DE19931387A1

DE19931387A1 - Verfahren und Anordnung mit parametrischer Sendung zur Echolotung des Bodens, von Sedimentschichten und von Objekten am und im Boden sowie zur Unterwassernachrichtenübertragung

Info

Publication number: DE19931387A1
Application number: DE1999131387
Authority: DE
Inventors: Gert Wendt
Original assignee: INNOMAR TECHNOLOGIE GmbH
Current assignee: INNOMAR TECHNOLOGIE GmbH
Priority date: 1999-07-07
Filing date: 1999-07-07
Publication date: 2001-02-01
Anticipated expiration: 2019-07-08
Also published as: DE19931387B4

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anordnung zur Echolotung des Bodens, von Sedimentschichten und von Objekten am und im Boden insbesondere in Flachwasserbereichen sowie zur Unterwassernachrichtenübertragung mit parametrischer (nichtlinearer) Sendung. Zeitverlauf und Spektrum der Ansteuersignale des parametrischen Sendewandlers (Primärsignale) werden so gewählt, daß die niederfrequenten Sekundärsignale unter Einbeziehung der bekannten nichtlinearen Effekte der Schallausbreitung optimal an die jeweilige Aufgabenstellung angepaßt sind. Dabei kann auch eine Anpassung an den akustischen Wirkungsgrad, die Pulsdauer und die Entfernungsabhängigkeit des Sekundär-Schallfeldes erfolgen, oder es können auf diese Weise spezielle Mehrfrequenzsignale erzeugt werden. Aus dem ermittelten Zeitverlauf und Spektrum der Primärsignale werden unter Einbeziehung der Eigenschaften des Schallwandlers und eventueller Kompensationsnetzwerke zwischen Sendestufe und Wandler pulsbreitenmodulierte Impulsmuster berechnet und in einem Speicher zum wiederholten Auslesen abgelegt. Die Ansteuersignale der vorzugsweise als Halb- oder Vollbrücken-Schaltstufen realisierten Sendeleistungsstufen werden so modifiziert, daß die Schaltstufen in den Halbbrücken nicht gleichzeitig leitend sind, im Ausgangssignal keine Lücken auftreten und das Ausgangssignal der Sendeleistungsstufen den geforderten Zeitverlauf aufweist. Das Kompensationsnetzwerk korrigiert den Frequenzgang des Schallwandlers und ...

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anordnung zur Echolotung des Bodens, von Sedimentschichten und von Objekten am und im Boden insbesondere in Flachwasserberei chen sowie zur Unterwassernachrichtenübertragung mit parametrischer (nichtlinearer) Sen dung. Zeitverlauf und Spektrum der Ansteuersignale des parametrischen Sendewandlers (Pri märsignale) werden so gewählt, daß die niederfrequenten Sekundärsignale unter Einbezie hung der bekannten nichlinearen Effekte der Schallausbreitung optimal an die jeweilige Auf gabenstellung angepaßt sind. Dabei kann auch eine Anpassung an den akustischen Wirkungs grad, die Pulsdauer und die Entfernungsabhängigkeit des Sekundär-Schallfeldes erfolgen, oder es können auf diese Weise spezielle Mehrfrequenzsignale erzeugt werden. Aus dem ermittelten Zeitverlauf und Spektrum der Primärsignale werden unter Einbeziehung der Eigenschaften des Schallwandlers und eventueller Kompensationsnetzwerke zwischen Sendestufe und Wandler pulsbreitenmodulierte Impulsmuster berechnet und in einem Speicher zum wiederholten Auslesen abgelegt. Die Ansteuersignale der vorzugsweise als Halb- oder Vollbrücken-Schaltstufen realisierten Sendeleistungsstufen werden so modifiziert, daß die Schaltstufen in den Halbbrücken nicht gleichzeitig leitend sind, im Ausgangssignal keine Lücken auftreten und das Ausgangssignal der Sendeleistungsstufen den geforderten Zeitverlauf aufweist. Das Kompensationsnetzwerk korrigiert den Frequenzgang des Schallwandlers und ermöglicht kleine Phasenwinkel zwischen Strom und Spannung in den Sendeleistungsstufen.

Die Erfindung findet in der Meeres- und Umwelttechnik Anwendung.

Bekanntlich entstehen bei der gleichzeitigen Abstrahlung von 2 Schallwellen unterschied licher Primär-Frequenzen mit sehr hohen Schalldrücken durch nichtlineare Wechselwir kungen im Wasser außer diesen Frequenzen auch Schallwellen mit den Summen- und Diffe renzfrequenzen und mit weiteren Frequenzen. Die Differenzfrequenzsignale (Sekundärfre quenzsignale) weisen bei Anwendungen in der Unterwasserortung und -nachrichtenübertra gung vorteilhafte Eigenschaften bezüglich Richtcharakteristik und Bandbreite auf. Die Schall- Leistung und der Wirkungsgrad bei der Erzeugung des Differenzschalls sind unter anderem nichtlinear abhängig von der Größe der Differenzfrequenz, von der Schall-Leistung bei den Primärfrequenzen und von der Entfernung von der Quelle, und sie sind sehr gering. Das er fordert sehr hohe Primärschall-Leistungen. Als Schallwandler werden zur Realisierung hoher Wirkungsgrade üblicherweise piezoelektrische bzw. piezomagnetische Wandler eingesetzt, deren akustische Resonanz im Bereich der Primärfrequenzen liegt. Die akustische Bandbreite solcher Wandler ist begrenzt und beschränkt die Größe der möglichen Differenzfrequenz. Die elektrische Bandbreite dieser Wandler ist ebenfalls begrenzt. Es ist bekannt, die Wandler bei der akustischen Resonanzfrequenz mit einer Induktivität bzw. Kapazität elektrisch zu kompensieren, damit die elektrische Blindleistung bei der Resonanzfrequenz Null wird. Bei Anwendungen in der Impulsortung und der Nachrichtenübertragung ist es jedoch erforderlich, anstelle einer einzelnen Frequenz ein vorgegebenes möglichst breitbandiges Sekundärfre quenz-Spektrum zu erzeugen. Mit zunehmender Abweichung von der Resonanzfrequenz steigt dann der Anteil der Blindleistung und der Verluste in den elektrischen Sendestufen er heblich und die maximal mögliche Sendeleistung wird begrenzt. Die bekannten Vorteile bei der Nutzung von digital gesteuerten Schalt-Leistungsverstärkern können hier nicht voll ge nutzt werden. Insbesondere treten durch die komplexe Belastung große Strom-, Spannungs- und Verlustleistungsspitzen auf, die schwer zu beherrschen sind und die zur Zerstörung der Bauelemente führen können. Es werden daher häufig analoge Leistungsverstärker eingesetzt, die aber einen großen Platzbedarf aufweisen und kostenintensiv sind. Auch ist es auf diese Weise nur stark eingeschränkt möglich, akustische Mehrfrequenzsignale zu generieren.

Es ist bekannt, die Frequenzcharakteristik von linearen Schallfeldern in aufwendiger Weise durch Gruppen von Filtern mit einstellbaren Filterparametern zu korrigieren (EP 0 571 635 A1). Es ist auch bekannt, das Übertragungsverhalten von linearen Schallwandlern durch steuerbare Entzerrernetzwerke zu korrigieren, deren Steuersignale aus einem vor dem Wandler befindlichen Sensor gewonnen werden (EP 0508 392 A2). Das Verfahren löst nicht die Probleme der parametrischen Sendung bei der Unterwasserortung und -nachrichtenüber tragung. Auch könnte ein entsprechender Sensor nur mit großem Aufwand im Sekundär schallfeld angebracht werden.

Bekannt ist auch, daß es durch die nichtlinearen Wechselwirkungen im Wasser zu entfer nungsabhängigen Änderungen im Spektrum des Differenzsignals kommt, die die Qualität der Ortung und Nachrichtenübertragung bei geringen Entfernungen erheblich beeinträchtigen können. Diese Effekte werden noch weiter bei sehr geringen Distanzen wie im Nahfeldbe reich des Primärschallfeldes verstärkt, dessen Längenausdehnung sich mit wachsender Wand lerfläche vergrößert.

Es wird bisher nur mit einfach strukturierten Ansteuersignalen gearbeitet. Der Zusammenhang zwischen den geforderten Parametern des Differenzfrequenzschallfeldes und den elektrischen Ansteuersignalen der Sendeleistungsstufen unter Einbeziehung aller elektrischen und akusti schen Komponenten und Forderungen wird nicht berücksichtigt.

Der im Patentanspruch 1 angegebenen Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein solches parametrisches Sendeverfahren und eine Anordnung zu schaffen, daß die Vorzüge parametri scher Sendung besser zur Echolotung des Bodens, von Sedimentschichten und von Objekten am und im Boden insbesondere in Flachwasserbereichen sowie zur Unterwassernachrichten übertragung genutzt werden und daß bei der Erzeugung der Differenzsignale der Wirkungs grad vergrößert und die Kosten verringert werden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die in den Patentansprüchen aufgeführten Merk male gelöst.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird der parametrische Sendeschallwandler anstelle einfacher fester Signalformen einstellbar mit speziellen, bezüglich Zeitverlauf und Spektrum ausgewählten hochfrequenten elektrischen Signalen erregt, die bezüglich der jeweiligen Anwendung optimale niederfrequente akustische Signale erzeugen. Eine solche Verfahrens weise wird durch die besonderen Eigenschaften der parametrischen Akustik sehr wirkungs voll. Weiterhin ist es dadurch auch möglich, die nichtlinearen Zusammenhänge zwischen der elektrischen Erregung und den akustischen Signalen zu linearisieren. Ein hoher elektro akustischer Wirkungsgrad wird bei geringem zusätzlichen technischen Aufwand erreicht, indem die Verluste im Sender durch Anpassung der Ansteuersignale an die Erfordernisse geschalteter Leistungsverstärker und eine breitbandige elektrische Kompensation des Schall wandlers über den Frequenzbereich der elektrischen Primärsignale reduziert werden. Der Ge samtaufwand gegenüber der Verwendung von analogen Leistungsverstärkern verringert sich beträchtlich. Durch die Anpassung der Größe der aktiven Wandlerfläche beim Senden an die Entfernung wird die Länge des Nahfeldbereiches bei geringen Entfernungen reduziert und eine erfolgreiche Ortung oder Nachrichtenübertragung ermöglicht.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist im Patentanspruch 2 angegeben. Für die meisten Anwendungen ist es zur Erzielung einer großen Reichweite erforderlich, die Sekundärsignale mit einem genügend großen Schalldruck zu erzeugen. Der maximal mög liche Primärschalldruck ist physikalisch begrenzt. Als Ausweg werden die elektrischen Pri märsignale so modifiziert, daß unter Beachtung der nichtlinearen Zusammenhänge zwischen den akustischen Primär- und Sekundärsignalen bei der Schallausbreitung ein hoher akusti scher Wirkungsgrad bei der parametrischen Signalerzeugung besteht und damit ein großer Sekundärsignal-Schallpegel vorliegt. Bei der Synthese des elektrischen Primärsignals werden als weitere Kriterien geforderte Zeitverläufe und Spektren der akustischen Sekundärsignale einbezogen, um bezüglich der Anwendung optimale Eigenschaften zu gewährleisten.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist im Patentanspruch 3 angegeben. Wenn die Ortungs- oder Nachrichtenübertragungs-Entfernung bekannt ist, werden durch eine Anpassung an diese Entfernung die optimalen Eigenschaften des akustischen Sekundärfre quenzsignals beim Auftreffen auf den Boden oder den Nachrichtenempfänger z. B. bezüglich Störabstand und Auflösung möglich.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist auch im Patentanspruch 4 angegeben. Für bestimmte Anwendungen der Ortung und Nachrichtenübertragung ist es erforderlich, akusti sche Signale mit einem genau definierten Spektrum zu erzeugen. Für Phasen- und Dämpfungsmessungen bei der Sedimentortung werden Mehrfrequenzsignale benötigt, die mit linearen Schallwandlern wegen ihrer begrenzten Bandbreite nicht in der erforderlichen Qualität bereitgestellt werden können. Mit dem im Patentanspruch 4 angegebenen Verfahren können solche Signale parametrisch gewonnen werden.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist auch im Patentanspruch 5 angegeben. Die laufende Berechnung der optimalen Ansteuersignale für die Leistungsstufen ist rechenzeitintensiv und kann selbst bei sehr schnellen Rechnern die Geschwindigkeit der anderen in einer Ortungs- oder Nachrichtenübertragungsanlage ablaufenden Prozesse nachteilig beeinflussen, oder es sind wesentlich schnellere oder größere Rechner erforderlich. Bei dem im Patentanspruch 5 angegebenen Verfahren treten diese Probleme nicht auf, da bereits off-line eine größere Zahl von Ansteuersignalen berechnet werden können, die im Sendespeicher abgelegt werden. Die online Sendesignalaufbereitung beschränkt sich dann auf die Auswahl des momentan erforderlichen Sendesignalmusters und benötigt wesentlich weniger Rechenzeit.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist im Patentanspruch 6 angegeben. Zur Erzielung großer Sendeleistungen werden die Leistungsschaltstufen als Halb- oder Voll brücken realisiert. Werden diese Stufen mit den nach Patentansprüchen 1 und 5 berechneten und realisierten Signalen angesteuert, treten wegen unterschiedlicher Signalverzögerungen und Schaltzeiten in den einzelnen Schaltstufen Überschneidungen und Lücken beim Schalten auf. Diese können zu unzulässigen Strom- und Spannungsspitzen an den Schaltstufen führen. Als Folge treten verringerte Lebensdauer der Schaltstufen und Störsignale auf den Leiterkar ten auf, oder das Leistungsvermögen der Leistungsstufen kann nicht voll ausgeschöpft wer den. Das im Patentanspruch 6 angegebene Verfahren vermeidet diese Schwierigkeiten ohne zusätzlichen Aufwand an Hardware.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist in den Patentansprüchen 7 und 8 angegeben. Bei Verwendung von Schaltstufen treten hohe Verlustleistungsspitzen beim Um schalten auf, wenn die geschaltete Last ein komplexer Widerstand ist. Es ist deshalb erforder lich, die Blindanteile im Lastwiderstand über einen größeren Frequenzbereich zu kompensie ren. Das ist nur durch eine größere Anzahl an Kompensationsbauelementen zu realisieren. Mit den in den Patentansprüchen 7 und 8 angegebenen Verfahren werden nicht nur die Verlust leistungsspitzen reduziert, sondern es wird bei gleichem Aufwand an zusätzlicher Hardware auch die effektiv wirksame akustische Bandbreite des Schallwandlers vergrößert, so daß auch kürzere Signale oder Mehrfrequenzsignale abgestrahlt werden können.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist im Patentanspruch 9 angegeben. Mit einem Kompensationsnetzwerk muß neben der Kompensation entsprechend Patentansprü chen 7 und 8 auch eine Widerstandstransformation zur Anpassung zwischen Sender und Schallwandler vorgenommen werden. Mit dem im Patentanspruch 9 angegebenen Verfahren können alle Anforderungen mit minimalem Bauelementeaufwand erfüllt werden.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist im Patentanspruch 10 angegeben. Die Länge des Nahfeldbereiches ist den Abmessungen der aktiven Wandlerfläche direkt pro portional. Bei stark gerichteter Schallabstrahlung kann die Länge des Nahfeldbereiches größer als die Entfernung zum Boden oder zum Schallempfänger werden. In diesen Fällen sind Fehler bei der Signalauswertung möglich. Im Patentanspruch 10 wird eine sehr einfach und ohne Aufwand an Kosten zu realisierende Möglichkeit zur Verkürzung der Nahfeldlänge angegeben.

Die Erfindung soll nachfolgend an einem Ausführungsbeispiel beschrieben werden. Es zeigen:

Fig. 1 Schematische Anordnung der Funktionseinheiten des parametrischen Sendeverfahrens

Fig. 2 Schaltbild eines Kompensationsnetzwerkes

Fig. 3 Amplitudenfrequenzgang des Mehrfrequenz-Sekundärsignals

Fig. 4 Amplitudenfrequenzgang des Sendewandlers ohne und mit Korrektur.

In einem Speicher 4 sind vorzugsweise pulsbreitenmodulierte Ansteuersignale der Sende leistungsverstärker 3 ₁ . . . 3 _n gespeichert. Ein oder mehrere pulsbreitenmodulierte Ansteuer signal-Muster werden in einem steuerbaren Signalmustergenerator 5 berechnet und in einen oder mehrere Speicherbereiche des Speichers 4 geladen. Nach dem Starten des Sendevorgan ges mit dem Startsignal 17 werden die Ansteuersignale 8 ₁. . . 8 _n der Sendeleistungsverstärker 3 ₁ . . . 3 _n aus dem mit der Speicherbereichsauswahl 7 ausgewählten Speicherbereich des Speichers 4 mittels der laufenden Adreßzählersignale 6 des Adreßzählers 16 ausgelesen. Sie steuern die vorzugsweise als Halb- oder Vollbrücken-Schaltstufen realisierten Sendeleistungsverstärker 3 ₁ . . . 3 _n an. Ihre Ausgangssignale 9 ₁ . . . 9 _n gelangen an die Kompen sationsnetzwerke 2 ₁. . . 2 _n. Diese sind mit den Sendewandlerelementen 1 ₁ . . . 1 _n des als Array realisierten parametrischen Sendewandlers 1 verbunden.

Der parametrische Sendeschallwandler 1 wird mittels Signalmustergenerator 5 und Speicher 4 einstellbar mit solchen hochfrequenten, in Zeitverlauf und Spektrum ausgewählten elektri schen Primär-Signalen 10 ₁ . . . 10 _n erregt, daß an die jeweilige Aufgabenstellung optimal angepaßte Sendesignalformen und Sendesignalspektren im niederfrequenten akustischen Sekundärfrequenzbereich mittels nichtlinearer Wechselwirkungen im Wasser generiert werden. Die Signalmuster des Signalmustergenerators 5 werden aus den über den Eingang 15 eingegebenen möglichen Parametern der Unterwasserortungs- bzw. -übertragungsstrecke und Anforderungen aus den Aufgabenstellungen unter Einbeziehung der physikalischen Zusam menhänge und der Eigenschaften der Funktionsgruppen 1 ₁ . . . 1 _n, 2 ₁ . . . 2 _n und 3 ₁ . . . 3 _n berechnet. Die Speicherbereichsauswahl 7 der Speicherbereiche des Speichers 4 wird entsprechend den aktuell gemessenen Parametern und den Anforderungen aus den Aufgabenstellungen vorge nommen. Zeitverlauf und Spektrum der elektrischen Primärsignale 10 ₁ . . . 10 _n werden so gewählt, daß unter Einbeziehung bekannter nichtlinearer Effekte bei der Schaltausbreitung das akustische Sekundärsignal 11 im nichtlinearen Wechselwirkungsraum mit maximalem Wirkungsgrad und einem solchen Spektrum generiert wird, daß es optimal bezüglich Puls dauer bzw. Bandbreite ist. Zeitverlauf und Spektrum der elektrischen Primärsignale 10 ₁ . . . 10 _n werden außerdem an die Entfernung zum Boden oder zum Schall-Empfänger unter Berücksichtigung der entfernungsabhängigen nichtlinearen Wechselwirkungen angepaßt. Vorzugsweise zur Bestimmung der Materialeigenschaften bei der Sediment- und Objektor tung werden Zeitverlauf und Spektrum der elektrischen Primärsignale 10 ₁ . . . 10 _n weiterhin so gewählt, daß unter Beachtung nichtlinearer Effekte bei der Schallausbreitung das akustische Sekundärsignal 11 ein Mehrfrequenzsignal aus zwei oder mehreren in einem ganzzahligen Verhältnis stehenden Spektralanteilen F_S1, F_S2, F_S3, . . . ist

Als Leistungsverstärker 3 ₁ . . . 3 _n werden vorzugsweise Halb- oder Vollbrücken-Schaltstufen verwendet, deren Ansteuersignale 8 ₁ . . . 8 _n unter Berücksichtigung der geforderten Aus gangssignale 9 ₁ . . . 9 _n zur Kompensation der Schaltzeiten sowie zur Reduzierung von Strom- und Spannungsspitzen so geformt, zueinander versetzt und mit solchen kurzen zeitlichen Lücken versehen sind, daß die beiden Schaltstufen jeder Halbbrücke nicht gleichzeitig leiten, im Ausgangssignal keine Lücken auftreten und die Ausgangssignale 9 ₁ . . . 9 _n den geforderten Zeitverlauf zur Ansteuerung der Kompensationsnetzwerke 2 ₁ . . . 2 _n aufweisen. Die Kompensa tionsnetzwerke 2 ₁ . . . 2 _n sind so dimensioniert, daß der senderseitige Phasenwinkel zwischen Strom und Spannung im benötigten Frequenzbereich klein ist und daß der Amplitudenfre quenzgang A(f) der Sendewandlerelemente 1 ₁ . . . 1 _n so zu A_k(f) korrigiert ist, daß von der Resonanzfrequenz f₀ der Sendewandlerelemente 1 ₁ . . . 1 _n abweichende Frequenzen f angehoben werden. Insbesondere sind die Kompensationsnetzwerke 2 ₁ . . . 2 _n so dimensioniert, daß Frequenzen im Ansteuersignal 10 ₁ . . . 10 _n außerhalb der akustischen Resonanz der Sendewandlerelemente 1 ₁ . . . 1 _n in solcher Weise angehoben werden, daß sich die resultierende akustische Bandbreite vergrößert.

Die Kompensationsnetzwerke 2 ₁ . . . 2 _n bestehen vorzugsweise aus Transformatoren 12 zur Widerstandstransformation der Wandlerwiderstände R_W mit solchen Primärinduktivitäten L_P, daß die Wandlerkapazitäten C_W der Sendewandlerelemente 1 ₁ . . . 1 _n in parallel kompensiert werden, aus Reihenschwingkreisen 13 zur Sperrung höherfrequenter Harmonischer und aus dazu in Reihe geschalteten bedämpften Parallelschwingkreisen 14 zur Vergrößerung der Bandbreite.

Die aktive Größe des Sendewandlers 1 wird durch Nichtansteuerung von Sendewandlerele menten 1 ₁ . . . 1 _n automatisch stufenweise verringert, wenn die gemessene Entfernung bei der Ortung oder Nachrichtenübertragung einen jeweils vorgegebenen Wert, der durch die Länge des Nahfeldbereiches bestimmt wird, unterschreitet.

Bezugszeichenliste

1

Sendewandler

1 ₁

. . .

1 _n

Sendewandlerelemente

2 ₁

. . .

2 _n

Kompensationsnetzwerke

3 ₁

. . .

3 _n

Sendeleistungsverstärker

4

Speicher

5

Steuerbarer Signalmustergenerator

6

Laufende Adreßzählersignale

7

Speicherbereichsauswahl

8 ₁

. . .

8 _n

Ansteuersignale der Sendeleistungsverstärker

9 ₁

. . .

9 _n

Ansteuersignale des kompensierten Sendewandlers

10 ₁

. . .

10 _n

Ansteuersignale des unkompensierten Sendewandlers

11

Akustische Signale im nichtlinearen Wasser-Wechselwirkungsraum

12

Transformator

13

Reihenschwingkreis

14

Parallelschwingkreis

15

Eingang

16

Adreßzähler

17

Startsignal
R_W

Innenwiderstand eines Sendewandlerelementes
C_W

Parallelkapazität eines Sendewandlerelementes
L_P

Primärinduktivität des Transformators
A(f) Amplitudenfrequenzgang
A_K

(f) korrigierter Amplitudenfrequenzgang
F_S1,2,3

Spektralbereiche des Mehrfrequenz-Sekundärsignals
f₀

Resonanzfrequenz des Sendewandlers

Claims

1. Verfahren mit parametrischer (nichtlinearer) Sendung zur Echolotung des Bodens, von Sedimentschichten und von Objekten am und im Boden insbesondere in Flachwasser bereichen sowie zur Unterwassernachrichtenübertragung, dadurch gekennzeichnet, daß der parametrische Sendeschallwandler (1) einstellbar mit jeweils solchen hochfrequenten, in Zeitverlauf und Spektrum ausgewählten elektrischen Primär-Signalen (10 ₁ . . . 10 _n) erregt wird, daß an die jeweilige Aufgabenstellung optimal angepaßte Sendesignalformen und Sendesignalspektren im niederfrequenten akustischen Sekundärfrequenzbereich mittels nichtlinearer Wechselwirkungen im Wasser generiert werden, daß der elektroakustische Wir kungsgrad beim Senden durch Anwendung geschalteter Leistungsverstärker (3 ₁ . . . 3 _n) mit optimierten Ansteuersignalen (8 ₁ . . . 8 _n) und durch breitbandkompensierte Schallwandler maxi miert wird und die erforderlichen elektrischen Signale (9 ₁ . . . 9 _n) am breitbandkompensierten Schallwandler anliegen und daß als Sendewandler (1) ein Array aus den Sendewandlerele menten (1 ₁ . . . 1 _n) verwendet wird, dessen Größe beim Senden an die Entfernung angepaßt wird.

2. Verfahren nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Zeitverlauf und Spektrum der elektrischen Primärsignale (10 ₁ . . . 10 _n) so gewählt werden, daß unter Einbeziehung bekannter nichtlinearer Effekte bei der Schallausbreitung das akusti sche Sekundärsignal (11) im nichtlinearen Wechselwirkungsraum mit maximalem Wirkungs grad und mit einem solchen Spektrum generiert wird, daß es optimal bezüglich Pulsdauer bzw. Bandbreite ist.

3. Verfahren nach Patentansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß Zeitverlauf und Spektrum der elektrischen Primärsignale (10 ₁ . . . 10 _n) an die Entfernung zum Boden oder zum Schall-Empfänger unter Berücksichtigung der entfernungsabhängigen nichtlinearen Wechselwirkungen angepaßt werden.

4. Verfahren nach Patentansprüchen 1, 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß Zeitverlauf und Spektrum der elektrischen Primärsignale (10 ₁ . . . 10 _n) so gewählt werden, daß unter Beachtung nichtlinearer Effekte bei der Schallausbreitung das akustische Sekundär signal (11) im nichtlinearen Wechselwirkungsraum ein Mehrfrequenzsignal aus zwei oder mehreren in einem ganzzahligen Verhältnis stehenden Spektralanteilen F_S1, F_S2, F_S3, . . . ist

5. Verfahren nach Patentansprüchen 1, 2, 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß aus dem ermittelten Zeitverlauf und Spektrum der elektrischen Primärsignale (10 ₁ . . . 10 _n) unter Berücksichtigung der elektrischen Eigenschaften der Sendewandlerelemente (1 ₁ . . . 1 _n) und möglicher Kompensationsnetzwerke 2 ₁ . . . 2 _n zwischen Sendeleistungsverstärker 3 ₁ . . . 3 _n und Schallwandler 1 ₁ . . . 1 _n vorzugsweise pulsbreitenmodulierte Impulsmuster zur Ansteuerung der Sendeleistungsverstärker 3 ₁ . . . 3 _n berechnet und in einem Speicher 4 zum wiederholten Aus lesen abgelegt werden.

6. Verfahren nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Leistungsverstärker (3 ₁ . . . 3 _n) vorzugsweise Halb- oder Vollbrücken-Schaltstufen ver wendet werden, deren Ansteuersignale (8 ₁ . . . 8 _n) unter Berücksichtigung der geforderten Aus gangssignale (9 ₁ . . . 9 _n) zur Kompensation der Schaltzeiten sowie zur Reduzierung von Strom- und Spannungsspitzen so geformt, zueinander versetzt und mit solchen kurzen zeitlichen Lücken versehen werden, daß die beiden Schaltstufen jeder Halbbrücke nicht gleichzeitig leitend sind, im Ausgangssignal keine Lücken auftreten und die Ausgangssignale (9 ₁ . . . 9 _n) den geforderten Zeitverlauf zur Ansteuerung der Sendewandlerelemente (1 ₁ . . . 1 _n) bzw. der Kom pensationsnetzwerke (2 ₁ . . . 2 _n) aufweisen.

7. Verfahren nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich zwischen den Sendern (3 ₁ . . . 3 _n) und den Sendewandlerelementen (1 ₁ . . . 1 _n) Kompensa tionsnetzwerke (2 ₁ . . . 2 _n) befinden, daß die Kompensationsnetzwerke (2 ₁. . . 2 _n) so dimensioniert werden, daß der senderseitige Phasenwinkel zwischen Strom und Spannung im benötigten Frequenzbereich klein wird und daß der Amplitudenfrequenzgang A(f) der Sendewandler elemente (1 ₁ . . . 1 _n) so zu A_k(f) korrigiert wird, daß von der Resonanzfrequenz f₀ der Sendewandlerelemente (1 ₁ . . . 1 _n) abweichende Frequenzen f angehoben werden.

8. Verfahren nach Patentanspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Kompensationsnetzwerke (2 ₁ . . . 2 _n) so dimensioniert werden, daß Frequenzen im An steuersignal (10 ₁ . . . 10 _n) außerhalb der akustischen Resonanz der Sendewandlerelemente (1 ₁ . . . 1 _n) in solcher Weise angehoben werden, daß sich die resultierende akustische Band breite vergrößert.

9. Verfahren nach Patentansprüchen 7 und 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Kompensationsnetzwerke (2 ₁ . . . 2 _n) vorzugsweise aus Transformatoren (12) zur Wider standstransformation der Wandlerwiderstände R_W mit solchen Primärinduktivitäten L_P, daß die Wandlerkapazitäten C_W der Sendewandlerelemente (1 ₁ . . . 1 _n) parallel kompensiert werden, aus Reihenschwingkreisen (13) zur Sperrung höherfrequenter Harmonischer und aus dazu in Reihe geschalteten bedämpften Parallelschwingkreisen (14) zur Vergrößerung der Bandbreite bestehen.

10. Verfahren nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die aktive Größe des Sendewandlers (1) durch Nichtansteuerung von Sendewandler elementen (1 ₁ . . . 1 _n) automatisch stufenweise verringert wird, wenn die Entfernung bei der Ortung oder Nachrichtenübertragung einen jeweils vorgegebenen Wert, der durch die Länge des Nahfeldbereiches des Sendewandlers (1) bestimmt wird, unterschreitet.

11. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach den Patentansprüchen 1-10, dadurch gekennzeichnet, daß die Sendewandlerelemente (1 ₁ . . . 1 _n) des Sendewandlers (1) über Kompensationsnetzwerke (2 ₁ . . . 2 _n) mit den Sendeleistungsverstärkern (3 ₁ . . . 3 _n) verbunden sind, daß der kompensierte Sendewandler aus der Kettenschaltung der Sendewandlerelemente (1 ₁ . . . 1 _n) und der Kompen sationsnetzwerke (2 ₁ . . . 2 _n) besteht, daß die Eingänge für die Ansteuersignale (8 ₁ . . . 8 _n) der Sendeleistungsverstärker (3 ₁ . . . 3 _n) mit den Ausgängen des Speichers (4) verbunden sind, daß der Speicher (4) vom steuerbaren Signalmustergenerator (5) geladen wird, daß das Startsignal (17) in den Adreßzähler (16) eingespeist wird und der Adreßzähler (16) die laufenden Adreß zählersignale (6) für die laufenden Adressen des Speichers (4) liefert und daß der Speicher (4) Eingänge für die Speicherbereichsauswahl (7) und der steuerbare Signalmustergenerator (5) Eingänge (15) für die Parametereingabe hat.