DE1904261C3 - Dopplernavigationsanordnung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Dopplernavigationsanordnung mit einer Sendevorrichtung zum Ab- strahlen von Schallcnergie in Form einer Impulsfolge, einer Empfangsvorrichtung zum Feststellen reflektierter Schallenergie, einer Dämpfungsvorrichtung zum Abschwächen eines ausgewählten Teils der reflektierten Schallenergie im Verlauf der Schallabstrahlung durch die Sendevorrichtung, wobei die Dämpfungseinrichtung eine zwischen die Sendevorrichtung und die Empfangsvorrichtung eingefügte Verstärkungsregelschaltung sowie eine Ze'tsteuerschaltung zum zeitabhängigen Beenden der Abschwächung des ausge* ählten Teils des

4<-· reflektierten Signals enthält

Bei Dopplernavigationsanordnungen wird aus einer Abweichung zwischen der Frequenz des ausgesendeten Signals und der Frequenz des empfangenen Signals ein Signal abgeleitet, das zu Navigationszwecken verwen det werden kann. Wenn das abgestrahlte Signal ein kontinuierliches Signal ist, dann bereitet es in der Regel keine großen Schwierigkeiten, den Frequenzvergleich zwischen der AbstrahJfrequenz und der Empfangsfrequenz durchzuführen und die Frequenzdifferenz, die auch als Dopplerfrequenz bezeichnet wird, festzustellen. Dopplernavigationsanordnungen dieser Art sind beispielsweise in den US-PS 32 31 852,30 65 463, 29 12 671 und 29 61 190 beschrieben. Schwierigkeiten ergeben sich dagegen dann, wenn die Abstrahlung impulsweise erfolgt; dabei tritt auch das reflektierte Signal in Form einzelner Impulse auf. Bei einer solchen Anordnung ist es nicht ohne weiteres möglich, die in diesen Impulsen auftretenden Frequenzen miteinander zu vergleichen, um ihre Abweichung

('" festzustellen. Das Fehlen der Vergleichsmöglichkeit in den Impulspausen führt zu Ungenauigkeiten, die schließlich die Navigationsgenauigkeit beeinträchtigen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Dopplernavigationsanordnung so weiterzubilden, daß

<>·< auch bei impulsweiser Aussendung der abgestrahlten Energie eine hohe Navigationsgenauigkeit erzielt werden kann. Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch

eine Nachführungsanordnung, die mit der Empfangsvorrichtung verbunden und derart ausgebildet ist, daß sie das impulsweise auftretende reflektierte Signal in ein Dauerfrequenzsignal umwandelt, wobei in der Nachführungsanordnung eine Nachführungsschaltung mit einer * Phasenverriegelungsschleife und ein spannungsgesteuerter Oszillator zur Erzeugung eines mit dem empfangenen reflektierten Signal zu vergleichenden und hinsichtlich der Frequenz an dieses anzugleichenden Bezugssignals enthalten sind, und eine Demudulatorschaltung <" zwischen der Sendevorrichtung und der Nachführungsanordming zum Vergleichen der Frequenz der abgestrahlten Schallenergie mit der Frequenz des Bezugssignals zur Erzeugung einer Dopplerfrequenz.

Bei der erfindungsgemäßen Dopplernavigationsan-Ordnung wird von einer Schaltung Gebrauch gemacht, die es gestattet, auch in den Impulspausen eine Information über die Frequenz des empfangenen reflektierten Signals verfügbar zu machen. Die dazu verwendete Nachführungsanordnung vergleicht das Ausgangssignai eines spannungsgesteuerten Oszillators mit dem empfangenen reflektierten Signal hinsichtlich seiner Phasenlage, und sie führt die Oszillatorft equenz dann so nach, daß sie genau mit der Frequenz des empfangenen Signals übereinstimmt. Die in der Nachführungsanordnung enthaltene Phasenverriegelungsschleife hat die Wirkung, daß das während des Empfangs des reflektierten Signalimpulses eingestellte Ausgangssignal des spannungsgesteuerten Oszillators auch während der Impulspausen phasenstarr gehalten jo wird, so daß es für den Vergleich mit dem abgestrahlten Signal mit großer Genauigkeit kontinuierlich zur Verfügung steht. Dieser Vergleich zwischen dem abgestrahlten Signal und dem phasensiarr gehaltenen Ausgangssignal des spannungsgesteuerten Oszillators ergibt dann schließlich die gesuchte Dopplerfrequenz.

Die erfindungsgemäße Dopplernavigationsanordnung ist besonders für den Einsatz auf einem Schiff über tiefem Wasser geeignet, bei dem nicht mehr mit dem vom Meeresooden reflektierten Signal gearbeitet werden kann, sondern bei dem das von der Wassermasse zwischen dem Schiffsrumpf und dem Meeresboden zurückgestreute Signal als Empfangssignal ausgewertet wird.

Die Erfindung wird nun an Hand der Zeichnung beispielshalber erläutert. Es zeigt

Fig. J eine schematische Darstellung, die erkennen läßt, wie akustische Energie abstrahlende Wandler und akustische Energie empfangende Wandler am Boden eines Schiffskörpers angeordnet sind, .so

Fig.2 ein Blockschaltbild der erfindungsgemäßen Navigationsanordnung,

Fig.3 ein Schaltbild einer Verstärkungsregelschaltung für die Empfangsvorrichtung und

Fig.4 ein Blockschaltbild einer automatischen s.s Erfassungsschaltung, die in der Nachführungsanordnung der in Fig. 2 dargestellten Navigationsanordnung enthalten ist.

In F i g. 1 ist ein Schiff 10 mit einem Rumpf dargestellt, in den die zu beschreibende Dopplernavigationsanord· <m nung eingebaut ist. Zur Vereinfachung wird nachfolgend die von vorne nach hinten verlaufende Achse des Bootes als K-Achse und die von Backbord nach Steuerbord verlaufende Achse als X-Achse bezeichnet. In den Boden des Schiffs 10 sind als Sendevorrichtung <>> dienende Wandler (Projektoren) und als Empfangsvorrichtung dienende Wandler (Hydrophone) eingebaut, wobei ein Satz von vier Sendewandlern 11,12,13 und 14 mit hoher Richlwirkung längs der X- und K-Achse in nicht kritischen festen gegenseitigen Abständen angeordnet ist. Neben jedem Sendewandler ist ein Empfangswandler 15, 16, 17 und 18 angeordnet Wenn gewünscht, können die Sendewandler und die Empfangswandler in einer Gruppe angeordnet werden, weiche auf der Seite des Rumpfes des Schiffs 10 vorsteht. Hier genüge die Bemerkung, daß die Sendewandler schmale Bündel von Ultraschallenergie erzeugen, welche von einem Meeresboden 20 zu einem zugehörigen Empfangswandler zurückgestreut werden. Bei einer in Betrieb genommenen Ausführungsform wurden die Strahlenbündel unter einem Winkel von etwa 60° bezüglich der Bündel von zwei Sätzen von Wandlern und mit einer Breite von etwa 3° ausgestrahlt. Die Parallelführung der abgestrahlten und zurückkehrenden Bündel wird aufrechterhalten.

Bekanntlich ist der Boden des Meeres oder die Wassermasae unter dem Schiffsrumpf so beschaffen, daß die ausgesandte UItraschaller.-.rigie nach allen Richtungen reflektiert wird, so daß nur ein Teil der ausgesandten Energie zu den Empfangswandlern zurückkehrt. Bei größerer Meerestiefe empfängt die Empfangsvorrichtung nicht mehr die vom Meeresboden reflektierte Schallenergie, sondern die an Unstetigkeiten der Wassermasse unterhalb des Schiffsrumpfs zurückgestreute Energie.

Es wird weiter unten beschrieben, daß die Verwendung von zwei Wandlern längs jeder Achse die Frequenzänderungen ausgleicht, welche durch Rollen, Stampfen oder Gieren des Schiffs hervorgerufen werden können.

Die Anordnung zur Auslösung der Abgabe von Impulssignalen und zur Entschlüsselung der von den Empfangswandlern 15 bis 18 empfangenen Doppler-Information ist als Blockschaltbild in F i g. 2 dargestellt. Die Sendevorrichtung der Anordnung weist einen Oszillator 21 auf, welcher eine Ultraschallfrequenz erzeugt und mit den vier Sendewandlern 11,12, 13 und 14 über einen geeigneten Sender 22 gekoppelt ist. Die Sentiewandler sind Projektoren, welche Bariumtitanat-Strahler o. dgl. enthalten. Ein Austastgenerator 23 erzeugt ein Austastsignal, das dem Sender 22 zugeführt wird und diesen abwechselnd ein- und ausschaltet, so daß die Projektoren 11 bis 14 eine Impulsfolge abstrahlen.

Die abgestrahlten Impulssignale treffen auf die Oberfläche des Meeresbodens 20 auf und werden zu einer Hydrophon-Empfangsvorrichtung, beispielsweise der Vorrichtung 15 zurückgestreut. Es wird jedoch bemerkt, daß zwar nur ein Hydrophon dargestellt ist, jedoch drei weitere Hydrophone verwendet werden könne;*. Zusätzliche Hydrophone 16,17 und 18 werden mit zusätzlichen Schaltungen verwendet, wie eine in bezug auf das Hydrophon 15 erläutert wird. Die vom Hydrophon 15 empfangene akustische Energie wird über einen Vorverstärker 19 und einen Verstärker 24 auf eine Verstäikungsregel-Schaltung 25 gegeben, welche einen automatisch arbeitenden Verstärkungsregeldetektor 26, einen Hand-Verstärkungsregler 27 und einen zeitabhängigen Verstärkungsregler 28 enthält.

Während der Zeit, in der der Sender Energie über die Projektoren 11 bis 14 in das Wasser abstrahlt, wird die Verstärkung des Rüokkehrsignals durch den Austastgenerator 23 vermindert, welcher direkt mit dem Hand-Verstärkungsregler 27 gekoppelt ist. Der automatische Verstärkungsregeldetektor 26 regelt die Gesamtverstärkune des zurückeestreuten Signals

durch die Regelverstärkung im Vorverstärker verarbeitet worden ist. Wenn der Vorverstärker positiver angesteuert wird, wird die Verstärkung des Signals vermindert, während bei einer negativen Ansteuerung die Signalverstärkung proportional vergrößert wird. Der Handverstärkungsregler 27 wird wahlweise wirksam, um die Signalverstärkung nur während der Sendeperiode zu vermindern, da der Ausgang des Austastgenerators direkt damit gekoppelt ist. Der Ausgang des Hand-Verstärkungsreglers legt einen positiven Spannungswert an ien Vorverstärker 19, so daß die Signalverstärkung vermindert wird. Ein Potentiometer im Hand-Verstärkungsregler 27 stellt den Wert der Verstärkungsschwächung ein. Sowohl der automatische Verstärkungsregeldetektor 26 als auch der Hand-Verstärkungsregler 27 speisen den zeitabhängigen Verstärkungsregier 28. Der zeitabhängige Ver-GtärLimacrpolpr 9Ä ctpuprt Hip Ftppnrlitritna Hpr Vprslär-"*****-*""e""·—c~- ~— -·- — -■ — · - —.-.- — ._σ----_σ -.

kungsminderung während der Zeit, in der der Hand-Verstärkungsregler 27 mittels einer /fC-Schaltung arbeitet, so daß während der Rückkehrimpulsverarbeitung die normale Verstärkung wieder mit Hilfe der Steuerung durch die automatische Verstärkungsregelschaltung zur Anwendung kommt. Die Verstärkungsregel-Schaltung 25 wird im einzelnen anhand von F i g. 3 beschrieben. Die Verstärkungsregel-Schaltung 25 verarbeitet die Hüllkurve eines HF-Signals, das die Frequenz des aus dem Wasser empfangenen Signals besitzt, die infolge eines Dopplereffekts im Wasser frequenzverschoben ist.

Der Abtastwert des Impulssignals aus dem Verstärker 24 wird sodann zu einem kontinuierlichen Signal mit der gleichen Frequenz gemacht, die auch der Impulsausschnitt des empfangenen Signals besitzt, das schließlich einer Nachführungsanordnung 30 zugeführt wird.

Die verarbeitete Impulsinformation wird durch einen spannungsgesteuerten Oszillator in der Nachführungsanordnung zu einer kontinuierlichen Information gemacht. Die Frequenznachführungsanordnung 30 wird üblicherweise auch als Phasenverriegelungsschaltung bezeichnet, welche sich selbst phasenstarr einstellt. Ein Diskriminator in der Nachführungsanordnung vergleicht das Ausgangssignal des spannungsgesteuerten Oszillators mit dem ankommenden Signal, und erzeugt ein Differenzsignal. Das erzeugte Differenzsignal drückt die Frequenz- und Phasendifferenz zwischen dem Oszillatorsignal und dem ankommenden Signal aus. Das Differenzsignal wird sodann von einer Steuerschaltung verarbeitet, welche eine kombinierte Verstärker- und Integratorschaltun;' ist.

Der spannungsgesteuerte Oszillator wird auf die Phase und auf die Frequenz gesteuert, welche zur Erzielung einer genauen Synchronisierung mit dem ankommenden Signal erforderlich ist. Zu diesem Zweck wird eine automatische Erfassungsschaltung 60 verwendet, welche ausführlich anhand von F i g. 4 beschrieben wird. Kurz gesagt verwendet die Erfassungsschaltung logische Informationen von einem Phasendetektor und einem Kohärenzdetektor zur Steuerung eines Schalters, welcher das Signal zum Integrator der Nachführungsanordnung kurzschließt. Dies bewirkt, daß das Integratorausgangssignal die Frequenz des spannungsgesteuerten Oszillators in Richtung der Signalfrequenz verändert, so daß die Frequenzübereinstimmung und auch die Verriegelung eintreten können.

Das Ausgangssignal der Nachführungsanordnung wird an eine Demodulatorschaltung 31 angelegt, welche mit dem Oszillator 21 gekoppelt ist. so daß die

ursprünglich vom Oszillator gesendete Frequenz mit der nunmehr kontinuierlichen, über das Hydrophon 15 und die Nachführungsanordnung empfangenen Frequenz verglichen werden kann und daraus eine Frequenzdifferenz hergeleitet wird, welche die Dopplerfrequenz darstellt. Eine Frequenzverschiebung wird durch die Relativbewegung zwischen den vom Schiff getragenen Wandlern und dem Meeresboden bzw. der Wassermasse unter dem Schiffsrumpf in einer sich entfernenden und sich nähernden Weise hervorgerufen.

Die Demulatorschaltung 31 erzeugt zwei Ausgangssignale zur Verarbeitung des positiven Dopplersignals und des negativen Dopplersignals. Die beiden Ausgangssignale können nicht gleichzeitig auftreten, sondern sie müssen nacheinander auftreten. Die Ausgänge des Demodulators sind mit einem Umsetzer 32 verbunden. Es wird bemerkt, daß zusätzlich zu dem dargestellten Ausgangspaar der Demodulatorschaltung 31 drei weitere Ausgangspaare 33,34 und 35 dargestellt sind, welche mit einer Schaltung verbunden sind, die der Schaltung aus dem Hydrophon 15. der Verstärkungsregler-Schaltung 25 und der Nachführungsschaltung 30 sowie dem Demodulator 31 gleicht.

Nachdem die Signale an den Umsetzer angelegt sind, besetzen die Signale aus den verschiedenen Kanälen der Anlage aufeinanderfolgende Zeitkanäle; sie treten daher nicS gleichzeitig auf. Die Signale werden sodann verarbeitet, damit sie anschließend in einer Addierschaltung 36 digital addiert werden können, in welcher die Signale von den verschiedenen Ausgängen des Umsetzers derart summiert werden, daß die den Impulsen entsprechenden Werte vier Geschwindigkeiten darstellen, die durch geeignete Anzeigevorrichtungen 37, 38, 40 und 41 jeweils als Vorwärtsgeschwindigkeit, Rückwärtsgeschwindigkeit. Steuerbordgeschwindigkeit bzw. Backbordgeschwindigkeit angezeigt werden. Zusätzlich kann die vertikale oder Auf- und Abgeschwindigkcit angezeigt werden.

Bei der hier zu beschreibenden Navigationsanordnung ist eine Dämpfungsvorrichtung vorgesehen, mit der ein ausgewählter Teil des das Hydrophon erreichenden Signals gedämpft werden kann, um dadurch die unerwünschten Signale wirksam zu eliminieren. Der Sender wird dazu etwa 70 bis 80 Millisekunden impulsmäßig getastet, und die Verstärkung des Empfängers wird während dieser Zeit vermindert, um zwischen den gewünschten und ungewünschten Signalen zu unterscheiden. Das gewünschte Signal, welches das vom Meeresboden bzw. von der Wassermasse reflektierte Signal ist, ist ste·- das Signal, welches infolge seiner Laufzeit von den Sendewandlern aus zum Meeresboden und zu den Empfangswandlern zurück zuletzt auftritt Infolge der verstreichenden Zeitspanne, weiche der Schallgeschwindigkeit im Wasser entspricht, sind die zuerst zurückkehrenden Signale die stärksten und auch die unerwünschten Signale. Wenn die akustischen Impulswellen zum Meeresboden wandern, werden die schwächeren zurückgestreuten Signale zeitlich proportional gegenüber dem ausgesandten Impuls verzögert Durch Verminderung der Verstärkurg des Empfängers während der Sendezeit kann daher die zurückkehrende Energie während der Zeit, in der die Impulsaussendunf erfolgt, abgeschwächt werden, was eine Begünstigung der zurückgestreuten schwächeren Signale, weiche dk zeitlich am spätesten auftretenden Bodensignale sind zur Folge hat.

Bezüglich Fig. 3 wird daran erinnert, daß in dei

beschriebenen Anordnung das automatische Verstärkungsregelsignal zur Verminderung der Verstärkung in der Anlage zu positiveren Werten ausgesteuert werden muß und zur Erhöhung der Verstärkung negativer ausgesteuert werden muH. Der Hand-Verstärkungsrcg- s ler wird zur Erniedrigung der Verstärkung während der Sendeperiode verwendet und mit dieser verminderten Verstärkiing wird ein positives Signal erzeugt, welches in die automatische Verstärkungsregelschaltung über zeitabhängigen Verstärkungsregler, die Stcuerstufe für den automatischen Verstärkungsreglcr und den Vorverstärker angelegt wird. Der zeitabhängige Verstärkungsregler stellt sich nach der Zeitspanne, in der die Verstärkung vermindert ist, zur Erzielung einer normalen Verstärkung entsprechend einer voreingcstellten Zeitkonstante wieder langsam zurück.

Das ankommende Auslastsignal wird an den Verstärkungsregler 25 angelegt und über die Leitung 50 dem Hand-Verstärkungsregler 27 direkt zugeführt. Das Signal wird während der Zeitperiode, in der eine Verminderung der Verstärkung erwünscht ist. was zeitlich mit der Impulsaussendung zusammenfällt. Dieses Signal wird über eine Diode CR 9 an den Hand-Verstärkungsregler 27 angelegt, in dem es einem Transistor Q2 zugeführt wird, so daß dessen Verbindungspunkt mit dem Widerstand /?35 entweder mit Masse verbunden oder davon getrennt wird. Wenn eine Trennung auftritt, wird die Verstärkung in der Anlage vermindert. Diese Verminderung wird durch eine Ampli'-ideneinstellung erzielt, welche durch ein Polen- jo tiometer R 39 erfolgt, das von Hand einstellbar ist, wenn die Anlage insbesondere in tiefem Wasser betrieben wird, in dem nicht mehr mit dem vom Meeresboden reflektierten Signal, sondern nur noch mit dem von der Wassermasse unterhalb des Schiffsrumpfs zurückgestreuten Signal gearbeitet werden kann. Während der Zeitperiode, in der die Verstärkung nicht vermindert ist, wird die Verbindungsstelle des Kollektors des Transistors Q2 und des Widerstandes R 35 an Masse gelegt, so daß eine Diode CR 14 in Sperrichtung vorgespannt wird und den Stromkreis von der Verstärkungsregelschleife abtrennt. Die Dioden CR 11 und CR 12 sind Ausgleichsdioden, so daß der Durchlaß-Spannungsabfall der Dioden von CR 11 und CR 12 gleich dem Spannungsabfall der Diode CR 14 in Reihe mit der Basis-Emitter- Spannung eines Transistors <?4 ist. Die Schaltung weist daher eine Temperaturnachführung auf, so daß die Verstärkung nicht temperaturabhängig ist.

Das ankommende Impulssignal vom Hydrophon 15 wird dem Detektor über die Leitung 51 zugeführt, so welche die Pufferschaltung des Verstärkers 24 mit dem Detektor koppelt Das Ausgangssignal des Detektors wird an den zeitabhängigen Verstärkungsregler 28 über die Leitung 52 angelegt, während das Ausgangssignal des Hand-Verstärkungsreglers 27 an den zeitabhängigen Verstärkungsregler 28 über die Leitung 53 angelegt wird. Das Ausgangssignal des zeitabhängigen Verstärkungsreglers 28 wird an den Vorverstärker 19 mittels einer Steuerschaltung 54 für den automatischen Verstärkungsregler 26 angelegt, welche mit dem Ausgang des zeitabhängigen Verstärkungsreglers 28 durch die Leitung 55 und mit dem Vorverstärker über die Leitung 56 verbunden ist

Der zeitabhängige Verstärkungsregler 28 enthält ein ÄC-Netzwerk, weiches aus dem Kondensator C33 und f dem Widerstand RA\ besteht und den Abfall der Verstärkung bewirkt die gemäß der Zeitkonstante langsam wieder auf die normale Verstärkung zurückkehrt.

Bezüglich F-"ig.4 wird daran erinnert, daß die FVequen/nachführungsanordnung 30 gewöhnlich eine Phasenverriegelungsschleife aufweist welche einen spannungsgesteuerten Oszillator und eine zusätzliche Steuerschaltung enthält, die aus einer Kombination eines Verstärkers und eines Integrators besteht. Innerhalb der Nachführungsanordnung 30 wird ein Vergleich zwischen dem Ausgangssignal des spannungsgesteuerten Oszillators und dem ankommenden Impulssignal durchgeführt, wodurch ein Diffcrcnzsignal erzeugt wird, welches eine Differenz nicht nur bezüglich der Frequenz, sondern auch bezüglich der Phase darstellt. Dieses letztere Signal wird sodann durch die Steuerschaltung für den spannungsgcslcucrtcn Oszillator verarbeitet, die diesen auf die Phase und die Frequenz bringt, welche erforderlich ist, um eine genaue Synchronisierung mit der Frequenz des vom Verstärker 24 kommenden Signals zu erzielen. Es wird bemerkt, daß der Verstärker 24 mit der Nachführungsanordnung 30 über die Leitung 57 gemäß Fig. 2 gekoppelt ist. Es wird daran erinnert, daß die Bezugsfrequenz des spannungsgestcuerten Oszillators eine kontinuierliche Frequenz ist und daß die Frequenz des auf der Leitung 57 ankommenden Signals eine Impulsinformation darstellt, so daß die Nachführungsanordnung 30 nur während der Zeit arbeiten soll, in welcher die Frequenz des ankommenden Signals empfangen wird. Zu diesem Zweck ist ein automatisches Erfassungsnetzwerk 60 vorgesehen, welches die Bezugsfrequenz vom spannungsgesteuerten Oszillator über die Leitung 61 empfängt und welche ein Signal mit einer bestimmten Größe an den Integrator der Nachführungsanordnung 30 über die Leitung 62 liefert.

Das automatische Erfassungsnetzwerk weist einen Diskriminator auf, welcher einen Teil der Phasenverriegelungsschleife in der Nachführungsanordnung ist. Ein Kurzschlußschalter ist zwischen die Steuerschaltung des spannungsgesteuerten Oszillators und den Diskriminator derart eingeschaltet, daß beim Schließen des Schalters die Steuerschaltung den spannungsgesteuerten Oszillator in einem Zustand hält, in dem er seine Frequenz nicht ändert, jedoch weiterhin die Frequenz der zuletzt empfangenen Information erzeugt.

Nachfolgend wird ausführlich das in Fig.4 dargestellte automatische Erfassungsnetzwerk erläutert. Die Signalfrequenz vom spannungsgesteuerten Oszillator wird auf einen Verstärker 63 über die Leitung 61 gegeben. Das verstärkte Signal des Oszillators wird sodann über eine Zweigleitung 65 zu einem 0°-Phasendis5:riminator 64 und zu einem 90°-Phasendiskriminator 66 nach Durchleitung durch ein Phasenschiebernetzwerk 67 mit 90° Phasenverschiebung über die Leitung 68 übertragen. Die empfangene Signalfrequenz an der Leitung 57 wird auch den Diskriminatoren 64 bzw. 66 zugeführt, so daß zwei Ausgangsphasen der verschiedenen Frequenzen zwischen der empfangenen Signalfrequenz und der Frequenz des spannungsgeregelten Oszillators an den Leitungen 70 bzw. 71 erzeugt werden. Wenn im 0^o-Phasendiskriminator 64 die Phasenverschiebung Null auftritt, dann ist ein positiver Signalwert an der Leitung 71 des 90°-Phasendiskriminators 66 vorhanden. Dieser positive Signalwert wird an eine Flipflop-Schaltung 72 über eine übliche Schmitt-Trigger-Schaltung 73 gegeben. Dieser positive Spannungswert hält die Flipflop-Schaltung in ihrem Rücksetzzustand. Ein negativer Spannungswert am Ausgang des 90°-Phasendiskriminators gibt die Flipflop-Schaltung

aus ihrem Riickset/zustand frei, so daß sie durch eines der Eingangssignale, welche durch die Spannungswerte S 1 und S2dargestellt werden,gesetzt werden kann.

Wenn das Ausgangssignal des O°-Phasendiskriminators durch Null geht, gibt dieser einen Impuls an einen der Eingänge 51 oder 52 der Flipflop-Schaltung, so daß diese Schaltung besetzt wird. Der Ausgang aus dem Diskriminator 64 ist mit der Flipflop-Schaltung über eine Schmidt-Trigger-Schaltung 74 und Negatorschaltungen 75 und 76 gekoppelt.

Wenn der 90°-Phasendiskriminator ein Signal mit negativer Polarität auf den Rücksetzeingang C der Flipflop-Schaltung gibt, wird die Erfassungsschaltung daran gehindert, in Tätigkeit zu treten, wenn es nicht erforderlich ist, ein Signal zu erfassen. Wenn die Frequenzdifferenz auftritt, wird das Flipflop von negativen zu positiven Werten gesteuert. Das positiv verlaufende, auf ilen Riickselzeingiing des Flinflons gegebene Signal verursacht keinerlei Wirkung, sondern setzt lediglich das Flipflop in Bereitschaft, damit es durch einen der Setzeingänge getriggert werden kann. Die Setzeingänge setzen die Flipflop-Schaltung, was eine Betätigung eines Kiirzschlußschalters 77 bewirkt. Wenn jedoch der 0"-Phasendiskriminator von positiven zu negativen oder von negativen zu positiven Werten übergeht, ändert das Flipflop seinen Zustand, so daß es die Kurzschlicßung des Diskriminator bewirkt. Mit anderen Worten, die Flipflop-Schaltung ist außer Betrieb, wenn der Rücksetzzustand erreicht ist. Wenn die Flipflop-Schaltung gesetzt ist, dann wird der Kurzschlußschalter betätigt, so daß kein Eingangssignal zum Integrator der Nachführungsanordnung gelangt.

Es wird daran erinnert, daß jeder Phasendiskriminator die Frequenz und die Phase des ankommenden, empfangenen Signals mit der Frequenz und der Phase des Signals des spannungsgesteuerten Oszillators vergleicht, was zu einer Ausgangsdifferenz in Frequenz und Phase führt. In unverriegeltem Zustand bewirkt die Erfassungsschaltung über den Kurzschlußschalter 77, daß ein Viertel de·, Zyklus der Energie vom Integrator in der Nachführungsanordnung unwirksam gemacht wird. Diese Unsymmetrie bewirkt, daß der spannungsgesteuerte Oszillator in der richtigen Frequenzrichtung zur Erzielung der Verriegelung gesteuert wird.

Mittels der Nachführungsanordnung und des automatischen Erfassungsnetzwerks wird ein kontinuierliches Frequenzsignal vom Oszillator über die Leitung 80 gemäß Fig. 2 auf die Deniodulatoranordnung 31

ίο gegeben. Soweit dies die gleiche Frequenz wie die Frequenz des empfangenen Signals ist, wird sie bei der Demodulation zur Bestimmung der Dopplerfrequenz verwendet. Die nunmehr kontinuierliche Frequenz aus der Nachführungsanordnung an der Leitung 80 und die kontinuierliche Sendefrequenz vom Sendeoszillator 21 an der Leitung 81 werden in der Demodulatoranordnung verglichen. Die Oszillatorfrequenz wird um 90" "has(?n^ucrschoben_f s« <■.'?." sowohl dip 0°-Phase als auch die 90°-Phase zu Demodulationszwecken verwendet werden. In jedem der zwei getrennten Demodulatortei-Ie wird die Oszillatorfrequenz mit der Frequenz des spannungsgesteuerten Oszillators verglichen. Die Ausgangssignale der Demodulatoranordnung ergeben die unterschiedlichen Frequenz- und Phasenwerte der jeweiligen Eingangssignale. Wenn die Dopplerfrequenz positiv ist, wodurch eine Annäherungsbewegung angezeigt wird, tritt das Ausgangssignal zuerst auf einer Demodulatorleitung 82 auf. Wenn die Dopplerfrequenz negativ ist, wodurch eine Abwärts- oder Entfernungsbewegung angezeigt wird, tritt das Ausgangssignal zuerst auf einer Demodulatorleitung 83 auf. Außerdem sperrt die Kreuzkopplung von negierenden Und-Schaltungen den zweiten Ausgang. Daher zeigt eine Ausgangsleitung der Demodulatoranordnung ejne positive Dopplerfrequenz an, während die andere Ausgangsleitung eine negative Dopplerfrequenz anzeigt.

Die Ausgangsleitungen 82 und 83 des Demodulators 31 sind mit dem Umsetzer 32 gekoppelt.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (9)

Patentansprüche:

1. Dopplernavigationsanordnung mit einer Sendevorrichtuiig zum Abstrahlen von Schallenergie in Form einer Impulsfolge, einer Empfangsvorrichtung zum Feststellen reflektierter Schallenergie, einer Dämpfungsvorrichtung zum Abschwächen eines ausgewählten Teils der reflektierten Schallenergie im Verlauf der Schallabstrahlung durch die Sendevorrichtung, wobei die Dämpfungseinrichtung eine zwischen den Sendevorrichtung, und die Empfangsvorrichtung eingefügte Verstärkungsregelschaltung sowie eine Zeitsteuerschaltung zum zeitabhängigen Beenden der Abschwächung des ausgewählten Teils des reflektierten Signals enthält, gekennzeichnet durch eine Nachführungsanordnung (30), die mit der Empfangsvorrichtung (15 bis 18) verbunden urrd derart ausgebildet ist, daß sie das impulsweise auftretende reflektierte Signal in ein Dauerfrequenzsignal umwandelt, wobei in der Nachführungsanordnung (30) eine Nachführungsschaliung mit einer Phasenverriegelungsschleife und ein spannungsgesteuerter Oszillator zur Erzeugung eines mit dem empfangenen reflektierten Signal zu vergleichenden und hinsichtlich der Frequenz an dieses anzugleichenden Bezugssignals enthalten sind, und eine Demodulatorschaltung (31) zwischen der Sendevorrichtung (11 bis 14) und der Nachführungsanordnung (30) zum Vergleichen der Frequenz der abgestrahlten Schallenergie mit der Frequenz des Bezugssignals zur Erzeugung einer Dopplerfrequenz.

2. Anordnung nach Anspruch ', dadurch gekennzeichnet, daß die Nachführungsanordnung (30) eine Erfassungsschaltung (60) enthält, d·? in der Phasenverriegelungsschleife liegt und derart ausgebildet ist, daß sie nur während des Intervalls zwischen Impulsen des reflektierten Signals arbeitet und das Bezugssignal abgibt.

3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Erfassungsschaltung (60) zwei Diskriminatorschaltungen (64, 66) enthält, die mit einem Kurzschlußschalter (77) gekoppelt sind, der so betätigbar ist, daß er das in Frequenz und Phase veränderte Bezugssignal in Abhängigkeit von dem Vergleich des Bezugssignals aus dem spannungsgesteuerten Oszillator (21) mit dem reflektierten Signal, das jeweils an die Diskriminatorschaltungen (64,66) gelegt wird, an die Nachführungsanordnung (30) anlegt.

4. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die in der Erfassungsschaltung (60) enthaltenen Diskriminatorschaltungen ein 90°-Phasendiskriminator (66) und ein O°-Phasendiskriminator(64)sind.

5. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen an die Demodulatorschaltung(31) angeschlossenen Umsetzer (32) zur Speicherung und zur Zeitsteuerung der Demodulatorausgangssignale und eine mit dem Umsetzer verbundene digitale Addierschaltung (36) zur Summierung der in den Umsetzer eingegebenen Signale und zur Erzeugung von zu diesen Signalen analogen Werten, die die Vorwärtsgeschwindigkeit, die Rückwärtsgeschwindigkeit, die Steuerbordgeschwindigkeit bzw. die Backbordgeschwindigkeit eines die Navigationsanordnung tragenden Objekts darstellen.

6. Anordnung nach Anspruch 5, gekennzeichnet

durch eine mit der Addierschaltung (36) gekoppelte Anzeigeeinrichtung, (37, 38, 40, 41) zum Anzeigen der Geschwindigkeitsinformationen.

7. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstärkungsregelschaltung (25) ein manuell betätigbares Potentiometer zur Einstellung der Signaldämpfung enthält, und daß die Zeitsteuerschaltung (?8) ein RC-G\\ed enthält

8. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstärkungsregelschaltung (25) derart ausgebildet ist, daß sie den unmittelbar nach dem Aussenden von Schallenergie durch die Sendevorrichtung von der Empfangsvorrichtung empfangenen Teil der reflektierten Schallenergie abschwächt, während sie den im Anschluß daran empfangenen Teil nicht abschwächt.

9. Anordnung nach einem der vorhergehenden Anspräche, gekennzeichnet durch einen Austastsignaigenerator (23), der ein Austastsignal zur Auslösung der Abschwächung des ausgewählten Teils des reflektierten Signals erzeugt