikum einer ersten

Ausführungsform der Behandlungsvorrichtung;

Fig. 6 zeigt sehr schematisch den festen

Sende/Empfangswinkel der akustischen Energie, sowie die während jedes Zyklus von den akustischen Wellen

erreichte Oberfläche für den Fall, daß diese Oberfläche in eine Vielzahl von benachbarten Eleraentarbändern senkrecht zu dem vom "Fisch" verfolgten Weg unterteilt wird, dessen je

weilige energetische Beiträge zur akustischen Energie der empfangenen Signale durch einen Spektralanschnitt dieser Signale mittels schmaler Bandpassfilter erhalten werden;

Fig. 7 zeigt sehr vereinfacht die Aufzeich

nungsspur, die aus dem Nebeneinandersetzen der Elementarspuren, entsprechend den verschiedenen, durch Spek

tralausschnitt erhaltenen Signale resultieren; und

-X-

Fig. 8 zeigt schematisch' eine zweite Aus

führungsform der Vorrichtung, bei der die empfangenen und durch verschiedene Bandpassfilter filtrierten Signale getrennt voneinander behandelt werden.

Der in Fig. 1 gezeigte "Fisch" umfaßt wenigstens eine Sendeempfängerantenne 1 von einem an sich bekannten Typ, die an einem Seitenteil des Rumpfs befestigt ist. Diese IQ Antenne wird gebildet durch eine Gruppe von Wandlern (transducteur), die in Ausrichtrichtung im wesentlichen parallel zur Längsachse ox des Schiffs ist. Ihre Hauptachse OM ist entprechend einer schrägen Richtung in der Querebene yoz orientiert.

Eine solche Antenne verfügt über ein Richtwirkungsdiagramm, dessen Hauptkeule sehr schmal zu beiden Seiten der Vertikalebene yoz, die die Hauptsendeachse OM enthält und in eben dieser Ebene ziemlich offen ist. Die

2Q Werte der Winkel an der Spitze Q₁, θ „ des Bündels jeweils in Längsebene und Querebene liegen beispielsweise in der Größenor'dnung von 1 bis 5 und 30 bis 60 , wenngleich die bestrahlte oder durch jeden akustischen ausgesandten -Impuls "schalleingestrahlte" Bodenober-

2g fläche ein ziemlich schmales Transversalband ist.

Eine andere gleiche Antenne kann symmetrisch zur ersten bezogen auf die Vertikale angeordnet sein, derart, daß zwei gleiche Flächen zu beiden Seiten des Fisches be-OQ strahlt werden.

Jedes Echo R- ... R^ (Fig. 3) entsprechend der rückgestrahlten oder durch die Unebenheiten des Terrainbandes gebeugten Schallenergie des Bodens, der von gp. einem akustischen Impuls E. ... E, , der vorher ausgesandt wurde (Fig. 2) angestrahlt wurde, wird von der Empfangsantenne aufgenommen, die durch die Wandler erzeugten Signale werden an die in Fig. 5 dargestellte

Empfängerkette gelegt.

Diese Kette umfaßt einen Verstärker 2 mit variabler Verstärkung von an sich bekanntem Typ, dessen Verstärkung vom Augenblick des Beginns des Empfangs jedes Echos an derart zunimmt, daß die Abschwächung als Funktion der Fortpflanzungsdauer der akustischen Wellen kompensiert wird. Der Verstärker ist mit einem selektiven Filter 3 verbunden, das auf die Frequenz der ausgesandten akustischen Signale zentriert ist. Das Signal am Ausgang des Filters 3 ist mit dem Eingang einer Hullendetektoreinrxchtung verbunden, die zwei Filteranordnungen 4, 5 umfaßt, die mit Kapazitätsumschaltung arbeiten und von an sich bekanntem Typ sind (Switched-Capacitor-Filter) und die beispielsweise von der Firma Reticon unter der Bezeichnung R562O hergestellt werden und deren Eingänge E. mit dem Ausgang des Filters 3 verbunden sind. Jede dieser Anordnungen umfaßt eine Probenahmeeinrichtung 6, die so ausgebildet ist, daß sie an dem an seinen Eingang E. gelegten Signal eine Aufeinanderfolge von Proben bei Steuerung durch ein Probenahmesignal entnimmt, dessen Frequenz fs vorzugsweise im wesentlichen gleich der zentralen Frequenz der empfangenen Echos gewählt wird.

Das Probenahmesignal stammt aus einem ersten Frequenzteilerelement 7, das so ausgebildet ist, daß es die Frequenz eines Taktgebersignals, das an seinen Eingang E gelegt wird, durch 2 teilt. Die Probennahmesequenz, die aus der Probenahmeeinrichtung 6 stammt, wird in ein Filter mit umschaltbarer Kapazität übertragen, an das man ein Schaltsignal von der Frequenz fc legt, das aus einem zweiten Teilerelement 9 stammt, welches durch einen Faktor K gleich 50, beispielsweise die Frequenz des aus dem ersten Teilerelement 7 stammenden Signals teilt, wobei dieses Filter mit umschaltbaren Kondensatoren wie ein Bandpassfilter wirkt.

Das aus dem Bandpassfilter 3 stammende Signal wird ebenfalls an den Eingang eines Kreises mit Phasennachfuhrschleifen 10 vom Typ PLL mit einem Phasendetektor 11 gelegt, der so ausgebildet ist, daß er ein Signal abhängig von der Phasenverschiebung zwischen dem Signal am Eingang erzeugt, das durch ein Teilerelement 12 erzeugt wurde. Dieses teilt die Frequenz eines aus einem spannungsgesteuerten Oszillator (VCO) 13 stammenden Signals durch 2. Die Steuerspannung des Oszillators 13 ist diejenige, die aus einem Bandpassfilter 14 stammt, dessen Eingang mit dem Ausgang des Phasendetektors 11 verbunden ist. Aufgrund der Verwendung eines durch 2 teilenden Elementes in der Phasenschleife ist die Frequenz des aus dem Oszillator 13 stammenden Signals gleich dem doppelten der vorherrschenden Frequenz des Frequenzspektrumsder aus dem Bandpassfilter stammenden Signale.

Das durch den Oszillator 13 erzeugte Signal wird als Taktgebersignal für die beiden Filteranordnungen 4, 5 verwendet. Es wird direkt an den Eingang E der Filteranordnung 5 gelegt und über einen Inverter 15 an den Eingang E der Filteranordnung 4. Die aus den Teilerelementen 7 stammendaiProbenahmesignale der beiden Fi lter anordnungen 4,5 sind deswegen um 'ΐ- bezüglich einander phasenverschoben, was es ermöglicht, eine Quadraturdetektion der Komponenten der komplexen Hülle der angelegten Sonarsignale zu erhalten.

Die Übertragungsfunktion der Filter mit schaltbarer Kapazität 8 sowie die Filterparameter werden gewählt, indem man an den Steuereingang E der beiden Filteranordnungen 4, 5 die Signale eines Selektorelementes legt.

Die Quadratursignale X„, X_c, die an den Ausgängen der Filteranordnungen 4, 5 verfügbar sind, und deren Frequenzspektren auf die Frequenz Null zentriert sind,

werden an einen Rechner 18 gelegt, der so ausgebildet ist, daß er insbesondere die Spannungen X_r und 5LkOJU-biniert, um die komplexe Amplitude A = \| X + X ² (1) zu erhalten.

Die aus dieser Kombination resultierende Spannung wird an ein Sichtbarmachungselement 19 gelegt, das beispielsweise aus einem optischen Aufzeichner oder einer Kathodenstrahlröhre stammt und dazu dient, die Intensität von deren Leuchtfleck zu modulieren.

Ein Speicher 20 (Fig. 8) kann verwendet werden, um die aus dem Rechner 18 stammenden Daten zu speichern. Man erhält also eine Darstellung als Funktion der Zeit sämtlicher Punkte der angestrahlten seitlichen Oberfläche, ausgehend von den nächsten bis zu den entferntesten Punkten, wobei jede Zone ihren eigenen Beitrag zu den Phasenveränderungen der empfangenen Signale liefert. Man sieht auf der vereinfachten Darstellung der Aufzeichnungsspur entsprechend einem vom Sonar angestrahlten Transversalband, das sich auf einer beliebigen Abszisse χ befindet, das die Ungleichheiten des Reliefs S₁, S„, S₃, S₄ dieser Oberfläche sich durch Transversallinien S₁, S~, S.,, S. darstellen, welche über die gesamte Breite der entsprechenden sichtbar gemachten Spur ausgebreitet sind. In jedem Empfangsaugenblick, d. h. für ein und die gleiche Ordinate y(t) wird ein vorherrschendes Echo im Frequenzband der empfangenen Signale gewählt, und keinerlei Unterscheidung kann in ein und dem gleichen Augenblick zwischen zwei unterschiedlichen Echos des gleichen Frequenzbandes gemacht werden, die mit unterschiedlichen Dopplerfrequenzverschiebungen behaftet sind.

Eine Ausführungsform der Vorrichtung, die in der Lage ist, mehrere Echos in den demodulierten, in ein und dem gleichen beliebigen Augenblick empfangenen Signale zu dissoziieren und somit die Restitutionsfeinheit der

-w-

Einzelheiten des angestrahlten Terrains zu vergrößern, soll nun beschrieben werden.

Das durch diese Ausführungsform verwirklichte Prinzip berücksichtigt die mehr oder minder große Phasenverschiebung, die wegen des Dopplereffekts die Frequenz der akustischen Welle beeinflußt, die von den verschiedenen Teilen des angestrahlten Oberflächenbands rückgestreut wird.

Die Frequenzabweichung, welche die ausgesandten und entsprechend einer beliebigen Richtung OP des festen Sendeempfangswinkels OABCD (Fig. 1 und 6) empfangenen Signale ist, wie man weiß, proportional der Projektion Vsin6 des Geschwindigkeitsvektors V des "Fisches" auf die Richtung OP, die um so größer ist, je mehr diese von der Vertikalmedianebene abweicht.

Ist f die Frequenz der akustischen übertragenen Impulssignale, so variiert die Frequenz der empfangenen Wellen um f + Λ f für diejenigen, die vom Randbereich AB vor der transversalen Vertikalebene yoz des angestrahlten Oberflächenbandes stammen, um f - Λ f für die, die vom Randbereich CD stammen, welcher symmetrisch zu AB, bezogen auf die Vertikalebene ist, wobei die Frequenzabweichung zu Null für die akustischen Wellen wird, welche von der Medianlinie EF stammen. Schneidet man das FrequenzIntervall mit der Breite Δ F = 2 Λ f, welches auf die Mittelfrequenz f zentriert ist, in n-Intervalle gleich Δ f., Δ f_? ...^f , so entsprechen die in diesen Frequenzintervallen empfangenen Schallwellen jeweils Beiträgen von η benachbarten Elementarbändern R₁, R„ ... R der angestrahlten Oberfläche ABCD, parallel zur Achse oy und von der Breite d/n. Sie ermögliehen die gesonderte Auswertung der Signale, die zu allen diesen Frequenzintervallen gehören und deren Nebeneinandersetzung auf ein gemeinsames Sichtbarmachungsorgan ist, eine Darstellung im gleichen Augenblick,

-y-

von Mehrfachechos zu erhalten, indem der Selektionseffekt des stärksten Echos unterdrückt wird, der in dem Fall zum Tragen kommt, wo das gesamte Frequenzspektrum von der Breite Λ F der empfangenen Signale insgesamt in jedem Augenblick ausgenützt wird. Das Sonarauflösungsvermögen ist aus diesem Grunde stark verbessert. Das Aufzeichnungsbeispiel y(t) ist stark vereinfacht und schematisch in Fig. 7 dargestellt. Es wird gebildet durch das Nebeneinandersetzen der Spuren r., r- ... r entsprechend den jeweiligen Beiträgen der Elementarbänder R₁, R₂ ... R des Bandes des bestrahlten Terrains ABCD, wobei der "Fisch" sich auf der Abszisse χ befindet. Dies zeigt, daß die Lagen s'^, s' , s' ., der Oberflächenunregelmäßigkeiten S¹.., S¹«, S'₃ (Fig. 6) an ihrem genauen Ort im Innern der sichtbar gemachten Spur entsprechend der Oberfläche ABCD lokalisiert werden können.

Die Ausführungsform der Fig. 8, die dieses Frequenzausschneideprinzip anwendet, umfaßt ebenfalls eine Selektions- und Verstärkeranordnung, die gebildet wird durch einen Verstärker mit variabler Verstärkung 2 zur Verstärkung der für jede Empfängerantenne 1 empfangenen Signale sowie ein Bandpassfilter 3. Nach dieser Ausführungsform jedoch wird der Ausgang des Filters 3 parallel an n-Quadraturdetektionskreise gelegt (D.. , D₂ ... D ), analog dem Kreis D, der in Fig. 5 dargestellt ist, und zwar vermittels von η-selektiven Filtern 21a, 21b ... 21n, deren Durchlaßbänder gleich und komplementär sind. Ist F die Länge des Durchlaßbandes des Filters 3, so ist dasjenige der Filter 21a bis 21n gleich -^-^ .

Jeder Detektionskreis D₁, D„ ... D umfaßt zwei Filter-

i ζ η anordnungen, 4 und 5, deren Filterparameter und deren Übertragungsfunktionen mittels eines Selektorelementes eingestellt werden; diese beiden Anordnungen werden auf ihren Taktgebereingängen über zwei phasenentgegen-

-yz-

gesetzte Signale gespeist, die aus 'dem Ausgang des inneren Oszillators eines Kreises mit Phasennachführschleifen vom Typ PLL-Quarz arbeiten und so ausgebildet sind, daß sie mit einer Frequenz gleich dem Doppelten der Mittelfrequenz des Filters (21a, 21b ... 21n) schwingen, von dem sie die Signale empfangen.

Die Paare von Quadratursignalen(X_gl, Xp₁)/ (^x _s2' ^Xc2^ **"

(X , XC ), die jeweils über die Kreise D₁, D„ ... D Sn η ι /L η

erzeugt wurden, werden an einen Rechner 18 gegeben, der, indem er die Beziehung (1) angewendet, die komplexen Amplituden A-, A„ ... A entsprechend den Quadratursignalpaaren bestimmt.

Die resultierenden Signale entsprechend diesen verschiedenen komplexen Amplituden werden in einen Speicher 20 übertragen. Sämtliche komplexen Amplituden werden, die ein und dem gleichen Sende/Empfangszyklus entsprechen, dann im Speicher abgelesen und verwendet, um beispielsweise den Spot oder Fleck eines optischen Aufzeichner oder einer Kathodenstrahlröhre 19 zu modulieren, und zwar nach einer Frequenz, derart, daß auf deren Schirm nebeneinander η Elementarspuren gesetzt sind,die η jeweils den komplementären Frequenzbändern entsprechen, die durch die Filter 21a bis 21n bestimmt sind und, wie man gesehen hat, η schmalen Bändern, die der schalleingestrahlten Oberfläche in jedem Augenblick entsprechen, benachbart sind.

Wenn der von dem "Fisch" im Zeitintervall durchlaufene Raum, der zwei aufeinanderfolgende Sendeempfangszyklen trennt, kleiner als die Breite des Strahlungsbündels in Höhe des Bodens ist, so werden die angestrahlten Terrainbändern während 2 aufeinanderfolgender Zyklen sich teilweise überlagern. Ein und dieselbe Ungleichheit des Terrains, das Schallenergie während mehrerer aufeinanderfolgender Zyklen rückstreut, erzeugt mehrere aufeinanderfolgende Echos, die jeweils in

mehreren unterschiedlichen Spektralbähdern von der Tatsache erfaßt werden, daß ihre Lage im angestrahlten Band und somit ihre Neigung, bezogen auf die vertikale Querebene yoz von einem Zyklus zum anderen sich verändem. Ein und das gleiche Echo wird so nacheinander auf unterschiedlichen Spuren der Anordnung r-, r„ ... r markiert.

Während der teilweisen Überdeckung der sichtbar gemachten Bänder, die dazu führt, das ein und das gleiche Echo auf mehreren unterschiedlichen Spuren markierbar ist, kann der Rechner 8 so ausgebildet sein, daß er Signalkombinationen entsprechend gleichen Echos vornimmt, derart, <j_aß die Störechos auf ein Minimum herabgesetzt werden.

Claims

Patentanwälte · European Patent Attorneys Dr. Müller-Büro und Partner ■ POB 260247 · D-BOOO München 26 Dr. W. Müller-Bore f Dietrich Lewald Dipl.-Ing. Dr. Paul Deufel Dipl-Chem., Dipl.-Wirtsdi.-Ing. Dr. Alfred Schön DipL-Chem. Werner Hertel Dipl.-Phys. Dr.-Ing. Dieter Otto Dipl.-Ing. I 1892 Lw/nc Äff. 2 332 Institut Francais du Petrole, F-92502 Rueil-Malmaison, Frankreich Vorrichtung zur Verarbeitung modulierter, von einem Seitensystem erhaltener Signale Patentansprüche

1. Vorrichtung zur Verarbeitung amplituden- und phasenmodulierter Signale, die bei jedem Sendeempfangszyklus durch ein Seitensonarsystem empfangen werden, wobei diese Signale die durch die Bodenoberfläche eine Viassermasse rückgestreuten Echos von Schall-

D-8000 München 2

Isartorplatz 6

POB 26 02 47 D-8000 München 26

Kabel: Telefon Telecopier Infotec 6400 B Telex

Muebopat 0B9/221483-7 GII + III f0 891 229643 5-24285

impulsen sind, die von einem dieses Sonarsystem tragenden Fahrzeug übertragen werden, gekennzeichnet durch Filtereinrichtungen (3, 21) zum Auswählen wenigstens eines Frequenzbandes im Frequenzspektrum der empfangenen Signale; wenigstens eine Demodulationsanordnung (D), die aus einem Phasennachführkreis (10) gebildet ist, der so ausgelegt ist, daß er ein Bezugssignal erzeugt, dessen Frequenz vom gewählten Frequenzband abhängt; und Kombinationseinrichtungen (4, 5, 15), die, ausgehend von diesem Teil der empfangenen Signale und des aus dem Phasennachführkreis stammenden Bezugssignals Signale erzeugen, die den Quadraturkomponenten der komplexen Amplitude entsprechen; durch einen Rechner

(18) für die Verarbeitung der aus den Kombinationseinrichtungen stammenden Signale, wobei der Rechner so ausgebildet ist, daß er diese komplexe Amplitude ausgehend von den Quadraturkomponenten berechnet; und durch Einrichtungen (19), die beim jedem Sendeempfangszyklus als Funktion der Zeit die Änderungen der komplexen Amplitude darstellen bzw. sichtbar machen.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch Speichereinrichtungen (20), für die während jedes Zyklus für jede komplexe Amplitude genommenen Werte, wobei diese Speichereinrichtungen zwischen den Rechner und die Darstellungseinrichtungen zwischengeschaltet sind.

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3. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch

eine Vielzahl selektiver Filter (21a, 21b ... 21n), die so ausgebildet sind, daß sie die empfangenen Signale in eine Vielzahl filtrierter Signale unterteilen, deren Frequenzspektren komplementär sind; und durch eine Vielzahl von Demodulationsanordnungen (D₁, D„ ... D ), welche jeweils mit den Ausgängen der selektiven Filter verbunden sind; daß der Rechner

so ausgelegt ist, daß er die komplexen Amplituden der verschiedenen gefilterten Signale berechnet; und daß die Darstellungseinrichtungen (19) nacheinander mit den verschiedenen Signalen entsprechend den verschiedenen komplexen Amplituden derart gespeist werden, daß die jeweils repräsentativen Spuren dieser komplexen Amplituden nebeneinandergesetzt sind.

IQ

4. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß jede Demodulationsanordnung zwei Filteranordnungen mit Kapazitätsumschaltung (4,5) aufweist, die je eine sequentielle Probenahmeeinrichtung (6) und ein Filter mit schaltbaren Kondensatoren oder Kapazitäten (8) umfassen, dessen Probenahme- und Umschaltfrequenzen von der Frequenz eines Taktgebersignals abhängen, wobei die an die beiden Filteranordnungen gelegten Taktgebersignale jeweils das durch den zugeordneten Phasennachführkreis (10) erzeugte Bezugssignal und dieses gleiche von einem logischen Inverter (15) phasenverschobene Signale sind.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Phasennachführkreis einen spannungsgesteuerten Oszillator (13) umfaßt, der mittels eines Frequenzteilerelementes (12) so ausgelegt ist, daß er bei einer Frequenz gleich dem Doppelten der Mittelfrequenz des an diesen Kreis gelegten Signals schwingt, wobei das aus dem Oszillator stammende Signal dieses Bezugssignal bildet.

6. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jede Demodulationsanordnung an den Ausgang von Verstärker- und Filtereinrichtungen (2, 3) der empfangenen Signale angeschlossen ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Darstellungseinrichtungen der Veränderungen der komplexen Amplitude einen optischen Abtastaufzeichner (19) aufweisen, wobei die Aufzeichnungslichtstrahlintensität durch die Signale moduliert ist, welche repräsentativ für die Veränderungen jeder komplexen Amplitude als Funktion der Zeit sind.

8. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Darstellungseinrichtungen für die Veränderungen der komplexen Amplitude einen optischen Abtastaufzeichner (19) umfassen, wobei die Intensität des Aufzeichnungslichtbündels oder -lichtstrahls durch die Signale moduliert wird, welche repräsentativ für die Veränderungen jeder komplexen Amplitude als Funktion der Zeit sind, wobei die Vorrichtung ebenfalls einen Speicher (20) umfaßt, um die in jedem Augenblick durch die verschiedenen, vom Rechner bestimmten Amplituden genommenen Werte zu speichern; ^und daß Einrichtungen, die im Speicher nacheinander die Gesamtheit der Signale ablesen, welche repräsentativ für die Veränderungen jeder der komplexen Amplituden als Funktion der Zeit sind, vorgesehen sind.