DE19650164C1

DE19650164C1 - Hydrophone position detection method for towed antenna for ship or submarine

Info

Publication number: DE19650164C1
Application number: DE1996150164
Authority: DE
Inventors: Egidius Arens
Original assignee: STN Atlas Elektronik GmbH
Current assignee: Atlas Elektronik GmbH
Priority date: 1996-12-04
Filing date: 1996-12-04
Publication date: 1998-02-05
Anticipated expiration: 2016-12-05

Abstract

The position detection method uses a pair of linear frequency modulated signals of given time length and selected frequency amplitude. The signals are offset from one another by a given interval (T2), and fed to a pair of transmission hydrophones (11,12). The reception signal provided by a towed reception hydrophone (201) is demodulated. The modulation frequency of the signal is evaluated, for determining the transverse spacing of the hydrophone from the longitudinal axis in the towing direction.

Description

Die Erfindung geht aus von einem Verfahren zum Bestimmen des Querabstands mindestens eines nachgeschleppten Hydrophons bezüglich einer Längsachse in Schlepprichtung gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1 und umfaßt eine Vorrichtung zum Ausüben des Verfahrens.The invention is based on a method for determining the transverse distance of at least one trailed Hydrophones with respect to a longitudinal axis in the towing direction according to the preamble of claim 1 and includes a Device for carrying out the method.

In der Wasserschalltechnik werden zur Peilung oder Ortung von schallabstrahlenden oder schallreflektierenden Wasserfahrzeugen Empfangsanordnungen mit Hydrophonen von einem Trägerfahrzeug, z. B. einem Oberflächenschiff oder U-Boot, nachgeschleppt, die auf einem Schleppkörper angeordnet sind oder den akustischen Teil einer Schleppantenne bilden. Durch Manöver oder Strömungen im Wasser weicht der Schleppkörper oder die Schleppantenne in ihrer Länge von einer Längsachse in Verlängerung des Trägerfahrzeugs ab, so daß es nicht ausreicht, die Schleppentfernung zum Trägerfahrzeug zu kennen, sondern vielmehr muß eine Ablage jedes Hydrophons von der Längsachse zusätzlich bestimmt werden.In waterborne sound engineering, they are used for direction finding or location of sound radiating or sound reflecting Watercraft receiving arrangements with hydrophones from a carrier vehicle, e.g. B. a surface ship or Submarine towed on a towed body are arranged or the acoustic part of a Form a tow antenna. Through maneuvers or currents in the The tow body or the tow antenna is soaked in water their length from a longitudinal axis in extension of the Carrier vehicle from, so that it is not sufficient, the To know towing distance to the carrier vehicle, but rather, a deposit of each hydrophone from the Longitudinal axis can also be determined.

Die Ortungsqualität der Empfangsanordnung der Schleppantenne ist maßgeblich abhängig von der Kenntnis der Lage der einzelnen Hydrophone. Empfangssignale der Hydrophone werden in einem Richtungsbildner zu Gruppensignalen einer Richtcharakteristik zusammengefaßt. Abweichungen der Hydrophone von der Längsachse führen zu Fehlkompensationen der Laufzeit der empfangenen Schallwellen und somit zu einer Veränderung der durch die Laufzeitkompensation bewirkten Richtcharakteristik.The location quality of the receiving arrangement of the Towing antenna is largely dependent on knowledge of the Location of the individual hydrophones. Receive signals of the Hydrophones are turned into a directional Group signals of a directional characteristic summarized. Deviations of the hydrophones from the longitudinal axis lead to Incorrect compensation of the runtime of the received Sound waves and thus a change in the Runtime compensation caused directional characteristic.

Die Lage der Hydrophone einer Schleppantenne wird in der DE 30 34 953 A1 dadurch bestimmt, daß am Anfang ihres akustischen Teils zwei senkrecht zur Längsachse beabstandete Sendehydrophone synchronisiert Schallwellen zweier benachbarter Frequenzen über schwenkbare Richtcharakteristiken abstrahlen. Das vom Hydrophon empfangene Signal passiert ein Filter, das auf die Differenzfrequenz abgestimmt ist, und wird gleichgerichtet. Bei Detektion eines Minimums wird ein Impulszähler gestartet und dann gestoppt, wenn die beiden Sendesignaie an den Sendehydrophonen gegenphasig sind. Die mit dem Impulszähler ermittelte Zeit ist ein direktes Maß für den Peilwinkel vom Ort der Sendehydrophone zum jeweiligen Hydrophon der Empfangsanordnung. Bei Kenntnis des Peilwinkels und der Abstände der Hydrophone längs der Schleppantenne wird über eine abgespeicherte Tabelle die Ablage des Hydrophons von der Längsachse bestimmt und bei der Richtungsbildung berücksichtigt.The position of the hydrophones of a trailing antenna is in the DE 30 34 953 A1 determines that at the beginning of their acoustic part two perpendicular to the longitudinal axis spaced transmitter hydrophones synchronize sound waves two adjacent frequencies over swiveling Radiate directional characteristics. The hydrophone received signal passes through a filter that on the Differential frequency is tuned, and is rectified. When a minimum is detected, a pulse counter started and then stopped when the two transmission signals are out of phase on the transmit hydrophones. The one with the Pulse counter determined time is a direct measure of the DF angle from the location of the transmit hydrophones to the respective one Hydrophone of the receiving arrangement. With knowledge of the Bearing angle and the distances of the hydrophones along the The trailing antenna is stored in a table Storage of the hydrophone determined from the longitudinal axis and at the direction formation is taken into account.

Bei diesem Verfahren werden das Empfangssignal des Hydrophons und beide Sendesignale benötigt, um den Peilwinkel zu bestimmen und damit bei Kenntnis der Schleppentfernung die Ablage des Hydrophons zu ermitteln.With this method, the received signal of the Hydrophones and both transmit signals needed to the Determine bearing angle and thus with knowledge of Drag distance to determine the placement of the hydrophone.

Aus der DE 31 49 163 C2 ist eine Hilfsanordnung zum Bestimmen der Position einer von einem Schiff geschleppten Schleppantenne beschrieben, bei der zwei außenbords am Schiffsheck angeordnete, hochfrequente akustische Quellen kurze Sendeimpulse unterschiedlicher Sendefrequenz abstrahlen, die von den längs der Schleppantenne angeordneten Hydrophonen empfangen werden. Die Lage eines Hydrophons wird mittels Laufzeitmessung der gesendeten Schallwellen im Wasser bestimmt.DE 31 49 163 C2 describes an auxiliary arrangement for Determine the position of one towed by a ship Towing antenna described, in which two outboard on High-frequency acoustic sources arranged in the stern short transmission pulses of different transmission frequencies radiate from the along the tow antenna arranged hydrophones are received. The location of one Hydrophones is sent by means of transit time measurement Sound waves in water determined.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren der im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Art zu schaffen, bei dem die Ablage des Hydrophons allein aus dem Empfangssignal des Hydrophons ohne eine Zeitmessung zwischen Senden und Empfangen bestimmt wird.The object of the present invention is a method of the type mentioned in the preamble of claim 1 create, in which the storage of the hydrophone alone from the Received signal from the hydrophone without a time measurement between sending and receiving is determined.

Diese Aufgabe wird mit dem Verfahren gemäß Anspruch 1 gelöst.This task is accomplished with the procedure Claim 1 solved.

Während der Zeitdauer des empfangenen Sendesignals wird das Empfangssignal demoduliert und seine Modulationsfrequenz bestimmt. Da die beiden Sendesignale den gleichen um das Zeitintervall verzögerten Frequenzgang aufweisen, ist eine Frequenzdifferenz zwischen den Sendesignalen während der um das Zeitintervall verminderten Zeitlänge stets gleich und um so größer je größer das Zeitintervall gewählt ist. Eine Demodulation des Empfangssignals, daß die überlagerten Sendesignale als Summensignal empfängt, liefert eine Modulationsfrequenz, die gleich dieser Frequenzdifferenz ist, wenn die Entfernungen zwischen dem empfangenden Hydrophon und den beiden Sendehydrophonen gleich sind. Eine Entfernungsabweichung führt zu einer Veränderung in der Zeitverschiebung der empfangenen Sendesignale und somit der Modulationsfrequenz. Die Modulationsfrequenz ist ein Maß für die Entfernungsabweichung zwischen dem empfangenden Hydrophon und den beiden Sendehydrophonen. Eine kurze Rechnung zeigt den Zusammenhang zwischen Modulationsfrequenz und Querabstand des Hydrophons von einer Längsachse in Schlepprichtung, die eine Verlängerung der Achse des schleppenden Trägerfahrzeugs bildet.During the period of the received transmission signal, this will be Received signal demodulated and its modulation frequency certainly. Since the two broadcast signals are the same around that Delayed frequency response is a time interval Frequency difference between the transmission signals during the order the time interval reduced length of time is always the same and the larger the time interval is selected, the greater. A Demodulation of the received signal that the superimposed Receives transmission signals as a sum signal, provides one Modulation frequency that is equal to this frequency difference is when the distances between the receiving Hydrophone and the two transmit hydrophones are the same. A Distance deviation leads to a change in the Time shift of the received transmission signals and thus the Modulation frequency. The modulation frequency is a measure for the distance deviation between the receiving Hydrophone and the two transmit hydrophones. A short Calculation shows the connection between Modulation frequency and transverse distance of the hydrophone from a longitudinal axis in the towing direction, which is an extension forms the axis of the towing carrier vehicle.

Der Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens nach Anspruch 1 besteht insbesondere darin, daß kein Vergleich des Empfangssignals mit den Sendesignalen erforderlich ist, sondern daß allein eine Auswertung des Empfangssignals des Hydrophons Aufschluß über die Lage des Hydrophons bezüglich der Längsachse. Insbesondere ist von Vorteil, daß am Ort des Hydrophons, nämlich beispielsweise im Schleppkörper, unmittelbar eine Ortsbestimmung vorgenommen werden kann, ohne Synchronisation mit dem Sendesignal oder Zeitvergleich mit dem Sendesignal, da ein Querabstand unmittelbar aus der Modulationsfrequenz zu berechnen ist. Eine Peilung zwischen Sendehydrophonen und dem empfangenen Hydrophon ist nicht notwendig, da durch die Modulationsfrequenz die Ablage von der Längsrichtung bestimmbar ist und die Schleppentfernung zwischen Trägerfahrzeug und Hydrophon auf dem Schleppkörper oder in der Schleppantenne bekannt sind. Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, daß die Modulationsfrequenz während der gesamten Zeitlänge abzüglich dem Zeitintervall bestimmt wird, so daß durch Turbulenzen verursachte Störungen herausgemittelt werden. Bei repetierendem Senden der beiden Sendesignale kann laufend die Position des Hydrophons ermittelt werden.The advantage of the method according to the invention Claim 1 is in particular that no comparison the received signal with the transmitted signals is required, but that only an evaluation of the received signal of the Hydrophones Information about the position of the hydrophone with respect to the longitudinal axis. It is particularly advantageous that on site of the hydrophone, namely, for example, in the towed body, a location can be determined immediately, without synchronization with the transmission signal or Time comparison with the transmission signal because of a transverse distance is to be calculated directly from the modulation frequency. A bearing between the transmit hydrophones and the received one Hydrophone is not necessary because of the Modulation frequency the deposit from the longitudinal direction is determinable and the towing distance between Carrier vehicle and hydrophone on the tow body or in the tow antenna are known. Another advantage of The inventive method is that the Modulation frequency over the entire length of time minus the time interval is determined so that by Disruptions caused by turbulence can be averaged out. With repeated transmission of the two transmission signals can the position of the hydrophone can be continuously determined.

Die Genauigkeit der Ortsbestimmung des Hydrophons ist abhängig von der Genauigkeit der Frequenzbestimmung der Modulationsfrequenz, so daß abhängig von der gewünschten Genauigkeit die Signalverarbeitung für das Empfangssignal gewählt wird. Standardisierte Rechnerbausteine in Digitaltechnik sind entsprechend klein lieferbar, daß auch am Hydrophonort selbst in einem Schleppkörper die gesamte Auswertung mit digitaler Signalverarbeitung vorgenommen werden kann.The accuracy of the location of the hydrophone is depending on the accuracy of the frequency determination of the Modulation frequency, so that depending on the desired Accuracy of signal processing for the received signal is chosen. Standardized computer blocks in Digital technology can be delivered accordingly that small too the whole at the hydrophone site itself in a towed body Evaluation carried out with digital signal processing can be.

Nach der vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens nach Anspruchs 2 wird ein Peilton ermittelt, der gleich der Frequenzdifferenz zwischen den beiden Sendesignalen ist. Dieser Peilton ist um so höher je größer der Frequenzhub des frequenzmodulierten Sendesignals innerhalb der Zeitlänge ist und je größer die Zeitverschiebung zwischen den beiden Sendesignalen ist. Die ermittelte Modulationsfrequenz wird mit dem Peilton verglichen. Bei Gleichheit befindet sich das Hydrophon auf der Längsachse in Schleppentfernung, bei einer Frequenzabweichung weist das Hydrophon eine Ablage zur Längsachse auf. Mit diesem einfachen Verfahren ist jede Veränderung der Lage des Hydrophons über der Zeit darstellbar.After the advantageous development of the invention The method of claim 2, a bearing tone is determined, the equal to the frequency difference between the two Broadcast signals is. The higher the bearing tone, the higher the frequency swing of the frequency-modulated transmission signal is within the length of time and the larger the There is a time difference between the two transmission signals. The determined modulation frequency is with the bearing tone compared. In case of equality, the hydrophone is on the longitudinal axis in drag, at a The hydrophone assigns a deviation to the frequency Longitudinal axis. With this simple procedure, everyone is Change in the position of the hydrophone over time representable.

Eine genauere Bestimmung der Frequenzabweichung wird gemäß der Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens dazu benutzt, den Querabstand von der Längsachse zu ermitteln, der proportional zur Frequenzabweichung ist. In die Ermittlung des Querabstands geht der Abstand der Sendehydrophone, die Schleppentfernung und die Schallgeschwindigkeit sowie Frequenzhub und Zeitlänge der Sendesignale ein. Diese konstanten Größen werden zu einem Proportionalitätsfaktor zusammengefaßt, mit dem die gemessene Frequenzabweichung multipliziert wird und unmittelbar den Querabstand liefert.A more precise determination of the frequency deviation is according to the development of the method according to the invention used to determine the transverse distance from the longitudinal axis, which is proportional to the frequency deviation. In the Determining the transverse distance is the distance of the Transmitting hydrophones, towing and the Speed of sound as well as frequency deviation and time length of the Broadcast signals. These constant sizes become one Proportionality factor summarized with which the measured frequency deviation is multiplied and immediately provides the transverse distance.

Die Signalverarbeitung des Empfangssignals erfolgt in Analogtechnik durch einen Demodulator, bei dem das Empfangssignal quadriert und tiefpaßgefiltert wird. Zur Frequenzanalyse und Bestimmung der Modulationsfrequenz wird eine Filterbank benutzt, deren Auflösung die Genauigkeit der Ortsangabe des Hydrophons bestimmt. Es ist aber auch möglich, das demodulierte, tiefpaßgefilterte Signal nach einer Analog/Digitalwandlung in einem FFT-Analysator, den es beim heutigen Stand der Technik standardmäßig gibt, zu analysieren und die Modulationsfrequenz an einen Tabellenspeicher zum Ermitteln des dort zur Modulationsfrequenz zugehörigen Querabstands aus zugeben.The received signal is processed in Analog technology through a demodulator, in which the Received signal squared and low-pass filtered. For Frequency analysis and determination of the modulation frequency will uses a filter bank, the resolution of which is accuracy the location of the hydrophone determined. It is also possible, the demodulated, low-pass filtered signal an analog / digital conversion in an FFT analyzer there is standard in today's state of the art, too analyze and the modulation frequency to one Table memory for determining the there Output modulation frequency associated transverse distance.

Das in der erfindungsgemäßen Weiterbildung nach Anspruch 5 angegebene Verfahren ist vorteilhaft digital ausführbar, indem das digitalisierte Empfangssignal einer Fast-Fourier-Trans formation unterworfen wird und die so gewonnenen Empfangsspektren miteinander gefaltet werden, wobei ihre Frequenzverschiebung die Modulationsfrequenz angibt.That in the further development according to the invention according to claim 5 the specified method can advantageously be carried out digitally, by the digitized received signal of a Fast Fourier Trans formation is subjected and the thus obtained Receiving spectra are folded together, their Frequency shift indicates the modulation frequency.

Durch die vorteilhafte Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens nach Anspruch 6 ist gewährleistet, daß die Sendeleistung der Sendehydrophone unabhängig von der Schleppentfernung ist und die Reichweite über die Zeitlänge des Sendesignals variiert wird. Ein Vorteil besteht in einer geringen Verratswahrscheinlichkeit, da die Sendeenergie optimal an die Schleppentfernung angepaßt wird.Due to the advantageous development of the invention The method of claim 6 ensures that the Transmission power of the transmission hydrophones regardless of the Towing distance is and the range over the length of time of the transmission signal is varied. One advantage is a low probability of betrayal, because the Transmitting energy optimally adapted to the towing distance becomes.

Um eine Überlappung der Sendesignale am Empfangsort des Hydrophons zu gewährleisten, wird das Zeitintervall, um das die Sendesignale gegeneinander verschoben werden, abhängig vom Abstand der Sendehydrophone gewählt, wie es in der Weiterbildung in Anspruch 7 angegeben ist.To overlap the transmission signals at the receiving location of the To ensure hydrophones, the time interval around which the transmission signals are shifted against each other, depending selected from the distance of the transmit hydrophones, as in the Training is specified in claim 7.

Die Ansprüche 8 und 9 geben Verwendungsmöglichkeiten des erfindungsgemäßen Verfahrens an, wobei gemäß der vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens nach Anspruch 10 Mittenfrequenz und Frequenzhub des Sendesignals in einen so hohen Frequenzbereich gelegt werden, daß neben der Vermessung der Hydrophone eine Richtungsbildung mit Empfangssignalen der Hydrophone zum Peilen und Orten von schallabstrahlenden oder reflektierenden Zielen durchgeführt werden kann.The claims 8 and 9 give uses of the method according to the invention, according to the advantageous development of the invention The method of claim 10 center frequency and frequency deviation of the transmission signal placed in such a high frequency range be that in addition to measuring the hydrophones Direction formation with reception signals from the hydrophones Bearing and location of sound radiating or reflective goals can be performed.

Eine räumliche Bestimmung des Hydrophons ist durch die zusätzliche Anordnung mindestens eines weiteren Sendehydrophons in der Ebene senkrecht zur Längsachse, in der sich die beiden anderen Sendehydrophone befinden, vorgesehen. Das Sendesignals für das dritte Sendehydrophon wird ebenfalls um ein zweites Zeitintervall, das ungleich dem ersten Zeitintervall gewählt wird, verschoben, so daß das Empfangssignal des Hydrophons dann einen dritten Term aufweist, dessen Frequenz abhängig vom zweiten Zeitintervall ist. Die Signalverarbeitung des Empfangssignals erfolgt in gleicher Weise, nur daß nunmehr zwei Peiltöne zum Vergleichen der Modulationsfrequenzen verwendet werden.A spatial determination of the hydrophone is by the additional arrangement of at least one other Transmitting hydrophones in the plane perpendicular to the longitudinal axis, in which are the other two transmit hydrophones intended. The broadcast signal for the third broadcast hydrophone is also a second time interval that is unequal the first time interval is selected, so that the hydrophone received signal then a third term whose frequency depends on the second Time interval is. The signal processing of the Received signal occurs in the same way, only that now two direction tones to compare the modulation frequencies be used.

In den Ansprüchen 12 bis 16 werden Vorrichtungen zum Ausüben des erfindungsgemäßen Verfahrens angegeben, die in der Demodulationstechnik übliche Schaltungen für analoge oder digitale Signalverarbeitung aufweisen. Besonders vorteilhaft ist es, die Modulationsfrequenz in einer Frequenzbestimmungsstufe, die auf den Peilton abgestimmt ist, zu ermitteln und in einer nachgeordneten Rechenschaltung, die als weitere Eingangsgrößen die Vorgaben für die Sendesignale und die Geometrie der gesamten Anordnung erhält, die Lage des Hydrophons bezüglich der Längsachse zu ermitteln.In claims 12 to 16 devices for Exercise of the inventive method specified in Demodulation technology usual circuits for analog or have digital signal processing. Especially It is advantageous to change the modulation frequency in one Frequency determination level that is tuned to the bearing tone is to identify and in a subordinate Arithmetic circuit, which as further input variables Specifications for the transmission signals and the geometry of the overall arrangement, the position of the hydrophone with respect to the longitudinal axis.

Die Erfindung ist anhand eines Ausführungsbeispiels für ein Verfahren zum Bestimmen der Lage mindestens eines Hydrophons einer Schleppantenne näher beschrieben. Es zeigen:The invention is based on an embodiment for Method for determining the location of at least one Hydrophones of a trailing antenna described in more detail. It demonstrate:

Fig. 1 eine Skizze einer Anordnung mit einer Schleppantenne, Fig. 1 is a sketch of an arrangement with a trailing antenna,

Fig. 2 den Verlauf der Frequenz über der Zeit für ein Sendesignal, Fig. 2 shows the profile of frequency versus time for a transmission signal,

Fig. 3 ein Empfangsspektrum, Fig. 3 shows a reception spectrum,

Fig. 4 ein Spektrum eines demodulierten Empfangssignals, Fig. 4 is a spectrum of a demodulated reception signal,

Fig. 5 ein Blockschaltbild für eine Empfangsschaltung und Fig. 5 is a block diagram for a receiving circuit and

Fig. 6 ein Blockschaltbild für eine modifizierte Empfangsschaltung. Fig. 6 is a block diagram for a modified receive circuit.

Auf einem Schleppschiff 10 befindet sich ein Sendegenerator 11, der frequenzmodulierte Sendesignale für Sendehydrophone 12 und 13 generiert. Das Sendehydrophon 12 ist unmittelbar mit einem Frequenzmodulator 14, das Sendehydrophon 13 über eine Verzögerungsschaltung 15 mit dem Frequenzmodulator 14 verbunden. Die Verzögerungsschaltung 15 verzögert das frequenzmodulierte Sendesignal um ein vorgebbares Zeitintervall T2. Vom Schleppschiff 10 wird eine Schleppantenne 20 geschleppt. Im akustischen Teil der Schleppantenne befinden sich Hydrophone 201, 202, 203 usw., deren Ablage bezüglich einer Längsachse 30 mit dem erfindungsgemäßen Verfahren bestimmt wird. Die Hydrophone 201, 202, 203 sind mit einer Empfangsschaltung 40 an Bord des Schleppschiffs 10 verbunden. Das Hydrophon 201 befindet sich in einer Schleppentfernung L von einer Verbindungslinie zwischen den Sendehydrophonen 12, 13, die in einem Abstand d zueinander angeordnet sind. Zwischen Hydrophon 201 und den beiden Sendehydrophonen 12, 13 liegen die Entfernungen L₁ und L₂. Zur Zeit t₂ empfängt das Hydrophon 201 die überlagerten Sendesignale der Sendehydrophone 12, 13, die diese zur Zeit t₁ ausgesendet haben. Die Zeit zwischen Senden und Empfangen beträgt t₂-t₁. Würde sich das Hydrophon 201 auf der Längsachse 30 befinden, wären die Entfernungen L1 und L2 gleich lang und die Zeit zwischen Senden und Empfangen vom Sendehydrophon 12 und 13 identisch gleich.On a tugboat 10 there is a transmission generator 11 which generates frequency-modulated transmission signals for transmission hydrophones 12 and 13 . The Sendehydrophon 12 is directly connected to a frequency modulator 14, the Sendehydrophon 13 via a delay circuit 15 to the frequency modulator fourteenth The delay circuit 15 delays the frequency-modulated transmission signal by a predefinable time interval T2. A towing antenna 20 is towed by the tugboat 10 . In the acoustic part of the trailing antenna there are hydrophones 201 , 202 , 203 etc., the placement of which with respect to a longitudinal axis 30 is determined using the method according to the invention. The hydrophones 201 , 202 , 203 are connected to a receiving circuit 40 on board the tugboat 10 . The hydrophone 201 is located at a drag distance L from a connecting line between the transmit hydrophones 12 , 13 , which are arranged at a distance d from one another. Between hydrophone 201 and the two transmit hydrophones 12 , 13 are the distances L₁ and L₂. At time t₂, the hydrophone 201 receives the superimposed transmission signals of the transmission hydrophones 12 , 13 , which they have emitted at the time t₁. The time between sending and receiving is t₂-t₁. If the hydrophone 201 were on the longitudinal axis 30 , the distances L1 and L2 would be the same length and the time between transmission and reception from the transmission hydrophone 12 and 13 would be identical.

Fig. 2 zeigt Frequenzverläufe S12, S13 der Sendehydrophone 12, 13 über der Zeit t. Innerhalb der Zeitlänge T steigt die Sendefrequenz von einer unteren Frequenz f₀ um einen Frequenzhub Δf. Das Sendesignal für das Sendehydrophon 13 setzt um ein Zeitintervall T2 später ein als das Sendesignal des Sendehydrophons 12. Seine Frequenz steigt ebenfalls von der unteren Frequenz f₀ um den Frequenzhub Δf in der Zeitlänge T. In der Zeit T-T₂ senden beide Sendehydrophone 12 und 13. Zwischen ihren Signalen besteht eine Frequenzdifferenz δf, die um so größer ist je größer das Zeitintervall T2 gewählt ist. Der Frequenzhub Δf multipliziert mit dem Zeitintervall T2 geteilt durch die Zeitlänge T ist gleich dieser Frequenzdifferenz und wird Peilton δf genannt. Der Peilton δf ist bei konstantem Frequenzhub Δf und konstanter Zeitlänge T um so höher je länger das Zeitintervall T2 gewählt ist. Fig. 2 illustrates frequency curves S12, S13 of the transmitting hydrophones 12, 13 over the time t. Within the time length T, the transmission frequency increases from a lower frequency f₀ by a frequency deviation Δf. The transmission signal for the transmission hydrophone 13 starts a time interval T2 later than the transmission signal of the transmission hydrophone 12 . Its frequency also increases from the lower frequency f₀ by the frequency deviation Δf in the time length T. In the time T-T₂, both transmit hydrophones 12 and 13 transmit. There is a frequency difference δf between their signals, which is greater the larger the time interval T2 is selected. The frequency deviation Δf multiplied by the time interval T2 divided by the time length T is equal to this frequency difference and is called the bearing tone δf. The bearing tone δf with a constant frequency deviation Δf and a constant time length T is higher the longer the time interval T2 is selected.

Am Hydrophon 201 wird zur Zeit t₂ ein Empfangssignal empfangen, das zur Zeit t₁ ausgesendet wurde und zwei Frequenzterme aufweist, deren Frequenzen sich um den Peilton δf unterscheiden:At the hydrophone 201 , a reception signal is received at the time t 2, which was transmitted at the time t 1 and has two frequency terms, the frequencies of which differ by the bearing tone δf:

Während des gesamten Empfangs bleibt das Frequenzspektrum des Empfangssignals gleich, es weist zwei Spektrallinien bei den Frequenzen f_e und f_e-δf auf. During the entire reception, the frequency spectrum of the received signal remains the same, it has two spectral lines at the frequencies f _e and f _e -δf.

Eine Quadrierung des Empfangssignals E(t) und eine anschließende Tiefpaßfiterung ergibt ein demoduliertes EmpfangssignalSquaring the received signal E (t) and one Subsequent low-pass filtering results in demodulated Received signal

TE(t) = S₀ cos2π δf · tTE (t) = S₀ cos2π δf · t

Das demodulierte Empfangssignal TE weist eine einzige Spektrallinie bei der Differenzfrequenz des Empfangssignals auf, die gleich dem Peilton δf ist, wenn das Hydrophon 20 auf der Längsachse 30 liegt. Eine Ablage x des Hydrophons 201 bewirkt eine Frequenzänderung ΔF vom Peilton δf, die um so größer ist, je größer die Ablage x ist, und die gleich dem Peilton ΔF = δf ist, wenn sich das Hydrophon 201 im Abstand x = d/2 von der Längsachse 30 befindet.The demodulated received signal TE has a single spectral line at the difference frequency of the received signal, which is equal to the bearing tone δf when the hydrophone 20 lies on the longitudinal axis 30 . A deposit x of the hydrophone 201 causes a change in frequency ΔF from the bearing tone δf, which is greater the larger the deposit x is, and which is equal to the bearing tone ΔF = δf when the hydrophone 201 is at a distance x = d / 2 from the longitudinal axis 30 is located.

Fig. 3 zeigt das Empfangsspektrum des Empfangssignals. Fig. 3 shows the received spectrum of the received signal.

Fig. 4 zeigt das Spektrum nach der Demodulation des Empfangssignals. Fig. 4 shows the spectrum after demodulation of the received signal.

Befindet sich der akustische Teil der Schleppantenne gemäß Fig. 1 mit dem ersten Hydrophon 201 in einer Schleppentfernung L = 300 m von dem Schleppschiff 10 und beträgt der Abstand der Sendehydrophone 12, 13 d = 6 m, so ergibt folgende Rechnung den Zusammenhang zwischen einer Zeitdifferenz ΔT der Schallaufzeiten L1/c und L2/c von den Sendehydrophonen 12, 13 zum Hydrophon 201:If the acoustic part of the towing antenna according to FIG. 1 with the first hydrophone 201 is at a towing distance L = 300 m from the towing vessel 10 and the distance between the transmitting hydrophones 12 , 13 d = 6 m, the following calculation shows the relationship between a time difference ΔT of the sound propagation times L1 / c and L2 / c from the transmit hydrophones 12 , 13 to the hydrophone 201 :

für x « L gilt:for x «L applies:

Auf ΔT wird x bezeichnet:X is denoted on ΔT:

Durch die Ablage x des Hydrophons 201 von der Längsachse 30 erfährt das empfangene Sendesignal des Sendehydrophons 13 The received transmission signal of the transmission hydrophone 13 is experienced by the displacement x of the hydrophone 201 from the longitudinal axis 30

zusätzlich zum Zeitintervall T₂ eine Zeitverschiebung ΔT:in addition to the time interval T₂ a time shift ΔT:

Nach der Demodulation erhält man das demodulierte EmpfangssignalAfter demodulation, the demodulated is obtained Received signal

TE(t) = S₀cos 2π (δf + ΔF) dt,TE (t) = S₀cos 2π (δf + ΔF) dt,

dessen einzige Spektrallinie bei einer Modulationsfrequenz δf + ΔF liegt, die gegenüber dem Peilton δf um die Frequenzänderung ΔF verschoben ist.its only spectral line at a modulation frequency δf + ΔF is around the bearing tone δf Frequency change ΔF is shifted.

Aus der Frequenzänderung ΔF wird die Zeitdifferenz ΔT bestimmtThe frequency change ΔF becomes the time difference ΔT certainly

und der Abstand x berechnet:and the distance x is calculated:

Das Sendesignal liegt bei f₀ = 300 kHz und weist einen Frequenzhub Δf = 30 kHz und eine Zeitlänge T = 100 ms auf. Das Zeitintervall T₂ beträgtThe transmission signal is f₀ = 300 kHz and has one Frequency deviation Δf = 30 kHz and a time length T = 100 ms. The time interval T₂ is

Der Peilton liegt beiThe bearing tone is included

Die Ablage x wird aus der Frequenzänderung ΔF durch Division durch einen FaktorThe storage x is determined by the frequency change ΔF Division by a factor

berechnet, der für die gesamten Größen k = 4 m·s beträgt. Bei einer Bestimmung der Ablage x mit einer Genauigkeit im Zentimeterbereich bewegt sich die Frequenzänderung im zehntel Hertz-Bereich. Eine solche Frequenzauflösung ist mit einem Fast-Fourier-Transformations-Rechenbaustein problemlos zu leisten.calculated, which is k = 4 m · s for the entire sizes. When determining the storage x with an accuracy in The frequency change moves in the centimeter range tenth Hertz range. Such a frequency resolution is with a Fast Fourier Transform calculation block easy to accomplish.

Fig. 5 zeigt ein Blockschaltbild einer Empfangsschaltung 40. Das Empfangssignal des Hydrophons 201 wird über einen Hochpaß 50 auf einen für die Peilung benutzten Datenbus zur Empfangsschaltung 40 an Bord des Schleppschiffs 10 übertragen. Die Empfangsschaltung 40 weist einen Demodulator 51, bestehend aus einem Gleichrichter und einem Tiefpaß, eine Frequenzbestimmungsstufe 52 und eine Rechenschaltung 53 auf. Die Frequenzbestimmungsstufe 52 ist ausgelegt für einen Frequenzumfang des doppelten Peiltones 2δf. In einer Fast-Fourier-Transformations-Schaltung 53 mit einer Frequenzauflösung, die abhängig von der Genauigkeit zur Bestimmung des Abstandes x gewählt ist, wird die Modulationsfrequenz bestimmt und mit dem Peilton δf in einer Vergleichsschaltung 54 verglichen. Fig. 5 is a block diagram showing a reception circuit 40. The received signal of the hydrophone 201 is transmitted via a high pass 50 to a data bus used for the bearing to the receiving circuit 40 on board the tugboat 10 . The receiving circuit 40 has a demodulator 51 , consisting of a rectifier and a low-pass filter, a frequency determination stage 52 and a computing circuit 53 . The frequency determination stage 52 is designed for a frequency range of the double bearing tone 2δf. The modulation frequency is determined in a fast Fourier transform circuit 53 with a frequency resolution that is selected as a function of the accuracy for determining the distance x and compared with the bearing tone δf in a comparison circuit 54 .

Der Peilton δf wird in einer Quotientenstufe 55, in der der Quotient aus Frequenzhub Δf und Zeitlänge T gebildet wird, und einer Multiplikationsstufe 56 berechnet, in der der Quotient mit dem Zeitintervall T2 verknüpft wird. In der Rechenschaltung 53, die als Eingangsgrößen die Schleppentfernung L, die Schallgeschwindigkeit c und den Abstand d erhält, wird die Ablage x des Hydrophons 201 bestimmt.The bearing tone δf is calculated in a quotient stage 55 , in which the quotient of frequency deviation Δf and time length T is formed, and in a multiplication stage 56 , in which the quotient is linked to the time interval T2. The offset x of the hydrophone 201 is determined in the arithmetic circuit 53 , which receives the drag distance L, the speed of sound c and the distance d as input variables.

Fig. 6 zeigt ein Blockschaltbild einer modifizierten Empfangsschaltung 40 für eine digitale Verarbeitung eines am Ort des Hydrophons 201 digitalisierten Empfangssignals. Dazu wird das Empfangssignal in einer Demodulationsschaltung 61 von einem Fast-Fourier-Trans formator 62 in den Frequenzbereich transformiert und ein Empfangsspektrum des Empfangssignals bestimmt. Das Empfangsspektrum wird in einer Faltungsschaltung 63 mit sich selber gefaltet. Fig. 4 zeigt das Spektrum des demodulierten Empfangssignals. Spektrallinien dieses Spektrums werden mit dem Peilton δf verglichen und eine Frequenzabweichung ΔF festgestellt, die in der Rechenschaltung 53 weiterverarbeitet wird, wie es bereits vorher beschrieben wurde. Fig. 6 is a block diagram showing a modified receiving circuit 40 for digital processing of a digitized at the location of the hydrophone 201 reception signal. For this purpose, the received signal is transformed in a demodulation circuit 61 by a Fast Fourier transformer 62 into the frequency range and a received spectrum of the received signal is determined. The reception spectrum is folded with itself in a folding circuit 63 . Fig. 4 shows the spectrum of the demodulated received signal. Spectral lines of this spectrum are compared with the bearing tone δf and a frequency deviation ΔF is determined, which is further processed in the computing circuit 53 , as has already been described previously.

Claims

1. Verfahren zum Bestimmen des Querabstands mindestens eines nachgeschleppten Hydrophons bezüglich einer Längsachse in Schlepprichtung, das zwei aus einer Schleppentfernung gesendete Sendesignale benachbarter Frequenz empfängt, wobei zwei Sendehydrophone senkrecht zur Längsachse in einem Abstand zueinander angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß zwei linear frequenzmodulierte Sendesignale mit vorgebbarer Zeitlänge (T) und wählbarem Frequenzhub (Δf) gegeneinander um ein Zeitintervall (T2) verschoben werden und einmal oder wiederholt gesendet werden und daß ein Empfangssignal des Hydrophons (201) demoduliert und seine Modulationsfrequenz bestimmt wird, die ein Maß für den Querabstand (x) des Hydrophons (201) ist.1. A method for determining the transverse distance of at least one dragged hydrophone with respect to a longitudinal axis in the towing direction, which receives two transmission signals of adjacent frequency transmitted from a towing distance, two transmission hydrophones being arranged at a distance from one another perpendicular to the longitudinal axis, characterized in that two linear frequency-modulated transmission signals are used Predeterminable time length (T) and selectable frequency deviation (Δf) are shifted against each other by a time interval (T2) and are transmitted once or repeatedly and that a received signal of the hydrophone ( 201 ) is demodulated and its modulation frequency is determined, which is a measure of the transverse distance (x ) of the hydrophone ( 201 ).

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Peilton (δf) aus dem Quotienten (Q) aus Frequenzhub (Δf) und Zeitlänge (T) multipliziert mit dem Zeitintervall (T2) ermittelt wird, daß die Modulationsfrequenz mit dem Peilton (δf) verglichen wird, daß sich bei Gleichheit das Hydrophon (201) auf der Längsachse (30) und bei einer Frequenzabweichung (AF) im Querabstand (x) zur Längsachse (30) befindet. 2. The method according to claim 1, characterized in that a bearing tone (δf) from the quotient (Q) from frequency deviation (Δf) and time length (T) multiplied by the time interval (T2) is determined that the modulation frequency with the bearing tone (δf ) that the hydrophone ( 201 ) is located on the longitudinal axis ( 30 ) in the case of equality and in the transverse distance (x) to the longitudinal axis ( 30 ) in the case of a frequency deviation (AF).

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Querabstand (x) aus der Frequenzabweichung (ΔF) geteilt durch den Quotienten (Q) und Abstand (d) und multipliziert mit der Schleppentfernung (L) und der Schallgeschwindigkeit (c) berechnet wird.3. The method according to claim 2, characterized in that the transverse distance (x) from the frequency deviation (ΔF) divided by the quotient (Q) and distance (d) and multiplied by the towing distance (L) and the Speed of sound (c) is calculated.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Empfangssignal quadriert und tiefpaßgefiltert wird.4. The method according to any one of claims 1 to 3, characterized characterized in that the received signal squares and is low pass filtered.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein Empfangsspektrum des Empfangssignals gebildet wird und das Empfangsspektrum mit sich selbst gefaltet wird und die Frequenzlinie des Faltungsintegrals die Modulationsfrequenz angibt.5. The method according to any one of claims 1 to 3, characterized characterized in that a reception spectrum of the Received signal is formed and the reception spectrum is folded with itself and the frequency line of the convolution integral indicates the modulation frequency.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Zeitlänge (T) abhängig von einer maximalen Schleppentfernung (L) des Hydrophons (201) gewählt wird.6. The method according to any one of claims 1 to 5, characterized in that the time length (T) is selected depending on a maximum drag distance (L) of the hydrophone ( 201 ).

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Zeitintervall (T₂) abhängig vom Abstand (d) der Sendehydrophone geteilt durch die Schallgeschwindigkeit (c) gewählt wird.7. The method according to any one of claims 1 to 6, characterized characterized in that the time interval (T₂) depends from the distance (d) of the transmit hydrophones divided by the Speed of sound (c) is selected.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Hydrophon (201) zum akustischen Teil einer Schleppantenne gehört.8. The method according to any one of claims 1 to 7, characterized in that the hydrophone ( 201 ) belongs to the acoustic part of a trailing antenna.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Hydrophon (201) auf einem Schleppkörper angeordnet ist. 9. The method according to any one of claims 1 to 7, characterized in that the hydrophone ( 201 ) is arranged on a towed body.

10. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche 1 bis 9 dadurch gekennzeichnet, daß untere Frequenz (f₀) und Frequenzhub (Δf) des Sendesignals oberhalb eines Nutz-/Empfangsfrequenzbereichs des Hydrophons (201) gelegt werden.10. The method according to any one of the preceding claims 1 to 9, characterized in that the lower frequency (f₀) and frequency deviation (Δf) of the transmission signal are placed above a useful / receiving frequency range of the hydrophone ( 201 ).

11. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß in einer Ebene senkrecht zur Längsachse (30), in der die beiden Sendehydrophone angeordnet sind, mindestens ein drittes Sendehydrophon vorgesehen wird, daß das Sendesignal des dritten Sendehydrophons oder weiterer Sendehydrophone um ein gegenüber den beiden anderen Sendesignalen weiteres Zeitintervall (T₃) verschoben wird und gesendet wird, daß mindestens ein zweiter Peilton aus dem Quotienten aus Frequenzhub (Δf) und Zeitlänge (T) multipliziert mit dem zweiten oder weiterer Zeitintervalle (T₃) ermittelt wird und daß Modulationsfrequenzen des Empfangssignals mit den Peiltönen verglichen werden.11. The method according to any one of the preceding claims 1 to 10, characterized in that in a plane perpendicular to the longitudinal axis ( 30 ) in which the two transmission hydrophones are arranged, at least a third transmission hydrophone is provided that the transmission signal of the third transmission hydrophone or further transmission hydrophones by a further time interval (T₃) compared to the other two transmission signals and is sent that at least a second bearing tone from the quotient of frequency deviation (Δf) and time length (T) multiplied by the second or further time intervals (T₃) is determined and that Modulation frequencies of the received signal can be compared with the bearing tones.

12. Vorrichtung zum Ausüben des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 11 mit mindestens einem in einer Schleppentfernung (L) nachgeschleppten Hydrophon (201) und nachgeordneter Empfangsschaltung (40) und mit mindestens zwei im Abstand (d) angeordneten Sendehydrophonen (12, 13), die mit einem Sendegenerator (10) verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß der Sendegenerator (10) einen Frequenzmodulator (14) zum Erzeugen eines frequenzmodulierten Sendesignals vorgebbarer Zeitlänge (T) und wählbarem Frequenzhub (Δf) und mindestens eine Verzögerungsschaltung (15) für ein Zeitintervall (T₂) aufweist, daß der Frequenzmodulator (14) direkt mit dem einen Sendehydrophon (12) und über die Verzögerungsschaltung (15) mit dem anderen Sendehydrophon (13) verbunden ist, daß die Empfangsschaltung (40) einen Demodulator (51 bzw. 61), eine Frequenzbestimmungsstufe (52) und eine nachgeordnete Rechenschaltung (53) enthält.12. Device for carrying out the method according to one of claims 1 to 11 with at least one hydrophone ( 201 ) dragged in at a towing distance (L) and downstream reception circuit ( 40 ) and with at least two transmission hydrophones ( 12 , 13 ) arranged at a distance (d). , which are connected to a transmission generator ( 10 ), characterized in that the transmission generator ( 10 ) has a frequency modulator ( 14 ) for generating a frequency-modulated transmission signal of a predefinable length of time (T) and a selectable frequency deviation (Δf) and at least one delay circuit ( 15 ) for one Time interval (T₂) has that the frequency modulator ( 14 ) is connected directly to the one transmit hydrophone ( 12 ) and via the delay circuit ( 15 ) to the other transmit hydrophone ( 13 ) that the receive circuit ( 40 ) has a demodulator ( 51 and 61 ), a frequency determination stage ( 52 ) and a downstream arithmetic circuit ( 53 ).

13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Demodulator (51) einen Gleichrichter und einen Tiefpaß enthält.13. The apparatus according to claim 12, characterized in that the demodulator ( 51 ) contains a rectifier and a low pass.

14. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Demodulator (61) einen A/D-Wandler, eine FFT-Stufe (62) und eine Rechenstufe (63) zum Falten von Empfangsspektren enthält.14. The apparatus according to claim 12, characterized in that the demodulator ( 61 ) contains an A / D converter, an FFT stage ( 62 ) and an arithmetic stage ( 63 ) for folding reception spectra.

15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenzbestimmungsstufe (52) auf einen aus dem Frequenzhub (Δf), der Zeitlänge (T) und dem Zeitintervall (T₂) ermittelten Peilton (δf) abgestimmt ist und eine Bandbreite aufweist, die dem doppelten Peilton (δf) entspricht.15. Device according to one of claims 11 to 14, characterized in that the frequency determining stage (52) is tuned to a from the frequency deviation (.DELTA.f), the time length (T) and the time interval (T₂) determined Bearing tone (.DELTA.f) and a bandwidth has, which corresponds to the double bearing tone (δf).

16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Rechenschaltung (53) als Eingangsgrößen das Zeitintervall (T₂), den Frequenzhub (Δf), die Zeitlänge (T), den Abstand (d), die Schleppentfernung (L) und die Schallgeschwindigkeit (c) erhält und eingangsseitig über die Frequenzbestimmungsstufe (52) mit dem Ausgang des Demodulators (51, 61) verbunden ist.16. The device according to one of claims 11 to 14, characterized in that the computing circuit ( 53 ) as input variables, the time interval (T₂), the frequency deviation (Δf), the length of time (T), the distance (d), the drag distance (L ) and the speed of sound (c) is obtained and is connected on the input side via the frequency determination stage ( 52 ) to the output of the demodulator ( 51 , 61 ).