DE3910906A1 - Verfahren zur richtungsbildung bei einer geschleppten akustischen unterwasserantenne - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Richtungsbildung bei einer geschleppten akustischen Unterwasserantenne der im Oberbegriff des Anspruchs 1 definierten Gattung.

Bei einem bekannten Verfahren dieser Art (DE 30 34 953 A1) werden von einem auf der Schleppkette liegenden Bezugspunkt aus die einzelnen Hydrophone fortlaufend gepeilt und aus den Peilungen und den Hydrophonabständen in der Schleppkette die relative Lage der Hydrophone bezüglich des Bezugspunktes in kartesischen Koordinaten berechnet. Aufgrund der nunmehr bekannten tatsächlichen momentanen Lage der einzelnen Hydrophone werden dann die üblicherweise aus Lotentfernung und Schallgeschwindigkeit im Wasser berechneten Zeitverzögerungen für die Ausgangssignale der geradlinig angeordnet angenommenen einzelnen Hydrophone korrigiert, wodurch die Richtpräzision der Unterwasserantenne unabhängig von der mehr oder weniger genauen geradlinigen Ausrichtung der Hydrophone in Schlepprichtung ist und nicht durch Seegang, Dünung oder Fahrmanöver des Schleppschiffes beeinträchtigt wird. Ein solches Verfahren erfordert einen großen signaltechnischen und rechnerischen Aufwand zur Peilung und Berechnung der wahren momentanen Hydrophonorte.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Richtungsbildung bei Unterwasserantennen zu schaffen, das bei hoher Richtpräzision signaltechnisch wesentlich einfacher zu realisieren ist und zudem die Möglichkeit eröffnet, gleichzeitig die bekannte Richtungszweideutigkeit der Unterwasserantenne bezüglich backbord und steuerbord zu eliminieren.

Die Aufgabe wird bei einem Verfahren der im Oberbegriff des Anspruchs 1 definierten Gattung erfindungsgemäß durch die Merkmale im Kennzeichenteil des Anspruchs 1 gelöst.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird nur durch Messung der Querauslenkung des in der Schleppkette in Schlepprichtung vordersten Hydrophons bezüglich der Schlepprichtung ein Bild von der tatsächlichen Lage der Schleppkette in jeder Phase des Schleppvorgangs erhalten. Dabei macht man sich die Erkenntnis zunutze, daß aufgrund des in Querrichtung im Vergleich zur Längsrichtung wesentlich größeren Strömungswiderstandes der Schleppkette die Schleppkette wie auf einer Schiene derart läuft, daß dem Anfangspunkt der gesamte Rest der Schleppkette hinterherläuft, wobei jedes Hydrophon auf der Schleppkette zu einem späteren Zeitpunkt den Ort des in Schlepprichtung vordersten Hydrophons einnimmt. Mißt man erfindungsgemäß die horizontale Querauslenkung des ersten Hydrophons fortlaufend in einem zeitlichen Abstand, der durch die Schleppgeschwindigkeit und den Hydrophonabstand in der Schleppkette bestimmt ist, und ordnet man jeden Meßwert in zeitlich richtiger Reihenfolge einem Hydrophon der Schleppkette zu, so hat man nach einer der Anzahl der Hydrophone in der Schleppkette entsprechenden Zahl von Messungen ein exaktes Abbild der tatsächlichen Lage der Schleppkette in der Horizontalebene. Dieses Lagebild wird mit jedem neuen Meßwert der Querauslenkung aktualisiert, und zwar dadurch, daß der neue Meßwert die Lage des in Schlepprichtung vordersten Hydrophons charakterisiert und die Zuordnung aller anderen Meßwerte um ein Hydrophon nach hinten verschoben wird. Der dem letzen Hydrophon zuvor zugeordnete Meßwert entfällt und wird durch den zuvor dem vorhergehenden Hydrophon zugeordneten Meßwert ersetzt. Mit der nunmehr für jedes Hydrophon in der Schleppkette in jedem Zeitpunkt bekannten Querauslenkung von der Schlepprichtung wird die üblicherweise für eine in Schlepprichtung gestreckte angenommene Schleppkette berechnete Richtcharakteristik korrigiert, so daß eine wesentlich höhere Richtpräzision für die Fälle erzielt wird, in welchen die Schleppkette mehr oder weniger von einer in Schlepprichtung gestreckten Linie abweicht. Seegang, Dünung oder Fahrmanöver des Schleppschiffes beeinflussen damit nicht mehr die Richtfunktion der Unterwasserantenne.

Vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens ergeben sich aus den Ansprüchen 2 bis 4.

Die Querauslenkung des in Schlepprichtung vordersten Hydrophons in der Schleppkette läßt sich in einfacher Weise aus dem Ausgangssignal eines Kompasses gewinnen, der in der Schleppkette im Bereich des vordersten Hydrophons angeordnet ist. Das Kompaß-Ausgangssignal wird hochpaßgefiltert, integriert und mit der Schleppgeschwindigkeit multipliziert. Durch Abtastung mit einer Abtastfrequenz, die durch den Quotienten aus Schleppgeschwindigkeit und Hydrophonabstand in der Schleppkette bestimmt ist, erhält man die erforderlichen Meßwerte der momentanen Querauslenkung.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren läßt sich eine Seitenkennung der Unterwasserantenne, d.h. eine Eliminierung ihrer Richtungs-Zweideutigkeit, in einfacher Weise dadurch realisieren, daß den Meßwerten, die eine Querauslenkung nach der einen Seite der Schlepprichtung repräsentieren, ein positives Vorzeichen und den Meßwerten, die eine Querauslenkung nach der anderen Seite der Schlepprichtung repräsentieren, ein negatives Vorzeichen zugeordnet wird und die mit dem Kosinus des Winkels zwischen der Akustik-Achse und der Querachse zur Schlepprichtung multiplizierten Meßwerte als Korrekturwerte bei Bildung einer zu der einen Seite der Schlepprichtung weisenden Richtcharakteristik zu den zugeordneten Lotentfernungen addiert und bei Bildung einer zur anderen Seite der Schlepprichtung weisenden Richtcharakteristik von den zugeordneten Lotentfernungen subtrahiert werden. Bei dieser Korrektur der für eine in Schlepprichtung gestreckt angenommenen Schleppkette ermittelten Lotentfernungen durch die Korrekturwerte werden die Hydrophon-Ausgangssignale zur Richtungsbildung nach der gewünschten Seite, z.B. backbord, der Schlepprichtung richtig kompensiert und zu der nicht gewünschten Seite, z.B. steuerbord, verstärkt fehlkompensiert. Damit wird für die gewünschte Seite der Schlepprichtung eine ideale Richtfunktion oder Richtcharakteristik und für die nicht gewünschte Seite eine gestörte Richtfunktion erhalten, die sich mit zunehmender Größe der Meßwerte einer Rundumcharakteristik nähert. Die Antenne besitzt damit Seitenkennung. Nur in dem einzigen Fall, daß alle Hydrophone in der Schleppkette tatsächlich in Schlepprichtung liegen, geht die Seitenkennung der Antenne vorübergehend verloren. Es muß daher dafür gesorgt werden, z.B. durch entsprechende Kursänderungen des Schleppschiffes oder durch Maßnahmen an der geschleppten Antenne selbst, daß die Schleppkette eine - wenn auch geringe - Querbewegung zur Schlepprichtung ausführt.

Eine Querbewegung der Schleppkette in der Horizontalebene wird gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung dadurch erzwungen, daß im Schleppstrang vor der Schleppkette mindestens eine Anströmzunge vorgesehen ist, deren Anstellwinkel zur Schlepprichtung motorisch veränderbar ist. Durch fortlaufende Verstellung des Anströmwinkels der Anströmzunge nach der einen und anderen Seite der Schlepprichtung hin, werden der Schleppkette leichte Kursschwankungen in der Horizontalebene aufgezwungen, so daß die Hydrophone in der Schleppkette zu keinem Zeitpunkt exakt in Schlepprichtung hintereinander aufgereiht sind.

Da Drehbewegungen der Antenne um ihre Längsachse beim Schleppen nicht ausgeschlossen werden können, ist gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung vor oder hinter der ersten Anströmzunge eine gleichartige zweite Anströmzunge vorgesehen, die um eine Schwenkachse, die etwa rechtwinklig zur Schwenkachse der ersten Anströmzunge ausgerichtet ist, motorisch gedreht werden kann. Den Anströmzungen zugeordnete Lagesensoren und eine Schaltmimik sorgen dafür, daß immer nur diejenige Anströmzunge angetrieben wird, deren Schwenkachse momentan den kleinsten Winkel zur Vertikalen einschließt. Auf diese Weise wird dafür Sorge getragen, daß die erzwungenen Querbewegungen der Schleppkette zur Schlepprichtung annähernd in der Horizontalebene - und nicht in der Vertikalebene - liegen.

Die Erfindung ist anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels im folgenden näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer von einem Schleppschiff geschleppten Unterwasserantenne,

Fig. 2 ein Blockschaltbild einer Vorrichtung zur Richtungsbildung bei der Unterwasserantenne in Fig. 1,

Fig. 3 einen Längsschnitt eines Anströmzylinders im Schleppstrang der Unterwasserantenne in Fig. 1, schematisch dargestellt,

Fig. 4 eine Skizze der Hydrophonanordnung in der Unterwasserantenne zur Erläuterung der Richtungsbildung.

Fig. 1 zeigt schematisch in Draufsicht eine von einem Schiff 10 geschleppte akustische Unterwasser-Empfangsantenne, kurz Unterwasserantenne 11 genannt. Der Schleppstrang der Unterwasserantenne 11 weist einen akustisch wirksamen Teil, die sog. Schleppkette 12, und einen akustisch unwirksamen Teil, das sog. Schlepp- oder Zugseil 14, auf. In der Schleppkette 12 ist eine Anzahl n von Hydrophonen 13 mit gleichem Abstand d voneinander angeordnet. Die Hydrophone 13 sind dabei üblicherweise in einem flexiblen Schlauch untergebracht und über elektrische Verbindungskabel, die im Inneren des Schlauches und im Inneren des Zugseils 14 verlaufen mit einem im Schiff 10 angeordneten Empfänger 15 verbunden. Vor dem in Schlepprichtung 18 vordersten Hydrophon 131 ist ein Kompaß 16 und ein Anströmzylinder 17 angeordnet. Der Anströmzylinder 17 dient, wie im einzelnen noch beschrieben wird, zur Erzwingung von leichten Kursschwankungen der Schleppkette 12 in der Horizontalebene quer zur Schlepprichtung 18 und der Kompaß 16 zur Messung der Querauslenkung des in Schlepprichtung 18 vordersten Hydrophons 131 von der Schlepprichtung 18 infolge der Kursschwankungen der Schleppkette 12.

Bei dieser Unterwasserantenne 11 wird eine Richtfunktion oder Richtcharakteristik mit einem vorgegebenen Winkel ϑ der Achse größter akustischer Empfindlichkeit der Richtcharakteristik, auch Akustik-Achse 20 genannt, gegenüber einer Querachse 19 zur Schlepprichtung 18 (vgl. Fig. 4) wie folgt gebildet:
Zu der unter dem vorgegebenen Winkel ϑ ausgerichteten Akustik-Achse 20 wird eine fiktive Bezugslinie 21 festgelegt, die rechtwinklig zur Akustik-Achse 20 verläuft. Nunmehr werden die Lotentfernungen l _i der n Hydrophone (i=1,2, . . ., n) in der in Schlepprichtung 18 gestreckt angenommenen Schleppkette 12 zu ihren Lotpunkten auf der Bezugslinie 21 berechnet. Diese Lotentfernungen l _i (i=1,2, . . . n) lassen sich mit dem bekannten Hydrophonabstand d in der Schleppkette 12 und dem Winkel ϑ der Akustik-Achse 20 bestimmen, und zwar bei nach voraus weisender Akustik-Achse 20 gemäß:

l _i = (n-i) d · sin ϑ (1)

und bei nach achtern weisender Akustik-Achse 20 gemäß

l _i = (n -1) d · sin ϑ (2)

wobei i=1,2, . . ., n die Ordnungszahl der Hydrophone 13, beginnend von dem in Schlepprichtung 18 vordersten Hydrophon 131, und n die Gesamtzahl der Hydrophone 13 ist.

Während des Schleppvorgangs wird die horizontale Querauslenkung des in Schlepprichtung 18 vordersten Hydrophons 131 bezüglich der Schlepprichtung 18 in Zeitintervallen T fortlaufend gemessen und abgespeichert. Das Zeitintervall T ist durch den Quotienten aus Hydrophonabstand d in der Schleppkette 12 und Schleppgeschwindigkeit v bestimmt, so daß die Meßtaktfrequenz f=v/d beträgt. Die einzelnen Meßwerte werden als Speicherwerte s _i den n Hydrophonen 13 in ihrer durch die Schleppkette 12 festgelegten Reihenfolge derart zugeordnet, daß der zuletzt abgespeicherte Speicherwert s ₁ dem in Schlepprichtung 18 vordersten Hydrophon 131 (i=1) und der Speicherwert s _n , der vor einer der Anzahl n der Hydrophone 13 in der Schleppkette 12 entsprechenden Zahl von Speichertakten T abgespeichert worden ist, dem in Schlepprichtung 18 letzten Hydrophon 13 (i=n) zugeordnet ist. Mit jedem neuen Meßtakt wird die Zuordnung der Speicherwerte s _i um einen Speicherwert verschoben, wobei immer der neueste Meßwert als Speicherwert s ₁ dem vordersten Hydrophon 131 (i=1) zugeordnet wird und der älteste Speicherwert s _n ausgespeichert wird. Speicherwerte s _i , die eine Querauslenkung des in Schlepprichtung 18 vordersten Hydrophons 131 nach der einen Seite der Schlepprichtung 18, z.B. backbord, repräsentieren, wird ein positives Vorzeichen, und den Speicherwerten s _i , die eine Querauslenkung nach der anderen Seite der Schlepprichtung, z.B. steuerbord, repräsentieren, wird ein negatives Vorzeichen zugeordnet.

Aus den Speicherwerten s _i werden nunmehr Korrekturwerte Δ l _i für die Lotentfernungen l _i der Hydrophone 13 dadurch berechnet, daß diese mit dem Kosinus des Winkels ϑ multipliziert werden, gemäß

Δ l _i = s _i · cos ϑ (3).

Nunmehr werden alle Korrekturwerte Δ l _i einmal zu den zugehörigen Lotentfernungen l _i hinzuaddiert und einmal von den zugehörigen Lotentfernungen l _i subtrahiert. Die Ergebnisse werden mit dem Kehrwert der Schallgeschwindigkeit c im Wasser multipliziert, wodurch sich Zeitverzögerungen τ _i bzw. τ* _i gemäß nachstehenden Gleichungen ergeben:

τ _i = 1/c · (l _i + Δ l _i ) (4),

τ* _i = 1/c · (l _i -Δ l _i ) (5).

Zur Richtungsbildung mit einer nach der einen Seite der Schlepprichtung 18, z.B. backbord, weisenden Richtcharakteristik werden alle Hydrophon-Ausgangssignale um die zugehörige Verzögerungszeit τ _i verzögert und die verzögerten Ausgangssignale summiert. Zur Bildung einer nach der anderen Seite, z.B. steuerbord, weisenden Richtcharakteristik werden alle Hydrophon-Ausgangssignale um die zugehörige Verzögerungszeit τ* _i verzögert und die verzögerten Ausgangssignale summiert. In beiden Fällen erhält man eine Richtcharakteristik mit hoher Richtpräzision und eindeutiger Seitenkennung.

Nimmt man umgekehrt eine Vorzeichenzuordnung der Speicherwerte s _i in der Weise vor, daß Speicherwerte s _i , die eine Querauslenkung nach steuerbord repräsentieren, ein positives Vorzeichen und Speicherwerte s _i , die eine Querauslenkung nach backbord repräsentieren, ein negatives Vorzeichen erhalten, so sind alle Hydrophon-Ausgangssignale zur Bildung einer Steuerbord-Richtcharakteristik um die Verzögerungszeiten τ _i und bei Bildung einer Backbord-Richtcharakteristik um die Verzögerungszeiten τ* _i zu verzögern.

Zur Gewinnung der Speicherwerte s _i werden die Änderungen des Ausgangssignals vom Kompaß 16 integriert und mit einer der Schleppgeschwindigkeit v entsprechenden Konstanten multipliziert. Das so erhaltene zeitkontinuierliche Signal s(t)

s(t) = ∫v · α (t) dt (6)

wird mit Meßtaktfrequenz f abgetastet und die Abtastwerte s _i den Hydrophonen 13 in der beschriebenen Weise zugeordnet.

Eine Vorrichtung zur Durchführung des vorstehend beschriebenen Verfahrens ist in Fig. 2 im Blockschaltbild dargestellt. Bis auf die Schleppkette 12 mit Hydrophonen 13 und Kompaß 16 sind alle Bauteile in dem bordseitigen Empfänger 15 integriert. Die Vorrichtung weist eine an dem Ausgang des Kompasses 16 angeschlossene Meßeinrichtung 22 zur Messung der horizontalen Querauslenkung des in der Schleppkette 12 in Schlepprichtung 18 vordersten Hydrophons 131 auf. Diese Meßeinheit 22 besteht aus einem am Ausgang des Kompasses 16 angeschlossenen Hochpaßfilter 23, einem diesen nachgeschalteten Integrator 24, einer an diesem angeschlossenen Multiplizierstufe 25, in welcher eine Multiplikation des Eingangssignals mit der Schleppgeschwindigkeit v durchgeführt wird, und einem der Multiplizierstufe 25 nachgeschalteten Analog-Digital-Wandler 26. Der Ausgang des A/D-Wandlers 26 ist an dem Speichereingang S _in eines Schieberegisters 27 angeschlossen, das eine der Anzahl n der Hydrophone 13 in der Schleppkette 12 entsprechende Anzahl n von Speicherplätzen und damit eine gleiche Anzahl n von parallelen Ausgängen aufweist. Am Takteingang "Takt" des Schieberegisters 27 werden Einschreibimpulse mit einer Frequenz f angelegt, die durch den Quotienten aus der Schleppgeschwindigkeit v und dem Hydrophonabstand d in der Schleppkette 12 bestimmt ist.

Das Ausgangssignal des Kompasses 16 wird in der Meßeinheit 22 hochpaßgefiltert, integriert und mit der Schleppgeschwindigkeit v multipliziert. Der mit dem Einschreibtakt des Schieberegisters 27 eine Abtasteinheit bildende A/D-Wandler 26 tastet das am Ausgang der Multiplizierstufe 25 anstehende zeitkontinuierliche Signal s(t), das die horizontale Querauslenkung des in der Schleppkette 12 vordersten Hydrophons 131 repräsentiert, mit der Taktfrequenz f ab, wobei die Abtastwerte gleichzeitig digital gewandelt und als Speicherwerte s _i in das Schieberegister 27 eingeschrieben werden. Durch die bekannte Funktion des Schieberegisters 27 werden mit jedem neu eingeschriebenen Speicherwert s _i alle Speicherwerte um einen Speicherplatz weitergeschoben, so daß nach n Einschreibimpulsen das Schieberegister 27 gefüllt ist. Bei jedem weiteren Einschreibvorgang wird ein neuer Speicherwert s _i auf den ersten Speicherplatz eingeschrieben und im letzten Speicherplatz der alte Speicherwert überschrieben. An den mit 1 bis n gekennzeichneten Ausgängen des Schieberegisters 27 stehen damit stets Speicherwerte s _i an, welche die Auslenkungen der Hydrophone 13 (i=1,2, . . ., n) von der Schlepprichtung 18 repräsentieren. Der Speicherinhalt des Schieberegisters 27 stellt also in jedem Zeitpunkt des Schleppvorgangs ein Abbild der momentanen Lage der Schleppkette 12 dar.

An den n parallelen Ausgängen des Schieberegisters 27 ist ein Rechner 28 mit seinen n Eingängen 29 angeschlossen, der noch einen weiteren Eingang 30 und einen ersten und zweiten Ausgang 31 und 32 aufweist. Über den Eingang 30 wird dem Rechner der Winkel für die gewünschte Richtung mit Kennung für Blickrichtung nach voraus oder achteraus und Seitenkennung (backbord oder steuerbord) eingegeben. Der Rechner 28 berechnet gemäß den vorstehend angegebenen Gleichungen (1) bis (5) die Zeitverzögerungen τ _i (für Backbord-Richtcharakteristik) und τ* _i (für Steuerbord-Richtcharakteristik). i repräsentiert die Ordnungszahl der Hydrophone 13 ausgehend vom in Schlepprichtung 18 vordersten Hydrophon 131. Die bei der Berechnung benötigten Speicherwerte s _i werden an den parallelen Ausgängen i=1,2, . . ., n des Schieberegisters 27 abgenommen. Die berechneten Verzögerungszeiten τ _i stehen an dem ersten Ausgang 31 und die Verzögerungszeiten τ* _i an dem zweiten Ausgang 32 des Rechners 27 an.

Der erste Ausgang 31 ist mit einem Backbord-Richtungsbildner 33 und der zweite Ausgang 32 mit einem Steuerbord-Richtungsbildner 34 verbunden. Außerdem sind die beiden Richtungsbildner 33, 34 mit den Hydrophonen 13 in der Schleppkette 12 verbunden. In jedem Richtungsbildner 33, 34 werden nunmehr die Ausgangssignale der n Hydrophone 13 um die vom Rechner 28 gelieferten Verzögerungszeiten τ _i bzw. τ* _i verzögert und die verzögerten Signale in bekannter Weise ggf. nach Amplitudenbewertung summiert. Die Zuordnung von Ausgangssignal des i-ten Hydrophons 13 und Zeitverzögerungszeit τ _i bzw. τ* _i erfolgt entsprechend der Ordnungszahl i=1,2, . . ., n.

Die Ausgangssignale der Richtungsbildner 33, 34 können in bekannter Weise weiter verarbeitet werden. Soll beispielsweise eine Zieldetektion und -peilung durchgeführt werden, so werden die Ausgangssignale der Richtungsbildner 33, 34 jeweils einem Peilrechner 35, 36 zugeführt. Im Peilrechner 35 bzw. 36 wird die Signalamplitude für jede gebildete Richtfunktion oder Richtcharakteristik mindestens mit einer adaptiven Schwelle verglichen. Wird die Schwelle überschritten, so wird in einer Anzeige 37 unter der vorgegebenen Richtung ϑ der Richtcharakteristik eine Zielpeilung ausgegeben.

Um eine Seitenkennung der Unterwasserantenne bei der Richtungsbildung zu allen Zeitpunkten sicherzustellen, muß dafür gesorgt werden, daß die Schleppkette 12 mit den Hydrophonen 13 niemals gestreckt in Schlepprichtung 18 liegt, sondern immer leichte Kursschwankungen gegenüber der Schlepprichtung 18 aufweist. Solche Kursschwankungen können z.B. dadurch erreicht werden, daß in das Ruderwerk des Schleppschiffes Kursschwankungen einprogrammiert werden, so daß das Schleppschiff keine absolut geradlinige Fahrt ausführen kann. Bei der eingangs beschriebenen Unterwasserantenne wird auf einen solchen Eingriff beim Schleppschiff 10 verzichtet und statt dessen die Kursschwankungen der Schleppkette 12 durch den bereits erwähnten Anströmzylinder 17 realisiert, der zwischen Zugseil 14 und Schleppkette 12 angeordnet ist.

Ein Längsschnitt des Anströmzylinders 17 ist in Fig. 3 schematisch dargestellt. Der hohlzylindrische Anströmzylinder 17 weist in seinem Zylindermantel 40 zwei Paare von Anströmfenstern auf. Die beiden Paare sind in Achsrichtung hintereinander angeordnet, und die Achsen der beiden Fensterpaare sind rechtwinklig zueinander ausgerichtet, so daß in Fig. 3 von den beiden Fensterpaaren lediglich das aus dem Anströmfenster 41 und 42 bestehende Fensterpaar zu sehen ist. Im Inneren des Anströmzylinders 17 sind Anströmkeile 43, 44 angeordnet, die den Bereich der Anströmfenster 41, 42 in Achsrichtung abschließen und zwischen den Anströmfenstern 41, 42 eine reduzierte Öffnung 45 freigeben, durch welche hindurch eine Anströmzunge 46 hindurchgeschwenkt werden kann. Öffnung 45 und Anströmzunge 46 sind so angeordnet, daß die Anströmflächen 47, 48 der Anströmzunge 46 rechtwinklig zu den Fensterachsen der Anströmfenster 41, 42 ausgerichtet sind. Die Anströmzunge 46 ist um eine zu den Anströmflächen 47, 48 parallele Schwenkachse 49 schwenkbar angeordnet und mit einem Schwenkantrieb 50 gekoppelt. Der Schwenkantrieb 50 kann beispielsweise aus einer von einem Elektromotor 51 getriebenen Spindel 52 bestehen, auf der eine Muffe 53 verschraubt ist. Die Muffe 53 ist gelenkig mit einem mit der Anströmzunge 46 starr verbundenen Schwenkarm 54 verbunden. Je nach Drehrichtung des Motors 51 bewegt sich die Muffe 53 auf der Spindel 52 zum Motor 51 hin oder vom Motor 51 weg, wodurch die Anströmzunge 46 zum einen oder anderen Anströmfenster 41 bzw. 42 hin mehr oder weniger verschwenkt wird. Dadurch wird der Anstellwinkel der Anströmzunge 46 bezüglich der Strömungsrichtung verändert, und durch die von der Anströmzunge freigegebene Öffnung 45 wird ein Teilstrom des am Anströmzylinder vorbeifließenden Wassers strömen. Dadurch wird von der Strömung eine Querkomponente auf den Anströmzylinder 46 ausgeübt, die eine Auslenkung des Anströmzylinders 17 von der Schlepprichtung 18 bewirkt.

Durch kontinuierliches Hin- und Herbwegen der Anströmzunge 46 werden dabei Schwankungen des Anströmzylinders 17 nach beiden Seiten der Schlepprichtung 18 erzeugt.

Der Bereich des zweiten nicht zu sehenden Paares von Anströmfensters 41, 42 ist in gleicher Weise durch Anströmkeile bis auf eine öffnung 45′ abgesperrt. Durch die Öffnung 45′ wird in gleicher Weise eine gleiche Anströmzunge 46′ mit den Anströmflächen 47′ und 48′ hindurchgeschwenkt. Der Aufbau der Anströmzunge 46′ mit Schwenkantrieb 50′ ist identisch wie beschrieben, nur ist die gesamte Anordnung gegenüber der beschriebenen um 90° um die Zylinderachse gedreht.

Nicht dargestellt sind Lagesensoren, welche so eingebaut sind, daß sie ein Ausgangssignal ausgeben, wenn die zugeordnete Anströmzunge 46 bzw. 46′ sich im wesentlichen in einer Vertikallage befindet, d.h. ihre Schwenkachse 49 bzw. 49′ weitgehend vertikal liegt. Jeweils ein Lagesensor ist der Anströmzunge 46 bzw. der Anströmzunge 46′ zugeordnet. Eine Schaltmimik sorgt dafür, daß jeweils nur die Anströmzunge 46 bzw. 46′ von dem Schwenkantrieb 50 bzw. 50′ angetrieben wird, deren Schwenkachse 49 bzw. 49′ die geringste Abweichung von der Vertikalen hat. Auf diese Weise wird bei Rollbewegungen der Schleppkette 12 um ihre Längsachse sichergestellt, daß nur diejenige Anströmzunge 46 bzw. 46′ geschwenkt wird, deren Anströmflächen 47, 48 bzw. 47′, 48′ in etwa vertikal stehen und damit Kursschwankungen der Schleppkette 12 ausschließlich in der Horizontalebene - und nicht in der Vertikalebene - auslöst.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist nicht auf das beschriebene Ausführungsbeispiel beschränkt. So ist das Schieberegister nur als Beispiel für einen beliebigen Speicher gewählt, der so organisiert ist, daß er die Funktion eines Schieberegisters besitzt. Dies kann beispielsweise durch Umspeicherung der abgespeicherten Speicherwerte mit jedem Einschreiben eines neuen Speicherwerts oder durch Umadressierung der Speicherplätze bei jedem Einschreibvorgang erreicht werden. Wichtig ist nur, daß die in festgelegter Reihenfolge abgespeicherten Speicherwerte der durch die Schleppkette festgelegten Reihenfolge der Hydrophone in der beschriebenen Weise richtig zugeordnet werden, so daß bei der Richtungsbildung immer der zuletzt abgespeicherte Speicherwert das Ausgangssignal des in Schlepprichtung in der Schleppkette vordersten Hydrophons beeinflußt und die in zeitlicher Reihenfolge zuvor abgespeicherten Speicherwerte die Ausgangssignale der in der Schleppkette folgenden Hydrophone.

Claims (12)

1. Verfahren zur Richtungsbildung bei einer geschleppten akustischen Unterwasserantenne mit einer Anzahl von in einer Schleppkette in festem Abstand voneinander aufgereihten Hydrophonen, bei welchem die Richtcharakteristik der Antenne durch Zeitverzögerung der Hydrophon-Ausgangssignale und durch Summierung der zeitverzögerten Hydrophon-Ausgangssignale gebildet wird, wobei die für die einzelnen Hydrophon-Ausgangssignale erforderlichen Zeitverzögerungen in der Weise berechnet werden, daß die Lotentfernungen der den Hydrophon-Ausgangssignalen zugehörigen Hydrophone in der in Schlepprichtung gestreckt angenommenen Schleppkette zu ihren Lotpunkten auf einer quer zur Achse der Richtcharakteristik (Akustik-Achse) verlaufenden Bezugslinie durch die Schallgeschwindigkeit im Wasser dividiert werden, dadurch gekennzeichnet, daß die momentane horizontale Querauslenkung des in der Schleppkette (12) in Schlepprichtung (18) vordersten Hydrophons (131) bezüglich der Schlepprichtung (18) mit einer Taktfrequenz (f), die durch den Quotienten aus Schleppgeschwindigkeit (v) und Hydrophonabstand (d) in der Schleppkette (12) bestimmt ist, erfaßt und abgespeichert wird und daß die Lotentfernungen (l _i) der einzelnen Hydrophone (13) vor Berechnung der Zeitverzögerungen (τ _i ) für ihre Ausgangssignale mit den Speicherwerten (s _i ) korrigiert werden, wobei aufeinanderfolgend abgespeicherte Speicherwerte (s _i ) den Hydrophonen (13) in ihrer in der Schleppkette (12) festgelegten Reihenfolge so zugeordnet werden, daß der zuletzt abgespeicherte Speicherwert (s ₁) die Lotentfernung (l ₁) des in der Schleppkette (12) in Schlepprichtung (18) vordersten Hydrophons (131) und der vor einer der Anzahl (n) der Hydrophone (13) in der Schleppkette (12) entsprechenden Zahl von Speichertakten abgespeicherte Speicherwert (s _n ) die Lotentfernung (l _n) des in Schlepprichtung (18) letzten Hydrophons (13) korrigiert.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Korrektur in der Weise vorgenommen wird, daß den Speicherwerten (s _i ), die eine Querauslenkung nach der einen Seite der Schlepprichtung (18) repräsentieren, ein positives Vorzeichen und den Speicherwerten (S _i ), die eine Querauslenkung nach der anderen Seite der Schlepprichtung (18) repräsentieren, ein negatives Vorzeichen zugeordnet wird und daß die mit dem Kosinus des Winkels (ϑ) zwischen der Akustik-Achse (20) und der Querachse (21) zur Schlepprichtung (18) multiplizierten Speicherwerte (s _i ) als Korrekturwerte (Δ l _i) bei Bildung einer zur einen Seite der Schlepprichtung (18) weisenden Richtcharakteristik zu den zugeordneten Lotentfernungen (l _i) addiert und bei Bildung einer quer zur anderen Seite der Schlepprichtung (18) weisenden Richtcharakteristik von den zugeordneten Lotentfernungen (l _i) subtrahiert werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Querauslenkung zeitkontinuierlich gemessen und das Meßsignal mit Taktfrequenz (f) abgetastet und die Abtastwerte (s _i ) abgespeichert werden.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß zur Gewinnung des Meßsignals die zeitlichen Änderungen des Ausgangssignals eines in der Schleppkette (12) im Bereich des in Schlepprichtung (18) vordersten Hydrophons (131) angeordneten Kompasses (16) integriert und mit der Schleppgeschwindigkeit (v) multipliziert wird.

5. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch eine die Querauslenkung des in der Schleppkette (12) in Schlepprichtung (18) vordersten Hydrophons (131) von der Schlepprichtung (18) fortlaufend erfassende Meßeinheit (22), die ein zeitkontinuierliches Meßsignal ausgibt, durch eine Abtasteinheit (26), die das Meßsignal mit Taktfrequenz (f) abtastet und Abtastwerte (s _i ) ausgibt, die bei Querauslenkung nach der einen Seite der Schlepprichtung (18) ein positives und bei Querauslenkung nach der anderen Seite ein negatives Vorzeichen aufweisen, durch einen mit der Abtasteinheit (26) verbundenen Speicher (27), der eine der Anzahl der Hydrophone (13) in der Schleppkette (12) entsprechende Zahl von Speicherplätzen hat und so organisiert ist, daß mit jedem Einschreibtakt jeder in einem Speicherplatz enthaltene Speicherwert (s _i ) auf den in der Umspeicherkette nachfolgenden Speicherplatz umgespeichert, der in dem in der Umspeicherkette letzten Speicherplatz enthaltene Speicherwert (s _n ) ausgespeichert und ein neuer Abtastwert (s ₁) in den in der Umspeicherkette ersten Speicherplatz eingeschrieben wird, durch einen mit dem Speicher (27) verbundenen Rechner (28), der einerseits aus dem Hydrophonabstand (d) in der Schleppkette (12) und aus der jeweils vorgegebenen Lage der Akustik-Achse (20) die den einzelnen Lotentfernungen (l _i) zuzuordnenden Korrekturwerte (Δ l _i) berechnet, für jede Lotentfernung (l _i) und zugeordneten Korrekturwert (Δ l _i) eine Addition und eine Subtraktion durchführt und an einem ersten Ausgang (31) aus dem Additionsergebnis sich ergebenden Zeitverzögerungen (τ _i ) und an einem zweiten Ausgang (32) aus dem Subtraktionsergebnis sich ergebende Zeitverzögerungen (τ* _i ) für jedes Hydrophon (13) ausgibt, wobei die Zuordnung der Korrekturwerte (Δ l _i) dadurch festgelegt ist, daß den in der Schleppkette (12), ausgehend von dem in Schlepprichtung (28) vordersten Hydrophon (131), aufeinanderfolgenden Hydrophonen (13) die in der Umspeicherkette, ausgehend von dem ersten Speicherplatz, aufeinanderfolgenden Speicherplätze des Speichers (27) zugeteilt sind, und durch einen an dem ersten Ausgang (31) angeschlossenen ersten Richtungsbildner (33) und einen an dem zweiten Ausgang (32) angeschlossenen zweiten Richtungsbildner (34), die jeweils die Ausgangssignale der Hydrophone (13) um die am ersten bzw. zweiten Ausgang (31 bzw. 32) des Rechners (28) abgenommenen Zeitverzögerungswerte (τ _i bzw. t* _i ) verzögern und die verzögerten Ausgangssignale aufsummieren.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßeinheit (22) einen in der Schleppkette (12) im Bereich des in Schlepprichtung (18) vordersten Hydrophons (131) angeordneten Kompaß (16), einen über ein Hochpaßfilter (23) mit dem Kompaßausgang verbundenen Integrator (24) und eine diesem nachgeschaltete Multiplizierstufe (25) aufweist, die das Integrator-Ausgangssignal mit einer der Schleppgeschwindigkeit (v) entsprechenden Konstanten multipliziert.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Abtasteinheit einen Analog-Digital-Wandler (26) aufweist.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, gekennzeichnet durch eine Einrichtung (17) zur Erzwingung einer Horizontalbewegung der Schleppkette (12) quer zur Schlepprichtung (18).

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß im Schleppstrang (14, 12) vor der Schleppkette (12) mindestens eine Anströmzunge (46, 46′) vorgesehen ist, deren Anstellwinkel zur Schlepprichtung (18) motorisch veränderbar ist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß vor oder hinter der ersten Anströmzunge (46) eine zweite, motorisch verstellbare Anströmzunge (46′) angeordnet und mit ihrer Schwenkachse (49′) etwa rechtwinklig zur Schwenkachse (49) der ersten Anströmzunge (46) ausgerichtet ist.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Anströmzungen (46, 46′) in einem Anströmzylinder (17) angeordnet sind und daß im Zylindermantel (40) im Bereich der Anströmzungen (46, 46′) paarweise gegenüberliegende Anströmfenster (41, 42) derart angeordnet sind, daß ihre radialen Achsen quer zu den Anströmflächen (47, 48, 47′, 48′) der zugeordneten Anströmzungen (46, 46′) ausgerichtet sind.

12 . Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Anströmzylinder (17) im Schleppstrang (14, 12) unmittelbar der Schleppkette (12) vorgeordnet ist.