DE1566847B2 - Verfahren und Vorrichtung zur Abtastung mehrerer Informationskanäle, insbesondere zur Richtungsbestimmung von Schallwellen oder zur Messung des Dopplereffektes bei der Schallübertragung - Google Patents
Verfahren und Vorrichtung zur Abtastung mehrerer Informationskanäle, insbesondere zur Richtungsbestimmung von Schallwellen oder zur Messung des Dopplereffektes bei der SchallübertragungInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Abtastung von η Informationskanälen
mit Empfangscharakteristiken R1 = Z1 (x), R2 = /2 W
... Rn = f„(x), wobei sich drei oder mehr'Empfangscharakteristiken überlappen, so daß drei oder mehr
Informationskanäle die von einem Signal S der Lage χ herrührenden Empfangsspannungen M0 (x), h,,(x),
mc(x) ... «p(x) liefern, die so ausgewertet werden, daß
interpolierend zwischen den Empfangsspannungen ua(x)... up{x) die genaue Lage χ des Signals S festgestellt
wird, insbesondere zur Richtungsbestimmung von Schallwellen oder zur Messung des Dopplereffektes.
Es sind schon verschiedene Verfahren und Vorrichtungen zur Abtastung derartiger Gruppen von
Informationskanälen und zur Interpolation der von den Kanälen gelieferten Informationswerte bekannt.
So hat man beispielsweise zur Abtastung und gleichzeitigen Interpolation Speziairöhren mit einer
der Zahl der Kanäle entsprechenden Zahl von Gittern vorgesehen, in welchen durch einen umlaufenden
fokussierten Elektronenstrahl nacheinander jeweils drei Gitter benachbarter Informationskanäle
aufgeschaltet werden. Dabei ist die Zeit des Auftretens des Maximums des Anodenstromes in bezug
auf einen vorgegebenen Zeit-Nullpunkt eine Funktion der x-Lage des Liniensignals. Die Verwendung
einer solchen Abtast- und Interpolationsröhrc hat aber sowohl bauliche als auch betriebliche Nachteile.
Eine Änderung der Kanalzahl oder eine Änderung der Empfangscharakteristik macht eine völlige Neukonstruktion
erforderlich. Es ist nicht möglich, die Zahl der Kanäle durch Hinzufügen weiterer Abtastglieder
zu erhöhen. Auch ist die Abtaströhre wegen ihrer jeweiligen Konstruktion an eine bestimmte
Empfangscharakteristik gebunden. Der mechanische Aufbau der Röhre, insbesondere der Gitter, führt zu
einer unerwünscht großen Raumbeanspruchung und einer Beeinträchtigung der Betriebssicherheit. Insbesondere
sind die Forderungen an Schockfestigkeit, Vibrationsfestigkeit und Langzeitkonstanz, d.h. Funktionsfähigkeit
mit den geforderten Eigenschaften ohne Wartung und Justierung über lange Zeit, nicht befriedigend
zu erfüllen. Es ist auch nicht möglich, alle Gitter identisch zu machen, so daß die Kanäle in
ihren Eigenschaften voneinander abweichen. Wenn somit eine genaue Interpolation erreicht werden soll,
müssen für jeden Kanal Abgleichelemente vorgesehen werden. Ein solcher Abgleich ist bei einer größeren
Anzahl von Kanälen langwierig und fehleranfällig.
Es ist ferner bekannt, zur Abtastung und Interpolation einen Spezialdrehkondensator zu verwenden,
der mit einer Kreisgruppe von Kondensatorbelegungen entsprechend der Zahl der Informationskanäle
versehen ist.
Auch ein solcher Spezialkondensator ist nur für eine bestimmte Zahl von Informationskanälen zu
gebrauchen und hat daher im wesentlichen die gleichen Nachteile wie die beschriebene Abtaströhre, Insbesondere
ist aber die Kapazität bei mechanischen Erschütterungen Veränderungen unterworfen, was
eine Störspannung mit der Vibrationsfrequenz zur Folge hat. Auch ist der kapazitive Abtaster nicht für
die Abtastung von Gleichspannungen geeignet.
Um eine einfache Anpassung an eine verschieden große Anzahl von Informationskanälen und an verschiedenartige
Empfangscharakteristiken zu ermöglichen, hat man zum Abtasten und Interpolieren eine
der Zahl der Informationskanäle entsprechende Zahl von Verstärkern verwendet, die von um eine bestimmte
Zeit T gegeneinander verschoben, nach einem vorgegebenen Zeitgesetz sich ändernden Steuerspannungen
beeinflußt werden. Auch bei diesem bekannten Abtast- und Interpolationsverfahren entsteht
jedoch der schwerwiegende Nachteil wie bei allen bisher bekannten Verfahren, daß besondere
Abgleichelemente für die einzelnen Informationskanäle erforderlich sind, um gleiche Eigenschaften
hinsichtlich der Interpolation für alle Kanäle zu gewährleisten. Ferner können steuerbare Verstärker
kaum für einen Frequenzbereich von Null bis zu hohen Frequenzen ausgelegt werden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung der eingangs gekennzeichneten
Art zu schaffen, die eine einfache Anpassung an jede beliebige Zahl von Eingangskanälen und an jede beliebige Empfangscharakte-
ristik ermöglicht, dabei einen hohen Grad von Betriebssicherheit durch schock- und vibrationsfesten
Aufbau, eine langzeitige Funktionsfähigkeit ohne Wartung und Justierung gewährleistet und identische
Eigenschaften für alle Informationskanäle ohne Ver-Wendung von Abgleichelemenlcn ergibt. Ferner soll
es möglich sein, breitbandige Signale von/ = O Hertz bis zu hohen Frequenzen abzutasten sowie die Reihenfolge
und Geschwindigkeit des Ablastcns zu ändern. Diese Forderungen lassen sich erfindungsgemäß
dadurch erfüllen, daß die Empfangsspannungen m,,(x) ...M„(x) zunächst ohne Interpolation nacheinander
abgetastet und sodann in einem gemeinsamen Interpolator interpoliert werden. Dazu werden Empfangsspannungen
ii„(x), M/,(x) und uc(x) aus jeweils
drei oder mehr Informationskanälen zunächst bei Abtastung ohne Interpolation mit für alle Abtastungen
gleichbleibenden, der Form und der gegenseitigen Lage der Empfangscharakteristiken angepaßten Zeitfunktionen
g„(f), g;,(i), gc{t) multipliziert, dann diese
Produkte addiert und der Zeitpunkt (I111) das Maximumdurchganges
der sich ergebenden Summenfunktion
U{t) = Mn(X) · gfl(f)
gfc(i) + MC(X) ■ gc(f)
gemessen und an einer Zeitskala als Maß für die Lage χ angezeigt.
Dabei wird vorteilhaft zur Abtastung der drei oder mehr Informationskanäle ein die Empfangsspannungen
Μα(χ), Μ,,(χ), uc(x) auf Multiplikatoren gebendes
elektronisches nicht interpolierendes Schaltwerk vorgesehen. Schalter lassen sich genügend genau
gleichmachen, ohne Abgleichelemente zu verwenden. Bei elektronischen Schaltern, im Gegensatz zu mechanischen
Schaltern, z. B. Drehwählern, kann die Technik der integrierten Schaltungen angewendet werden,
um dadurch ein hohes Maß an Zuverlässigkeit, Schockfestigkeit, Vibrationsfestigkeit, Langzeitkonstanz
usw. bei kleiner Baugröße zu erreichen. Die Schalter arbeiten ferner breitbandig von / = 0 Hertz
bis zu höchsten Frequenzen. Zur Vergrößerung der Kanalzahl müssen lediglich mehr Schalter parallel
gelegt werden. Da die Interpolation von einer für alle Informationskanäle gleichen Einrichtung vorgenommen
wird, gehen die Streuungen solch einer Inter-
polationseinrichtung nicht in die Genauigkeit der
Interpolation ein. Bei einer Änderung der Empfangscharakteristik oder der Abtastfrequenz ist lediglich
der Interpolator zu ändern, während das Schalt-
werk unverändert bleibt. Durch Änderung der Reihenfolge des Durchschaltens kann jedes beliebige Schaltprogramm
verwirklicht werden.
Zur Erzeugung der den Empfangscharakteristiken angepaßten Zeitfunktionen ga(t), gb{t), gc(i) kann
ein Funktionsgenerator vorgesehen sein. Die Betätigung des Schaltwerkes sowohl als auch die Steuerung
des Funktionsgenerators erfolgt zweckmäßig durch ein Schieberegister, dessen Stellenzahl der
Zahl der Informationskanäle entspricht und das seinerseits durch einen Taktgeber betätigt wird.
Die Erfindung sei an Hand der Zeichnung näher veranschaulicht.
F i g. 1 zeigt das Schaltbild einer Vorrichtung zur Richtungsbestimmung von Schallwellen,
F i g. 2 das Prinzipschaltbild eines elektronischen Schalters für die Vorrichtung nach Fig. 1,
Fig. 3 Empfangscharakteristiken von zehn Informationskanälen der Vorrichtung nach F i g. 1
in rechtwinkligen Koordinaten,
F i g. 4 die Empfangsspannungen in drei, eine Schaltquelle gleichzeitig erfassenden Informationskanälen
für das Beispiel nach Fig. 3,
F i g. 5 die Zeitfunktionen als Ausgangsspannungen des Funktionsgenerators in der Vorrichtung nach
Fig. 1,
F i g. 6 die Produktspannungen am Ausgang der Multiplikatoren der Schaltung nach Fig. 1,
■ F i g. 7 die Summenspannung am Ausgang des Summenbildners der Schaltung nach Fig. 1,
■ F i g. 7 die Summenspannung am Ausgang des Summenbildners der Schaltung nach Fig. 1,
F i g. 8 die Maximumspannung am Ausgang des Maximumsiebes der Schaltung nach Fig. 1,
F i g. 9 das Schaltbild einer Vorrichtung zur Frequenzanalyse nach der Erfindung,
F i g. 10 die Ausgangsspannungen des Schaltwerkes in der Schaltung nach F i g. 9,
Fig. 11 die Ausgangsspannungen der Filteranordnung in der Schaltung nach F i g. 9,
F i g. 12 die Summenspannung am Ausgang des Impulsfilters der Schaltung nach F i g. 9 und
Fig. 13 die Maximumspannung am Ausgang des Maximumsiebes der Schaltung nach F i g. 9.
Auf dem Umfang eines Kreises befinden sich 48 Peilempfänger E1 bis E48 zum Empfang von Wasserschall,
die über ein Verzögerungsnetzwerk N1 bei Zusammenfassung von z. B. jeweils zwölf, um eine
Empfängerteilung gegeneinander versetzten Gruppen Empfangsspannungen u(x) liefern, deren Größe durch
die Stärke des einfallenden Signals S und die Empfangscharakteristiken Rt {x), R2(x)... .R48M der
48 Gruppen bestimmt wird. Die Empfangscharakteristiken R(x) haben alle die gleiche Form. Sie lassen
sich in guter Annäherung durch eine Sinus-Funktion ausdrücken. So gilt für eine Empfangscharakteristik
praktisch
stets drei Gruppen, z. B. die Gruppen mit den Peilempfängern E4, E5 und E6 als Mittelempfänger eine
Empfangsspannung u(x) liefern. Diese aus dem Empfang
eines Signals S beliebiger Lage χ (Einfallsrichtung in Fig. 1) in drei benachbarten, die Lage χ
mit ihren Empfangscharakteristiken R(x) gleichzeitig erfassenden, Informationskanälen auftretenden Empfangsspannungen
u(x) seien im folgenden allgemein mit U0(Jc), ub(x) und uc(x) bezeichnet. Sie haben die
ίο Größe
ua(x) = U sin
TlX
, . ... (πχ π \
uh(x) = U sin ί —j
uh(x) = U sin ί —j
uc (x) = U sin — .
\ a 3 J
R(x)
O . für χ < O
= sin für O < χ < a
O für χ > a .
. Die Variable ist die Lage χ der Schalleinfallswinkel
im Bereich
0 < χ < 2 π (vergleiche F i g. 3).
Benachbarte Empfangscharakteristiken überkippen sich, so daß bei einem Signal S in der Lage χ
Die Spannung U ist proportional zum Schalldruck des Signals S an der Beobachtungsstelle. Die von den
Gruppen kommenden 48 Informationskanäle liegen an den Eingängen von elektronischen Schaltern S1 ■
bis % (Fig. 1 unterer Teil).
Ein solcher Schalter s (s. F i g. 2) besteht beispielsweise
aus einem Feldeffekttransistor. Wird an den Anschluß St eine Spannung 0 V gelegt, so leitet der
30; Feldeffekttransistor. Zwischen Eingang e und Ausgang
A liegt dann lediglich ein Durchlaßwiderstand von etwa 300 Ohm. Wird an den Anschluß Sf eine
Spannung von +24 V gelegt, so sperrt der Schalter s. Der Widerstand zwischen Eingange und Ausgang A.
beträgt dann etwa ΙΟ3 Μ Ohm.
Die Schaltspannung für den Anschluß St wird von einem 48stelligen Schieberegister SR geliefert, von
. dessen Ausgängen rt bis C48 stets drei einander benachbarte
Ausgänge auf OV, die übrigen auf +24 V
40. liegen. Solche Schieberegister sind aus der Literatur hinlänglich bekannt.
Das Schieberegister SR wird von einem Rechteckgenerator T1 als Taktgeber angesteuert, der Rechtecke
der Dauer 25 μ5 mit einer Folgefrequenz von 2OkHz liefert.
Wenn z. B. zu einer bestimmten Zeit die Ausgänge r,,
r2 und r3 des Schieberegisters SR auf 0 V liegen (die
übrigen liegen auf +24 V) und damit die Schalter S1, S2 und S3 durchgeschaltet sind, so bewirkt der nach
T = 50 μ sec folgende Taktimpuls, daß jetzt die Ausgänge
r2, r3 und r4 des Schieberegisters SR auf 0 V
liegen und damit die Schalter S2, S3 und S4 durchgeschaltet
sind.
Die Durchschaltung der 48 Informationskanäle wird nach dem Schema vorgenommen, wie es in
F i g. 1 eingetragen ist. \
Zum Beispiel werden also zur Zeit 2 T -^ t
< 3Tder erste, der zweite und der dritte Informationskanal
durchgeschaltet.
Die Durchschaltung erfolgt in gleichmäßigem Takt, so daß in regelmäßigem Zeitabstand von z. B. 50 μ sec
eine Weiterschaltung erfolgt und jeder Informationskanal somit für eine Zeit von 3T = z. B. 150 μ see
eingesteuert ist.
Die Ausgänge A der Schalter s sind nach F i g. 1 zu den Eingängen von drei Multiplikatoren M0, M6,
Mc geführt. Der 1., 4., 7., 10., 13. ... 46. Informationskanal werden auf den Multiplikator M0 und der
2, 5., 8., 11., 14, ... 47. auf den Multiplikator Mb
und der 3, 6, 9, 12, 15, ... 48. auf den Multiplikator Mc durchgeschaltet. Elektronische Multiplikatoren
sind aus der Literatur bekannt (z. B. SOS-Fairchild Application-Report, January 1965, AR 126,
A Transistorired Variable Area Analog Multiplier). An den anderen Eingängen der Multiplikatoren M
liegen Spannungen entsprechend den Zeitfunktionen ga(t), gj,(i), gc(i), die ein Funktionsgenerator G erzeugt.
Diese haben den Verlauf:
g„(£) = sin
3~T
für O < t < 3 T
g„(t) =sin —--
(3)
2.-t
Die F i g. 4 und 5 zeigen die Verläufe und die zeitliche Zuordnung der Ausgangsspannungen der Schaltergruppen
sa, sb, se und des Funktionsgenerator G.
Die Ausgangsspannungen der drei Multiplikatoren Ma,
Mh, Mc entsprechen den Produkten uu(x) ■ g„(0,
uh(x) ■ g,,(l) und uc(x) ■ gc(f). Sie werden in einem
Summenbildner Add addiert. Dadurch entsteht die Summenfunktion:
u(t) = U sin —r sin —-α i I
.. . /.TX Tt \ . (nt
τι \
Uan(T."Τ") sm\jT -Τ").
(4)
Diese hat ein Maximum zum Zeitpunkt t,„, das sich
errechnet aus:
^f = O fürt = f,„.
Ars obiger Gleichung ergibt sich:
3JT
3JT
"(O = -V u-
(5)
d. h, t,„ ändert sich linear mit x, und die Amplitude
an der Stelle t,„ ist proportional der Amplitude der
Spannung U. Damit ist eine lineare Interpolation erreicht.
Die Summenfunktion η(t) wird in einem Maxiumsieb
S1n beschnitten (vgl. F i g. 8). Es entsteht ein
Impuls um{t) zum Zeitpunkt t,„. Ausbildung und
Funktion eines derartigen Maxiumsiebes Sm sind bekannt (vgl. z.B. Patentanmeldung P 15 16 609.3).
Synchron mit der Abtastung läuft ein Elektronenstrahl
in einer Kathodenstrahlröhre K kreisförmig um. Die Synchronisierung bedeutet, daß ein etwa aus
Norden einfallendes Signal S gerade dann vom Abtaster durchgeschaltet wird, wenn der Elektronenstrahl
auf dem Bildschirm eine mit Norden bezeichnete Richtung durchläuft. Der Impuls u,„{t) wird auf
das Gitter der Kathodenstrahlröhre K gegeben und erzeugt auf dem Bildschirm eine Helltastung S'. Durch
die Beschneidung der Summenfunktion u (f) wird eine hohe Bildschärfe und damit Peilgenauigkeit bei Verwendung
einer nur begrenzten Anzahl von Peilempfängern E bzw. Empfangscharakteristiken R erreicht.
Es folgt nun ein weiteres Beispiel für die Anwendung • der Erfindung. Bei Peilung des Zieles nach dem Rückstrahlverfahren
kann bekanntlich die Radialkomponente der Fahrtgeschwindigkeit eines ein Schallsignal
reflektierenden Schiffes aus der Dopplerverschiebung bestimmt werden. Bei einer Signalspannung mit einer
Arbeitsfrequenz von z. B. 1OkHz wird, eine Frequenzabweichung
von rund ±300 Hz bei Radialgeschwindigkciten von ±45 kn hervorgerufen. Durch Ubcrlagerung
mit 9 kHz ergeben sich Spannungen mit Frequenzen von z.B. 692 Hz bis 1308Hz. Diese
Spannung, deren Frequenz somit abhängig ist von der jeweiligen Dopplcrverschicbung, wird auf eine
Gruppe F von 40 Filtern /,-^ gegeben (F i g. 9),
die beispielsweise aus magnctostriktiven elektromechanischen Filterschwingern bestehen und deren Ausgänge
zu der Eingangsseitc von 40 Schaltern .S1 bis S411
führen, deren gemeinsamer Ausgang zu einem Impulsfilter
F1- führt. Am Ausgang des Impulsfilters F1- liegt
zur Anzeige der Dopplerverschicbung eine Kathodenstrahlröhre K2, deren Kathodenstrahl durch die Ablcnkspannung
an einem Plattcnpaar Pr im Takte einer Abfragung der 40 Filtcr/abgclcnkl wird. Durch
die Ausgangsspannung des Impulsfilters F,- wird die Aufhellung zur Erzeugung eines Leuchtflcckes gesteuert.
Ablenkung des Kathodenstrahl und Abfragiing
der Filter / werden ähnlich wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel wiederum durch einen Rcchtcckgenerator,
den Taktgeber T2, gesteuert, der über eine Steuerleitung I21 die Ablenkung in der Kathodenstrahlröhre
K2 und über eine Steuerleitung I22 den Arbeitstakt
eines Schieberegisters SR2 steuert, durch welches
die Schalter S1 bis S40 nacheinander nach einem
analogen Zeitprogramm wie im ersten Ausführungsbeispiel zum Impulsfilter F1- durchgeschaltet werden.
Die Mittenfrequenzen der 40 Filter /, bis J40 liegen
im konstanten Abstand von ■—■ = 14Hz zueinander
verschoben. Eine Filterkurve folgt der Funktion
0 für χ < 0
U sin ^- für 0 < χ <
(I
0 fürx>.a.
Hierin ist die Variable χ die Frequenz im Bereicr
und
0 < X < — a
= 52 Hz.
F i g. 3 stellt diese Verhältnisse auch dar, wenn di Lage χ nicht wie im ersten Ausführungsbeispiel eine
Azimutwinkel, sondern jetzt eine Frequenz darstell
1 666
Die Filterkurven sind -so .gewählt, daß sich eine
gegenseitige Überlappung von jeweils.drei Filterfcurven
ergibt.
Eine Spannung U sin 2nxt der Frequenz χ ergibt
durch die Überlappung von drei Filterkurven an drei benachbarten Filtern, hier mit fa, fb, fc bezeichnet,
gleichgerichtete Ausgangsspannungen
ua(x) = U sin
α ίο
annähert (bei /g = 175 kHz). Am Ausgang des Filters
F1- entsteht somit die Spannung
... (πχ π \
= U SHl —)
= U SHl —)
uc (χ) - U sin
/ π Χ 2 π
Diese Spannungen liegen an den Eingängen der jeweils zugehörigen drei benachbarten Schalter der
Schaltergruppe S1 bis S40. Diese Schalter s können wie
in F i g. 2 dargestellt ausgebildet sein. Wie beim ersten Ausführungsbeispiel liegt ein Ausgang des
Schieberegisters SR2 auf O V, die übrigen Ausgänge
liegen auf + 24 V. Damit ist jeweils ein elektronischer Schalter s geöffnet, und alle übrigen sind gesperrt.
Der Taktgeber T2 gibt z. B. alle 5 μsec einen Schalt-.
impuls, der bewirkt, daß der 0 V-Ausgang des Schieberegisters SR2 auf +24 V und der benachbarte Ausgang
auf 0 V springt und somit der bisher leitende Schalter s sperrt und der benachbarte öffnet. Als Ausgangsspannung
erscheint dadurch die Aneinanderreihung von drei Rechteckimpulsen der Dauer T = 5 μεεΰ und
den Amplituden der Spannungen u„, ub und uc. Diese
• Rechteckimpulse, wie sie in F i g. 10 veranschaulicht sind, werden auf das Impulsfilter F1- gegeben. Ein
solches Impulsfilter F1- hat die Eigenschaft, daß ,es bei
einem Eingangsrechteckimpuls der Amplitude u(x) eine Ausgangsspannung
u(x,t) = u{x)-a„(t)
ergibt. Darin ist ao(t) die sogenannte Rechtecksprungantwort
des Filters. Das hier verwendete Impulsfilter F1- kann so bemessen werden, daß es mit guter
Näherung eine Sprungantwort der Form
ao{t) =
für ί < O
sin ^- für O <
ί < 3 T
für ί > 3 T
für ί > 3 T
ergibt. Solche Filter sind in der Literatur bekannt (A.E.V., 1965, Heft 7, R. Unbehauen, Willi
H ο h η e k e r, Ernst Lampert über die Synthese
elektrischer Vierpole mit vorgeschriebener Impulsantwort;
A.E. V., 1962, Heft 3, J. J e s s, 10, S c h ü s s 1 e r, Filter mit günstigem Einschwingverhalten;
Wireless Engineer, Oktober 1952; WE Thomson; • Networks With Maximally-Flat Delay).
In einem Ausführungsbeispiel wurde ein von J ess—
Schüssler beschriebenes Filter dort mit der Bezeichnung 64,05 : S verwendet, das die Gleichung gut
55
U(x,t) = W1(X)
J 1
+ U2 (χ) sin ί— - —Λ
(nt 2π\
Diese Spannung hat ein Maximum zum Zeitpunkt i„„ das sich errechnet aus
du(x,r)
dl
dl
= 0, t= t,„.
Es ergibt sich
3T 3
t«, = ^ , u (f J = -ψ U.
Damit ist also erreicht, daß der Zeitpunkt t,„ des
Auftretens des Maximums dieser Ausgangsspannung proportional zur momentanen Frequenz ist. Die Amplitude
u(t,„) des Ausgangssignals ist unabhängig von
der Lage χ und proportional zur Amplitude U des Eingangssignals.
In Fig. 11 sind die Impulsantworten des Impulsfilters
Fi für das durchgeschaltete Signal aus den drei
nacheinander geschalteten Spannungen »,„ uh und uc
dargestellt, während Fig. 12 das sich durch überlagerung
der drei Impulsantworten ergebende Ausgangssignal des Impulsfilters F,- darstellt. Durch Anwendung
eines Maximumsiebes Sm2 wird wie im ersten
Ausführungsbeispiel ein Impuls u„,{t) zum Zeitpunkt t,„
abgeleitet, welcher die wahre Frequenzlage repräsentiert und durch Aufhellung des Leuchtfleckens an der
Kathodenstrahlröhre K2 in diesem Augenblick die Frequenz oder Dopplerverschiebung anzeigt.
In F i g. 9 ist eine Anzeige an einer Kathodenstrahlröhre K2 dargestellt, in welcher nicht nur die
Dopplerverschiebung entsprechend der Radialgeschwindigkeit eines Zieles, sondern auch die Entfernung
des Zieles zur Anzeige gebracht wird. Der Kathodenstrahl wird zu diesem Zweck in zwei zueinander
gekreuzten Richtungen abgelenkt, und zwar durch das erste Plattenpaar Pf in horizontaler Richtung
zur Anzeige der Dopplerverschiebung bzw. Radialgeschwindigkeit des Zieles mit einer Geschwindigkeitsskala,
deren Nullpunkt in der Mitte liegt und von der aus nach der rechten Seite hin negative Radialgeschwindigkeiten
von —5 bis — 25 kn und nach der linken Seite hin positive Radialgeschwindigkeiten in
der Größe von +5 bis +25 kn angezeigt werden. Durch ein rechtwinklig dazu angeordnetes zweites
Plattenpaar Pr wird eine Ablenkung des Kathodenstrahles
von oben nach unten im Takte der Schallimpulsaussendung für eine Horizontalecholotung
durchgeführt, und zwar mit einer solchen Geschwindigkeit, daß über die gesamte Ablenkstrecke ein Entfernungsbereich
von 0 bis 3000 m abgebildet wird. Die in F i g. 9 angenommene Zielanzeige Z lr zeigt somit an,
daß sich das Ziel in etwa 2400 m Entfernung befindet und sich dem Beobachtungsfahrzeug mit einer Radialgeschwindigkeit
von etwa 15 kn nähert. Es ist noch
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zu bemerken, daß im Bereich der Radialgeschwindigkeit 0 auch Echos von ruhenden Objekten zur Anzeige
kommen, wodurch in der Darstellung eine Anzeigespur für solche Echos, insbesondere Bodenechos B,
erscheint.
Im Rahmen der Erfindung sind noch mancherlei Abänderungen und andere Ausführungen möglich. In
den beiden oben beschriebenen Beispielen wurde die Steuerung der elektronischen Schalter von einem
Schieberegister vorgenommen, das stets benachbarte Schalter für eine konstante Zeit durchschaltet. Es
wäre auch möglich, die Schaltzeiten T zu variieren, um sich z. B. an nicht symmetrisch auf den Umfang verteilte
unterschiedliche Richtcharakteristiken (im ersten Ausführungsbeispiel) anzupassen. Weiterhin ist eine '5
Interpolation nicht zur zwischen benachbarten, sondern zwischen beliebigen Informationskanälen denkbar,
deren zu einem gemeinsamen Signal gehörige Empfangsspannungen einander überlappen. Das
Durchschalten der Schalter könnte z. B. auch von einem elektronischen Zähler vorgenommen werden,
der programmiert werden kann und beliebige Durchschaltkombinationen ermöglicht. Es ist auch möglich,
bei der Richtungsbestimmung bei Wasserschallanlagen an Stelle der einfachen Empfangscharakteristiken
der einzelnen Gruppen von Peilempfängern Signale zu verwenden, die durch Multiplikation und Integration
an den Signalen je zweier Halbgruppen als Korrelationsfunktionen entstehen.
Claims (8)
1. Verfahren zur Abtastung von η Informationskanälen mit Empfangscharakteristiken R1 = Z1 (x),
R2=fi(x\ ...R, = /,(4 wobei sich drei oder
mehr Empfangscharakteristiken überlappen, so daß drei oder mehr Informationskanäle die von
einem Signal der Lage χ herrührenden Empfangsspannungen ua(x),ub(x),uc(x)... up(x) liefern,
die so ausgewertet werden, daß interpolierend zwischen den Empfangsspannungen die genaue
Lage χ des Signals festgestellt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Empfangsspannungen
' [ua(x) ... wp(x)] zunächst ohne Interpolation
nacheinander abgetastet und sodann in einem gemeinsamen Interpolator interpoliert werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die nacheinander abgetasteten Empfangsspannungen
ua{x), ub(x), uc{x) mit für alle
Abtastungen gleichbleibenden, zu der Form der wirksamen Empfangscharakteristiken (R) konformen
Zeitfunktionen g„(i)> gf,(i)>
gc(i) multipliziert, daß diese Produkte addiert und der Zeitpunkt
(£m) des Maximumdurchganges der Summenfunktion
u(t) = ua(x) ■ ga{t) + ub(x) ■ gb(t) + uc{x) ■ gc(t)
gemessen und an einer Zeitskäla als Maß für die Lage (x) angezeigt wird.
3. Vorrichtung zur Ausübung des Verfahrens nach Anspruch!, dadurch gekennzeichnet, daß
zur Abtastung von drei oder mehr Informationskanälen ein die Empfangsspannungen m„(x), ub (x),
uc{x) auf einen Interpolator gebendes elektronisches,
nicht interpolierendes Schaltwerk (Schieberegister SR) vorgesehen ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3 zur Ausübung des Verfahrens nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,
daß zur Erzeugung der den Empfangscharakteristiken [R) angepaßten Zeitfunktionen
ga(t)> gbit), gc(0 em Funktionsgenerator (G) vorgesehen
ist.
5. Vorrichtung nach Anspruch 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß zur Bestätigung von Schaltergruppen
(sa, sb, se) und zur Steuerung des Funktionsgenerators (G) ein Schieberegister [SR), dessen
Stellenzahl der Zahl der Informationskanäle entspricht und das seinerseits durch einen Taktgeber
(Rechteckgenerator T1) betätigt wird, vorgesehen ist.
6. Vorrichtung nach Anspruch 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß zur Interpolation Multiplikatoren
(M a, Mh, Mc) vorgesehen sind, denen über
einen ersten Eingang die Empfangsspannungen Kn (x), ub(x), uc(x) und über einen zweiten Eingang
den Empfangscharakteristiken Ra{x), Rh(x), Rc(x)
konforme Zeitfunktionen g„(f), gb{t), gc(t) zugeführt
werden, während die Produkte ua{x) ■ ga(t),
i<b(x)' gfc(f) und ι'Λχ)' Sc(t) uber die Ausgänge der
Multiplikatoren einem Summenbildner (Add) zugeführt werden, an dessen Ausgang ein Maximumsieb
(Sm) angeschlossen ist.
7. Vorrichtung nach Anspruch 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Informationskanäle die
Ausgänge von Gruppen von Peilempfängern (E1 _4g)
sind, die Empfangscharakteristiken (R1-.^) mit
Überlappung von jeweils drei oder mehr einander benachbarten Empfangscharakteristiken (R) bilden,
und daß ein Impuls um(t) am Ausgang des Interpolators
zur Richtungsanzeige des empfangenen Signals (S) dient.
8. Vorrichtung nach Anspruch 3 zur Ausübung des Verfahrens nach Anspruch 1 und 2, dadurch
gekennzeichnet, daß die Bildung der Summenfunktion
u(t) = ua(x) · ga(t)
· g„(i) + uc(x)· gc(t)
durch ein Impulsfilter (F1) vorgenommen wird,
wobei drei oder mehr Spannungen ua (x), ub(x),
uc(x) nacheinander auf das Impulsfilter (F1) gegeben
werden und dabei ein Produkt mit einer der Zeitfunktion g(t) entsprechenden Impulsantwort
a(t) und eine Summenfunktion ^
-(- U11(X)O2(I) + uc(x)a3(t) gebildet wird.
-(- U11(X)O2(I) + uc(x)a3(t) gebildet wird.
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen
Priority Applications (4)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DE19671566847 DE1566847B2 (de) | 1967-08-03 | 1967-08-03 | Verfahren und Vorrichtung zur Abtastung mehrerer Informationskanäle, insbesondere zur Richtungsbestimmung von Schallwellen oder zur Messung des Dopplereffektes bei der Schallübertragung |
NO2915/68A NO125363B (de) | 1967-08-03 | 1968-07-24 | |
GB37104/68A GB1220629A (en) | 1967-08-03 | 1968-08-02 | Apparatus for determining the exact direction or frequency of incident sound waves |
US784962*A US3568141A (en) | 1967-08-03 | 1968-08-05 | Acoustic method and apparatus |
Applications Claiming Priority (1)
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DE19671566847 DE1566847B2 (de) | 1967-08-03 | 1967-08-03 | Verfahren und Vorrichtung zur Abtastung mehrerer Informationskanäle, insbesondere zur Richtungsbestimmung von Schallwellen oder zur Messung des Dopplereffektes bei der Schallübertragung |
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DE1566847B2 true DE1566847B2 (de) | 1970-12-10 |
Family
ID=5678022
Family Applications (1)
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GB (1) | GB1220629A (de) |
NO (1) | NO125363B (de) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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- 1968-08-02 GB GB37104/68A patent/GB1220629A/en not_active Expired
- 1968-08-05 US US784962*A patent/US3568141A/en not_active Expired - Lifetime
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Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
NO125363B (de) | 1972-08-28 |
DE1566847A1 (de) | 1970-04-30 |
GB1220629A (en) | 1971-01-27 |
US3568141A (en) | 1971-03-02 |
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