DE2449037B2 - GeschwindigkeitsmeBeinrichtung, insbesondere Schall-Dopplermeßeinrichtung - Google Patents

Description

nen beispielsweise zur Bestimmung der Geschwindigkeit von Schiffen. Dabei wird ein Schallstrahlungsbündel durch dao Wasser nach abwärts in Richtung auf den Gewässerboden ausgesendet und das vom Gewässerbo den reflektierte Signal ausgewertet. Das ausgesendete Schallabstrahlungsbünde! breitet sich in bezug auf die Fahrtrichtung des Schiffes im gewissen Umfang nach vorwärts oder rückwärts aus, so daß die vom Gewässerboden reflektierten Echosignale eine der relativen Schiffsgeschwindigkeit entsprechende Dopplerfrequenzverschiebung erfahren.

Bei gebräuchlichen Impuls-Schall-Dopplermeßeinrichtungen bereitet die Messung der Dopplerfrequenzverschiebung deshalb Schwierigkeiten, weil die Messung der Dopplerfrequenz während der vergleichsweise kurzen Zeitspanne erfolgen muß, die der Dauer des Schallirr.pulses entspricht, während in den vergleichsweise langen Impulsintervallen keine Information zur Verfügung steht. Für spannungsgesteuerte Oszillatoren, die in phacensynchronisierten Signalverarbeitung*- schleifen (PLL-Schaltungen) auf die Trägerfrequenz der Schallsignale einwirken, müssen beispielsweise bestimmte Tast- und Haltekreise zur Stabilisierung der Oszillatorfrequenz während der Zeitintervalle zwischen den einzelnen Impulsen vorgesehen sein. Trotz dieser Stabilisierungsmaßnahmen ist es nicht ausgeschlossen, daß die erwähnten Oszillatoren während der Impulszwischenräume eine Frequenzabweichung erfahren.

Eine weitere Schwierigkeit während der Messung der Dopplerfrequenz bei Impuls-Schall-Dopplermeßeinrichtungen beruht auf der Tatsache, daß derartige Systeme oft in stark gestörter Umgebung betrieben werden müssen, wobei die Störungen beispielsweise durch Schraubengeräusche und turbulente Strömungen hervorgerufen werden. Dies hat zur Folge, daß einige oder viele der empfangenen Echosignale keine einwandfreie Messung der Dopplerfrequenz ermöglichen, wenn die Störungen zu stark sind. Besonders deutlich treten diese Schwierigkeiten bei einem Empfangssystem mit einer getasteten phasensynchronisierten Signalverarbeitungssi-'hleife (PLL-Schaltung) in Erscheinung, bei welcher ein Eingangssignal für die Schleife nur während der verhältnismäßig kurzen Zeitspanne des Empfangs von Echosignalen zur Verfügung steht.

Durch diö DE-AS 10 44 473 ist ?ine Geschwindigkeitsmeßanordnung bekannt, deren Arbeitsweise auf dem Dopplereffekt beruht. Bei dieser Einrichtung wird eine der Dopplerverschiebung entsprechende Differenz zwischen der Sendefreqtienz und der Empfangsfrequenz gebildet und die Differenzfrequenz unmittelbar zur Erregung eines als Zungenfrequenzmesser ausgebildeten Anzeigeinstruments verwendet.

Durch die DE-PS 8 09 824 und die DE-AS Il 16 451 ist es bekannt, die Dopplerfrequenz durch Messung ihrer Periodemiauer zu ermitteln. Diese Meßmethode bietet sich insbesondere dann an, wenn das Dopplersignal sich schnell ändert oder nur kurzzeitig zur Verfügung steht. Durch die GB-PS IC 59 129 ist es außerdem bekahnt, zur Sicherung eines einwandfreien MeDergebnisse? eine Mehrzahl aufeinanderfolgender Messungen miteinander zu vergleichen und nur bei ausreichender Ubereinstimmung dieser verschiedenen Messungen eirte Anzeige zuzulassen. Es ist ferner bekannt (DE-OS 16 16 308, Wireless World Band 64, H. 6, Juni 1958, Seiten 260,261) mit dem Doppler-Signal, das in der Regel eine vorgegebene spektrale Verteilung besitzt, eine Signalerzeugungseinrichlung zu synchronisieren, deren Frequenz dem bzw. dem Schwerpunkt

derjenigen des Dopplersignals proportional ist, um auf diese Weise ein eindeutiges Doppler-Signal zu erhalten und/oder Signaleinbrüche zu überbrücken.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Geschwindigkeitsmeßeinrichtung der im Gattungsbegriff des Patentanspruchs 1 genannten Art unter Berücksichtigung des vorangehend beschriebenen Standes der Technik derart weiterzubilden, daß die Auswertung der Dopplerverschiebung bei Geschwindigkeitsmessungen mit impulsweiser Abgabe der Sendesignale erleichtert und auch in stark gestörter Umgebung einwandfreie Meßergebnisse erzielt werden. Diese Aufgabe wird durch die Kombination der im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 genannten Merkmale gelöst.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform werden die Sendesignale in Gestait stark gebündelter Strahlen unter einem bestimmten Winkel, beispielsweise mit Bezug auf den Rumpf eines durch ein Gewässer fahrenden Schiffes abgegeben, so isaß die Strahlungsenergie sich sowohl in Richtung nach abwärts als auch in Richtung längs der Längsachse des Schiffes ausbreitet. Auf diese Weise erhalten die Echosignal; der ausgesendeten Energie, welche am Gewässerboden oder ^n Wirbeln und anderen Reflexionsquellen im Wasser reflektiert worden sind, eine Dopplerfrequenzverschiebung entsprechend der Geschwindigkeit des Schiffes in dem Gewässer. Bei einer besonders zweckmäßigen Ausführungsform ist ein Paar von Sendewandlern vorgesehen, welche ihre Strahlung mit einer nach vorwärts weisenden Komponente bzw. einer nach rückwärts weisenden Komponente mit Bezug auf die Rollachse des Schiffes abstrahlen, so daß man positive und negative Dopplerfrequenzverschiebungen erhält, welche nach vorzeichenrichtiger Differenzbildung ein Maß für die Schiffsgeschwindigkeit liefern, das im wesentlichen unabhängig von Stampfbewegungen des Schiffes ist. Das jeweils einer Aussenduug der Wandleranordnung entsprechende Empfangssignal wird auf einen niedrigeren Frequenzwert umgesetzt, wonach die Dauer einer bestimmten Anzahl von Perioden des Signals gemessen wird. Die Messung wird für jedes empfangene Echo wiederholt und eine Vergleichseinrichtung vergleicht aufeinanderfolgende Meßergebnisse. Führen aufeinanderfolgende Messungen zu gleichen Ergebnissen, so zeigt dies an, daß nun Meßergebnisse vorliegen, welche ausreichend frei von Störungen sind und daher eine gute Geschwindigkeitsinformation liefern. Die aufeinanderfolgenden Meßwer te werden dann gespeichert und dazu verwendet, ein periodisches Signal oder eine kontinuierliche Schwingung bereitzustellen, welche eine Frequenz besitzt, die g.ößtr (zweckmäßig um einige Größenordnungen) als die Wiederholungsfrequenz der ausgesendeten Schallimpulse ist, wobei aie Frequenz dieses kontinuierlichen Signals abhängig von dem Wert der aufeinanderfolgend abgeleiteten Meßergebnisse ist. Auf diese Weise werden die impulsweise °intreffenden Echosignale in ein periodisches Signal umgeformt, was im Ergebnis einer getasteten, kontinuierlichen Schwingung entspricht, wodurch eine gute Meßbarkeit der DoppJertrequenz erzielt wird. Die von den Echosignalen entsprechend den Sendungen des Wandlerpaares abgeleiteten, periodischen Signale oc'ßr Schwingungen werden dann in solcher Weise miteinander kombiniert, daß die Dopplerfrequenz des einen periodischen Signals von der Dopplerfrequenz des anderen periodischen Signals subtrahiert wird. Dies kann zweckmäßig mittels eine?

Vorwärts- und Rückwärtszählers geschehen, der mit einem Frequenzvervielfacher verbunden ist, mittels welchem eine feststehende Frequenz eines Oszillators abhängig von dem Zählerstand des genannten Zählers vervielfacht wird. Die resultierende Schwingung, welrher die Dopplerfrequenzmodulation aufgeprägt worden ist, gelangt dann zu einem Zähler, welcher die Schwingungsperioden während eines bestimmten Zeitintervalles zählt und die Periodenzahl je Zeiteinheit liefert, welche zur Schiffsgeschwindigkeit proportional in ist.

Zweckmäßige Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind im übrigen Gegenstand der anliegenden Ansprüche, auf welche hier zur Vereinfachung und Verkürzung der Beschreibung ausdrücklich hingewiesen vird. ü Ausführungsbeispiele werden nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. Es stellen dar

F i g. 1 eine schematische Abbildung eines Teiles eines Schiffes mit einer Geschwindigkeitsmeßeinrichtung.

F i g. 2 ein Blockschaltbild des Empfängers der Geschwindigkeitsmeßeinrichtung nach Fig. I,

F i g. 3 ein Blockschaltbild der elektronischen Schaltkreise der Meßeinrichtung nach Fig. I zur Ableitung der Dopplerinformationen aus den von dem Empfänger nach F i g. 1 aufgenommenen Signalen und zur Bildung 2> der von einer Sendeeinrichtung nach Fig. I auszusendenden Signale.

F i g. 4 ein Blockschaltbild einer Dopplersignalverarbeitungseinrichtung entsprechend dem Blocksymbol nach Fig. 3 zur Ableitung der Dopplerinformationen von den Signalen des Empfängers nach I i g. 1.

F i g. 5 ein Blockschaltbild der in F i g. 3 als Blocksymbol eingezeichneten Doppler-Kombinationsschaltung zur Kombination der Dopplerinformationen, welche aus den Empfangssignalen der beiden Wandler nach F i g. 1 S5 gebildet worden sind und

Fig. 6 ein Blockschaltbild einer Einrichtung zur Ableitung einer Tiefen-Information innerhalb der Schaltkreise nach F i g. 3. wobei die /wischen Aussendung von Schallenergie durch den Sender nach Fig. ! und Empfang der reflektierten Energie durch den Empfänger nach F i g. I verstrichene Zeit gemessen wird.

In F i g. 1 ist ein auf einem Gewässer 22 fahrendes Schiff mit 20 bezeichnet, welches mit einer Geschwindigkeitsmeßeinrichtung 24 ausgerüstet ist. die einen nach vorwärts gerichteten Wandler 26 und einen nach rückwärts gerichteten Wandler 28 enthält, die sich in einem ölgefüllten Gehäuse 30 befinden, über welches die Schallenergie zwischen den Wandlern 26 und 28 und dem Gewässer 22 übertragen wird. Die Geschwindigkeitsmeßeinrichtung 24 enthält ferner einen Empfänger 32, einen Sender 34, Sende-Empfangs-Weichen 36 und 38 zur Kopplung der Schallenergie zwischen dem Empfänger 32 und dem Sender 34 einerseits und dem nach vorwärts gerichteten Wandler 26 bzw. dem nach rückwärts gerichteten Wandler 28 andererseits, außerdem ein auf der Brücke des Schiffes 20 angeordnetes Wiedergabegerät 40, eine Temperaturmeßeinrichtung, beispielsweise einen von der Ölfüllung des ölgefülllten Gehäuses 30 umgebenen, temperaturabhängigen Widerstand 42 und elektronische Schaltkreise 44, welche mit dem Empfänger 32, dem Sender 34, dem Wiedergabegerät 40 und dem temperaturabhängigen Widerstand 42 verbunden sind. Die elektronischen Schaltkreise 44 erzeugen Signale zur Aussendung über den Sender 34 und werten die Dopplerfrequenzv^rschiebungen aus, welche den auf die Wandler 26 und 28 treffenden Echosignalen erteilt wurden, um in dem Wiedergabegerät 30 eine Anzeige entsprechend der Geschwindigkeit des Schiffes 20 zu erhalten.

Der Wandler 26 ist mit der Sende-Empfangs-Weiche 36 über eine Leitung 46 und der Wandler 28 ist mit der Sende-Empfangs-Weiche 38 über eine Leitung 48 verbunden. Der Sender 34 ist mit der Sende-Empfangs-Weiche 36 über eine Leitung 50 und mit der Sende-Empfangs-Weiche 38 über eine Leitung 52 verbunden und hat mit den elektronischen Schaltkreisen 44 über eine Leitung 54 Verbindung. Der Empfänger 52 steht mit der Sende-Empfangs-Wciche 36 über eine Leitung 56 und mit der Sende-Ernpfiings-Wciehe 38 über eine Leitung 58 in Verbindung und ist mit den elektronischen Schaltkreisen 44 über eine Leitung 60 verbunden. Die elektronischen Schaltkreise 44 wiederum haben mit dem Wiedergabegerät 40 über ein Kabel 62 Verbindung.

Die Wandler 2b und 2n sind so ausgerichtet, dall sie ihre jeweiligen Schallstrahlungsbündel jeweils unter einem Winkel von 30° nach vorwärts bzw. nach rückwärts gegenüber einer Senkrechten zu dem Kiel des Schiffes 20 abgeben. Die Schallstrahlungsbündel sind ausreichend schmal, um das Ausmaß störender Mehrfachechos herabzusetzen, wobei in praktischen Ausführungsbeispielen eine öffnung des Strahles von 4~ zufriedenstellende Ergebnisse liefert. Die Schallenergie trifft .HH den Gewässerboden 64 und wird von dort in einer Vielzahl von Richtungen reflektiert, so daß auch ein Teil der reflektierten Schallenergie zu den Wandlern 26 und 28 zurückkehrt. Aufgrund der Ausrichtung der .Schallstrahlungsbündel mit einem Winkel von 30 besitzt jedes Strahlungsbündel eine Komponente in Richtung der Längsachse des Schiffes 20, w as dazu fühn, daß die Vorwärtsbewegung oder Rückwärtsbewegung des Schiffes 20 der Frequenz der reflektierten Energie eine Dopplerverschiebung erteilt. Im Falle einer Vorwärtsbewegung des Schiffes 20 erfährt das dem nach vorwärts gerichteten Wandler 26 zugeordnete Schallstrahlungsbündel eine positive Dopplerverschiebung, während das dem nach rückwärts gerichteten Wandler 28 zugeordnete Schallstrahlungsbündel eine negative Dopplerverschiebung erleidet. Die beschriebene Ausrichtung der Wandler 26 und 28 ist besonders zweckmäßig, da hierdurch Dopplerfrequenzverschiebungen ausgelöscht werden, die auf Stampfbewegungen des Schiffes 20 beruhen, wobei diese Auslöschung dadurch erreicht wird, daß die Dopplerverschiebungs signale, welche dem nach rückwärts gerichteten Wandler 28 zugeordnet sind, vorzeichen-richtig v^n den Dopplerverschiebungssignalen abgezogen werden, welche dem nach vorwärts gerichteten Wandler 26 zugeordnet sind.

Aus F i g. 2 ist ersichtlich, daß der Empfänger 32 zwei Kanäle enthält, welche jeweils einen Verstärker 66 mit automatischer Steuerung des Verstärkungsfaktors, einen Bandpaßfilter 68, einen Vergleicher 70 zum Vergleichen der Ausgangssignale des Bandpaßfilters 68 mit einem Signal einer Bezugssignalquelle 72, ferner einen Mischer 74, einen Tiefpaßfilter 76, einen zweiten Vergleicher 78 und eine zweite Bezugssignalquelle 80 enthalten. Jeder Kanal des Empfängers 32 besitzt vier Signalanschlüsse, welche mit A, B, E und L bezeichnet sind und außerdem eine Numerierung 1 und 2 tragen, um die Zugehörigkeit eines Signalanschlusses zu einem bestimmten Kanal zu kennzeichnen. So werden die über die Leitunjen 56 und 58 zugeführten Eingangssignale —. o^ii Empfänger an die Signalanschlüsse A 1 und A 2

gelegt, während die Ausgangssignale von den Anschlüssen £1, £2 und L I abgenommen und über das Kabel 60 den elektronischen Schaltkreisen 44 zugeleitet werden. Über eine Ader :les Kabels 60 wird ein für die Mischer 74 bestimmtes Signal an die Signalanschlüsse B 1 und B 2 gelegt.

Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel haben die i^ndesignale und die Empfangssignale eine impulsweise auftretende Trägerfrequenz mit einer Nennfrequenz von 200 kHz. Diese Frequenz ändert sich in den von den Wandlern 26 und 28 empfangene* Signalen um die Dopplerfrequenzverschiebung, welche durch die Bewegung des Schiffes 20 nach F i g. I eingeführt wird. In dem Kanal Nr. I (und entsprechendes gilt auch für Kanal Nr. 2) wird das empfangene Signal mittels des Verstärkers 66 auf einen geeigneten Wert verstärkt, um dann den Vergleicher 70 zu beaufschlagen. Der Bandpaßfilter 68 besitzt ein DurchlaBband von etwa 5 kHz Breite bei einer Millenfreniienz von 20OkHz. Verhältnismäßig starke Signale vom Ausgang des Bandpaßfilters 68. welche eine Amplitude besitzen, die größer als der Amplitudenwert des Signals der Vergleichssignalquelle 72 ist. vermögen den Vergleicher 70 so zu erregen, so daß dieser an seinem Ausgang ein Signal entsprechend einer logischen Eins oder ein hohes Signal abgibt, wobei beide Ausdrücke hier gleichbedeutend verwendet sind, während ein Signal entsprechend einer logischen Null oder ein niedriges Signal von dem Vergleicher 70 dargeboten wird, wenn am Ausgang des Filters 68 ein verhältnismäßig schwaches Signal auftritt, dessr η Amplitudenwert kleiner als derjenige des Signals der Vergleichssignalquelle 72 ist. Der Vergleicher 70 dient also zur Unterscheidung zwischen Signalen, deren Amplitude größer als ein Hintergrundrauschpegel ist. um sicherzustellen, daß die Schiffsgeschwindigkeit mit einer erhöhten Genauigkeit und Zuverlässigkeit gemessen wird. Die Vergleichssignalquelle 72 ist mit einem Einstellknopf 82 versehen, um eine Handeinstellung des Wertes des Vergleichssignals vornehmen zu können.

Die digitale Wellenform des am Ausgang des Vergleichers 70 auftretenden Signals besitzt eine Impulswiederholungsfrequenz gleich derjenigen des Signals, das an dem Signalanschluß A ansteht, vorausgesetzt, daß dieses letztgenannte Signal so stark ist. daß es den Vergleicher 70 betätigen kann, Anderenfalls verbleibt der Ausgang des Vergleichers 70 auf einem Zustand entsprechend einer logischen Null, so daß kein Signal an den Mischer 74 gelangt. Bei den nachfolgenden Überlegungen sei angenommen, daß das an dem Signalanschluß A anstehende Signal stark genug ist, um den Vergleicher 70 :»u erregen, derart, daß in dem Mischer 74 ein digitaler Wellenzug mit einer Wiederholungsfrequenz der Impulse von 20OkHz mit einer Bezugs-Rechteckwelle kombiniert wird, welche eine Impulswiederholungsfrequenz von 208 kHz besitzt, so daß man am Ausgang des Mischers 74 Signale erhält, von denen eines eine Trägerfrequenz oder Impulswiederholungsfrequenz von 8 kHz aufweist Der Tiefpaßfilter 76 besitzt eine Grenzfrequenz etwas oberhalb 8 kHz, so daß nur das die Frequenz von 8 kHz aufweisende Signal zu dem Vergleicher 78 durchgelassen wird, während andere, bei dem Mischvorgang entstehende Frequenzen zurückgehalten werden. Gemäß einer praktischen Ausbildung des Mischers wird einfach ein exclusives ODER-Gatter verwendet, um das 8 kHz-Signa! zu bilden. Der Vergleicher 78 und die Bezugssignalquelle 80 arbeiten analog der Wirkungsweise des Vergleichers 70 und der Bezugssignalquelle 72

und haben die Aufgabe, die im wesentlichen sinusförmige Schwingung vom Ausgang des Tiefpaßfilters 76 in eine Rechteckwelle oder in eine digitale Wellenform gleicher Wiederholungsfrequenz umzuformen, wobei dieses Digitalsignal an dem Signalanschluß Eauftritt.

Der Ausgang des ersten Vergleichers 70 ist außerdem mit dem Signalanschluß L verbunden und das hier abgenommene Signal dient in der nachfolgend angegebenen Weise zur Messung der Tiefe des Gewässers 22 nach Fig. I.

Bei dem bevorzugten Aiisführiingsbeispiel beträgt die maximale Impulsbreite der Schallenergieimpulse, welche von dem Wandler 34 nach F i g. 1 ausgesendet werden. 24 Millisekunden, wobei die Gewässsertiefen über 30 m betragen. Bei seichteren Gewässern wird eine geringere Impulsbreite gewählt, so daß bei einer Tiefe von nur 1.2 m die Impulsbreite eine Millisekunde beträgt. Auch die Impulswiederholungsfrequenz wird entsprechend einer bestimmten, iintrennmmrnrn Tipfp

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des Gewässer? 22 gewählt, wobei die Impulswiederholungsfrequenz zwei Impulse je Sekunde beträgt, wenn die Tiefe im Bereich von 60 ml bis 300 in ausmacht, während die Impulswiederholungsfrequenz 10 Impulse je Sekunde ist. wenn geringere Tiefen vorliegen. Die erhöhte Impulswiederholungsfrequenz in seichten Gewässern gleicht die geringere Energiemenge aus. die in den kürzeren Impulsen enthalten ist. so daß die je Sekunde empfangene Gesamtenergie für eine präzise Tiefenmessung ausreichend bleibt.

In Fig. 3 ist ein Blockschaltbild der elektronischen Schaltkreise 44 wiedergegeben, welche Auswerteinrichtungen 84 zur Ableitung von Dopplcrinformationen enthalten, die mit zwei Kanälen ausgerüstet sind, um die Dopplerinformationcn zu verarbeiten, die in den durch die beiden Kanäle des Empfängers 32 bereitgestellten Signalen enthalten sind. Weiter ist eine Kombinationsschaltung 86 zur Kombination der Dopplerinformationen aus den beiden Kanälen der Auswerteinrichtungen 84 vorgesehen und eine Signalverarbeitungseinrichtung 88 verarbeitet die von dem Empfänger 32 bereitgestellten Signale zum Zwecke der Bestimmung der Tiefe des Gewässers 22. Ein Taktimpulsgeber 90 liefert das 208 kHz-Signal an die Signalanschlüsse B der beiden Kanäle des Empfängers 32 und außerdem Taktimpulse an die übrigen Teile der elektronischen Schaltkreise 44. Schließlich enthalten die elektronischen Schaltkreise 44 eine monostabile Kippstufe 92 zur Abgabe eines mittels eines Einstellknopfes 94 verstellbaren Impulses, sowie ein UND-Schaltelement 96. Der Taktimpulsgeber 90 liefert an seinem Signalanschluß N eine Rechteckwelle mit einer Frequenz von 20OkHz. welche über das UN D-Schaltelement 96 gelangt, während ein Impuls von der monostabilen Kippstufe 92 zugeführt wird. Auf diese Weise wird auf der Leitung 54 ein impulsweise auftretendes Trägersignal von 200 kHz bereitgestellt, das in dem Sender 34 nach Fig. I verstärkt und dann über die Wandler 26 und 28 ausgesendet wird. Die monostabile Kippstufe 92 wird durch ein über die Leitung 98 zugeführtes Signal ausgelöst, welches von der Signalverarbeitungseinrichtung 88 in der nachfolgend im Zusammenhang mit Fig.6 beschriebenen Weise bereitgestellt wird. Außerdem gibt der Taktimpulsgeber 90 an seinem Signalanschluß /1 und auch an seinem Signalanschluß /2 jeweils ein 1 MHz-Signal ab, wobei der Unterschied zwischen den Signalen der beiden Signaianschlüsse darin besteht, daß das Signal des Anschlusses /1 einen ersten bestimmten Phasenwinkel aufweist, während das Signal des Signalanschlus-

ses /2 einen zweiten Phasenwinkel besitzt und die beiden Phasenwinkel in der Weise ausgenützt werden, daß die beiden Signale gleichzeitig einem Aufwärts-Abwärts-Zähler der Kombinationsschaltung 86 zugeführt werden können, wie nachfolgend anhand von Fig.4 genauer ausgeführt wird. Die Taktimpulse, welche an dem Signalanschluß /2 abgegeben werden, dienen in der noch zu beschreibenden Weise zur Messung der Ausbreitungszeit eines Schallsignals in dem Gewässer 22.

Um die Veränderungen der Ausbreitungsgeschwindigkeii der .Schallenergie in dem Gewässer aufgrund von Veränderungen der Temperatur zu kompensieren, welche von dem lemperaturabhängigen Widerstand 42 nach F i g. I bestimmt wird, sind ein Analog-Digital-Umsetzer, welcher hier kurz als Umsetzer 100 bezeichnet ist, und ein Frequenzvervielfacher 102 vorgesehen, die üd/.ü vci'wcMuct vvci'ucn, UCM

Wiederholungsfrequenz des Taktsignals des Signalanschlusses /2 zu verändern. Der temperaturabhängige Widerstand 42 liefert ein Analogsignal, welches über die Leitung 104 dem Umsetzer 100 mitgeteilt wird. Der Umsetzer 100 bildet daraus ein auf der Leitung 106 auftretendes Digitalsignal entsprechend einer Digitalzahl, welche die Größe des auf der Leitung 104 auftretenden Analogsignals wiedergibt. Der Frequenzverviclfacher 102 nimmt über die Leitung 108 die Taktimpulse des Signalanschlusses /2 und außerdem über die Leitung 106 eine bestimmte, der jeweiligen Wassertemperatur im Gewässer 22 entsprechende Digitalzahl auf. Der Frequenzvervielfacher 102 ist beispielsweise ein handelsübliches Bauteil, welches etwa unter der Nr. SN 7 497 von der Firma Texas Instruments bezogen werden kann und eine Folge von Impulsen an einem Ausgang M abgibt, deren mittlere Impulswiederholungsfrequenz proportional zur Wiederholungsfrequenz der Taktimpulse der Leitung 108 und außerdem proportional zur Größe der Digitalzahl auf der Leitung 106 ist. Der temperaturabhängige Widerstand 42 bestimmt die Temperatur des Öls innerhalb des Gehäuses 30 nach Fig. i. wobei die Öltemperatur eine geeignete Korrektur der an dem Ausgang M abgegebenen Taktimpulse unabhängig von einer unterschiedlichen Temperatur im Gewässer 22 einführt, da ein Temperaturunterschied zwischen dem Wasser 22 und der Ölfüliung des Gehäuses 30 eine unterschiedlich starke Beugung der Schallenergie an der Oberfläche des Gehäuses 30 verursacht, wodurch der Temperaturunterschied kompensiert wird und eine richtige Korrektur der Taktsignale am Ausgang M vorgenommen wird.

Aus Fig. 3 sind ferner Verbindungsleitungen zu erkennen, weiche die Verbindung zwischen Ausgängen des Taktimpulsgebers 90 mit verschiedenen Signalanschlüssen anderer Teile der elektronischen Schaltkreise 44 herstellen. So ist beispielsweise der Ausgang F des Taktimpulsgebers 90 mit den Signalanschlüssen Fl und F2 der Kanäle Nr. 1 und Nr. 2 der Auswerteinrichtungen 84 verbunden.

F i g. 4 zeigt ein Blockschaltbild der in F i g. 3 bereits als Blocksymbol angegebenen Doppler-Auswerteinrichtungen 84. Die Auswerteinrichtungen 84 besitzen zwei gleich ausgebildete Kanäle, welche jeweils Signalanschlüsse F, G. E, H und P besitzen, die außerdem mit 1 oder 2 nummeriert sind, um die Zugehörigkeit zum Kanal Nr. 1 oder zum K?nal Nr. 2 deutlich zu machen. Betrachtet man nun im einzelnen Kanal Nr. 1, so erkennt man, daß die Auswerteinrichtungen 84 in ihren Kanälen Zähler 110, 112, 114 und 116, UND-Schaltelemente 118, 120, 122, 124 und 126, einen digitalen Inverter 128, ein ODER-Schaltelement 180, eine Verzögerungsschaltung 132, eine Subtraktionsschaltung 134, einen Vergleicher 136, ein Register 138 > und eine Kodierungsschaltung 140 enthalten, welche mit einem Einstellknopf 142 zur Einstellung einer bestimmten Digitalzahl ausgerüstet ist. Die Auswerteinrichtungen 84 liefern eine Messung der Dauer einer bestimmten Anzahl von Perioden, beispielsweise von 4

in Perioden des an dem Signalanschluß E\ anstehenden Signals. Zusätzlich liefern die Auswerteinrichtungen 84 bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ein Paar solcher Messungen, welche in den Zählern 114 und 116 gespeichert werden und welche in der Subtraktion-

ii schaltung 134 einem Vergleich unterzogen werden, t:,ii festzustellen, in wieweit die beiden Messungen miteinander übereinstimmen. Eine Übereinstimmung oder eine weitgehende Übereinstimmung der beiden aufeinanderfolgenden Messungen zeigt an, daß das Eingangs-

2(i signal im wesentlichen frei von Störungen ist und daß man eine genaue Messung erreichen kann. Treten beispielsweise starke Störungen auf, von denen das an dem Signalanschluß El anstehende Signal teilweise überdeckt wird, so verwerten die Auswerteinrichtungen

r, 84 die Messungen für die Zeitdauer der 4 Perioden nicht, so daß sichergestellt ist, daß nur Messungen an dem Ausgang G 1 abgegeben werden, welche im wesentlichen frei von Störungen sind. Es sei darauf hingewiesen, daß bei dem in dem Empfänger 32 nach Fig. 2

so durchgeführten Mischvorgang, bei welchem das 200 kHz-Signal auf das 8 kHz-Signal übersetzt wird, die Doppler-Phasenverschiebung und die Doppler-Frequenzverschiebung erhalten bleiben. Nachdem aber die Messung an Wellenzügen einer Trägerfrequenz von

)ί 8 kHz und nicht an einer Trägerfrequenz von 200 kHz ausgeführt wird, kann diese Messung bedeutend genauer durchgeführt werden.

Die Zähler 110 und 112 dienen zur Festlegung von Meßintervallen und bewirken unter Zuhilfenahme der UND-Schaltelemente 118. 120, 122 un.! 124 die Betätigung der Zähler 114 und 116, um an aufeinanderfolgenden 4 Perioden des 8 kHz-Signals des Signalanschlusses E aufeinanderfolgende Messungen durchzuführen. Unter Berücksichtigung der 5 kHz-Bandbreite

■i> des Empfängers 32 ist die Dauer der 4 aufeinanderfolgenden Perioden des 8 kHz-Signals ausreichend lang, um unabhängige Tastungen der von den Wandlern 26 und 28 nach F i g. 1 aufgenommenen Signale durchzuführen. Der Zähler 110 ist ein durch fünf teilender

in Zähler, welcher, wie in dem unteren Teil der in F i g. 4 enthaltenen Diagrammdarstellung 144 gezeigt, auf der Leitung 146 Signalimpulse darbietet, bei welchen ein Signal mit hoher Amplitude während des Zählerstandes null auftritt, woran sich ein Signal mit niedriger Amplitude anschließt, das während der Zählerstände eins bis vier andauert, worauf wieder ein Signal mit hoher Amplitude während des Zählerstandes fünf und ein Signal mit niedriger Amplitude während des Zählerstandes sechs bis neun folgen. Der Zähler 112 ist ein durch zwei teilender Zähler, der auf der Leitung 148 abwechselnd Signale mit großer und mit niedriger Amplitude darbietet, weiche jeweils sich über die Dauer von fünf aufeinanderfolgenden Zählungen erstrecken, wie aus der grafischen Darstellung 144 innerhalb von F i g. 4 zu ersehen ist.

Das auf der Leitung 148 auftretende Signal gelangt über UND-Schaltelemente 118,120,122 und 124 zu den Zählern 114 und 116, wobei an den Eingängen zu den

UND-Schalielementen 120 und 124 eine Invertierung oder Kompiementierung des Eingangssignals erfolgt. Aufgrund des Invertierens des Eingangssignals ;jii den Eingängen zu den UND-Schaltelementen 120 und 124 ergibt sich, daß die UND-Schaltelemente 118 und 120 von dem auf der Leitung 148 auftretenden Signal abwechselnd erregt werden und in entsprechender Weise die UND-Schallelemenle 122 und 124 von dem Signal der Leitung 148 abwechselnd betätigt werden. Das Flip-Flop oder die Kippstufe 150 wird durch ein von der Leitung 98 nach Fig. 3 abgenommenes Auslösesignal oder Schlüsselsignai eingestellt, wobei die Ankopplung τη die Kippstufe 150 über den Anschluß P erfolgt. Wie nachfolgend genauer im Zusammenhang mit Fig. 6 ausgeführt wird, löst das Schlüsselsignal jeweils die Aussendung von Schallenergie durch die Wandler 26 und 28 nach F i g. 1 aus. Die Kippstufe 150 wird durch das am Ausgang des UND-Schaltelemcnts 126 auftreiende Registerfortschaltsignal durchgestellt, wodurch sichergestellt ist, daß das Register 138 jeweils einmal für jede Aussendung von Schallenergie weitergestellt wird. Dadurch wird die Einrichtung unempfindlich gegenüber Signalen, die aufgrund von Störechos aus dem Gewässer 22 empfangen werden. Außerdem wird das auf der Leitung 46 auftretende Signal dem UND-Schaltelement 126 zugeführt, um zu erreichen, daß die Weiterschaltung des Registers 138 nur während der zuvor schon erwähnten Totzei. erfolgt. Gegebenenfalls können zusätzliche Zähler (nicht dargestellt) in Verbindung mit den Zählern 114 und 116 eingesetzt werden, um einen Vergleich zwischen drei oder mehr Messungen durchzuführen und eine weitere Unempfindlichkeit der Ergebnisse gegenüber Störungen und fehlerhaften Echos zu erzielen.

Es sei darauf hingewiesen, daß in dem Register 138 kontinuierlich Daten bis zu einer Zeit eingespeichert werden, in der neue Daten, welche durch den Vergleich der Zählungen in den Zählern 114 und 116 als genau und richtig festgestellt worden sind, über das UND-Schaltelement 126 zu dem Register 138 gelangen. Während also bei dem hier vorgeschlagenen System eine impulsweise Schall-Dopplermessung vorgesehen ist, bei welcher keine Daten anfallen, außer in denjenigen Augenblicken, in welchen ein Schallenergieecho auf die Wandler 26 und 28 trifft, dient das Register 138 als Speicher, in welchem kontinuierlich die zuvor abgeleiteten Daten verfügbar gehalten werden, bis eine Erneuerung der Daten entsprechend dem neuesten Stand erfolgt. Die Auswerteinrichtungen 84 erfüllen damit die Aufgabe einer Frequenznachführungseinrichtung und stellen eine wesentliche Verbesserung gegenüber entsprechend arbeitenden phasensynchronisierten Nachführungssystemen bekannter Einrichtungen dar, bei welchen eine Phasensynchronisierung mit Bezug auf die jeweils anfallenden Daten durchgeführt wird, ohne daß diese Daten in der hier vorgeschlagenen Art und Weise eine Prüfung erfahren, wobei eine Abweichung während derjenigen Zeiten auftritt, in denen keine Daten zur Verfügung stehen. Bei der hier vorgeschlagenen Einrichtung tritt ein solches Driften nicht auf, da in den Zeiten, in weichen keine Daten vorhanden sind, die gespeicherten Daten verwertet werden.

In F i g. 5 ist ein Blockschaltbild der bereits in F i g. 3 als Blocksymbol eingezeichneten Kombinationsschaltung 86 wiedergegeben. Die Kombinationsschaltung besitzt Signalanschlüsse G\,GX]\,J2,K und Λί zur Verbindung mit den entsprechend bezeichneten An

schlüssen der anderen Blocksymbole aus F i g. 3. Die Kombinationsschaltung 86 enthält Zähler 152, 154, 156, 158, 160 und 162, feiner Register 164 und 166, eine Verzögerungsschaltung 168, eine Auswahlschaltung 170, einen Frequenzvervielfacher 172 und eine Kodierungsschaltung 174 mit einem Einstellknopf 176 zur Auswahl einer bestimmten Zahl in der Kodierungsschaltung 17<* Die Zähler 152 und 154 sind identisch ausgebildet und zählen jeweils modulo M₁ wobei M eine über den Signalanschluß P einstellbare Zahl ist und jeweils kontinuierlich die Taktimpulse gezählt werden, die über den Signalanschluß C eintreffen. Ein Ausgangsinipuls 180 wird immer dann abgegeben, wenn der Zählerstand M erreicht ist. Es sei bemerkt, daß die dem Zähler 152 /ugeführten Taktimpulse von dem Signalanschluß /1 des Taktimpulsgebersi 90 abgenommen werden und mit einer Impulswiederholungsfrequen/. von 1 MHz auftreten, während die Taktimpulse für den Zähler 154 von dem Signalanschluß /2 zugeführt werden, wobei diese Taktimpulse ebenfalls eine Impulswiederholungsfrequenz von ! MHz besitzen, jedoch in der Phase relativ zu den Taktimpulsen des Signalanschlusses / 1 verschoben sind. Dieser Phasenunterschied ist in der Zeichnung durch die Symbole Φι und <P₂ deutlich gemacht. Der Zähler 152 wird durch die in dem Register 138 des ersten Kanals der Auswerteinrichtungen 84 nach F i g. 4 gespeicherte Zahl voreingestellt, wobei dieser Wert über den Signalanschluß G 1 der Kombinationsschaltung eingegeben wird, während der Zähler 154 durch die in dem entsprechenden Register des Kanals Nr. 2 der Auswerteinrichtuiigen gespeicherte Zahl, welche über den Signalanschluß G 2 eingegeben wird, voreingestellt wird. Wie zuvor schon im Zusammenhang mit F i g. 4 erwähnt, sind in dem Register 138 des Kanals Nr. I und auch in dem entsprechenden Register des Kanals Nr. 2 der Auswerteinrichtungen ständig Zahlen gespeichert, so daß die beiden Zähler 152 und 154 fortwährend modulo der betreffenden Zahl zählen, mit welcher sie voreingestellt worden sind, bis die Daten in den jeweiligen Registern 138 aufdatiert oder auf neuen Stand gebracht werden, wonach die Zähler 152 und 154 ihre Zählung modulo der neuen Zahlen vorneh-.ren.

Wie zuvor schon ausgeführt wurde, weisen die in dem ersten Kanal der Auswerteinrichtungen 84 verar'jeitenden Signale, welche der auf den nach vorwärts gerichteten Wandler 26 treffenden Schallenergie entsprechen, eine positive Dopplfrirequenzverschiebung bei einer Vorwärtsbewegung des Schiffes 20 auf. während die in dem zweiten Kanal der Auswerteinrichtungen 84 verarbeiteten Signale, welche der auf den nach rückwärts gerichteten Wandler 28 treffenden Schallenergie entsprechen, eine negative Dopplerfrequenzverschiebung besitzen. Zur Kombination der die Dopplerinformation enthaltenden Daten des ersten und des zweiten Kanals werden die Daten des zweiten Kanals von den Daten des ersten Kanals mittels des Aufwärts-Abwärts-Zählers 156 subtrahiert. Die Ausgangsimpulse 180 des Zählers 152 werden zu diesem Zwecke dem Taktimpulseingang Cl des Zählers 156 zugeführt Der Aufwärts-Abwärts-Zähler 156 ist von solcher Bauart daß er für diejenigen Impulse, welche an seinem Taktimpulseingang Cl eintreffen, nach aufwärts zählt, während er für diejenigen Impulse, die an dem Taktimpulseingang C2 eingegeben werden, nach abwärts zählt Die Ausgangsimpulse 180 des Zählers 154 werden dem Taktimpulseingang C2 zugeleitet, wodurch erreicht wird, daß der vom Zähler 156 schließlich erreichte Zählerstand dem Unterschied zwischen den

Wiederholungsfrequenzen der Ausgangsimpulse 180 der Zähler 152 und 154 gleich KU Die an dem Taktimpulseingang C1 eintreffenden Signalimpulse 180 des Zählers 152 erreichen diesen Signalanschluß zu anderen Zeiten als die an dem Signalanschluß Cl eintreffenden Signalimpulse 180, nachdem der vorstehend erwähnte Phasenunterschied der Taktimpulse an den Signalanschlüssen /1 und JI vorgesehen ist. wodurch vermieden wird, daß der Zähler 156 zur gleichen Zeit zu einer Aufwärtszählung und zu einer Abwärtszählung veranlaßt wird.

Die Messung der Dopplerfrequenz, welche durch den Zähler 156 erreicht wird, erfährt eine Mittelwertbildung über ein bestimmtes Zeitintervall von beispielsweise 6 Sekunden, hinweg. Ein von dem Taktgeber 90 an dem Ausgang K bereitgestelltes Zeitsteuersignal besteht in einer Folge von Taktimpulsen, deren Abstand 6 Sekunden beträgt Das an dem Signalanschluß oder Ausgang K zur Verfugung gestellte Signal gelangt über die Verzögerungsschaltung 168 zu den Rückstelleingängen der Zähler 156 und 160, so daß diese Zähler jeweils arn Ende eines Zeiiraumes von 6 Sekunden eiiilecrl oder auf Null rückgestellt werden. Der sich insgesamt am Zähler 156 einstellende Zählerstand ist daher proprotional zu der Gesamt-Dopplerphasenverschiebung, welche sich während eines Zeitraums von 6 Sekunden angesammelt hat, wobei dieses Zeitintervall ausreichend groß ist, um die Einflüsse von Störungen oder fehlerhaften Echos wesentlich zu vermindern.

Um festzustellen, ob der endgültige Zählerstand des Zählers 156 eine positive oder eine negative Zahl ist. wird dieser Zählerstand durch das an dem Signalanschluß K auftretende 6-Sekunden-Taktsignal in das Register 164 eingegeben. Die Verzögerungsschaltung 168 führt eine ausreichende Verzögerung ein, um die Übergabe an das Register abschließen zu können, bevor die Rückstellung des Zählers 156 erfolgt. Das Register 164 speichert den Zählerstand. Man erkennt aus Fig. 5. daß das Register 164 zwei Gruppen von Ausgangsleitungen aufweist, wobei eine Gruppe mit Q bezeichnet ist und dieselbe Zahl abgibt, welche in das Register 164 von dem Zähler 156 eingegeben worden ist, während die zweite Gruppe von Ausgangsleitungen mit Q' bezeichnet ist und eine Zahl abgibt, in welcher die Stellen des gespeicherten Zählerstandes komplementiert worden sind. Bekannterweise ist das so gebildete Komplement einer Zahl annähernd gleich dem Wert 1 minus der betreffenden Zahl, wobei ein Fehler nur in der niedrigstwertigen Stelle auflntt, welcher für große Werte des von dem Zähler 156 erreichten Zählerstandes v^rnachlässigbar ist. Beispielsweise liefert bei einer bevorzugten Ausführungsform der Zähler 156 eine zwölfstellige Binärzahl, während der maximale Zählerstand für eine Schiffsgeschwindigkeit von 40 Knoten während eines Zählintervalls von 6 Sekunden kleiner als 2048 ist. was in Binärschreibweise eine elfstellige Zahl ist. Falls das Schiff 20 nach Fig. I rückwärts fährt, so würde zunächst ein Zählerstand von 4096 festgestellt, wobei nachfolgende Zählungen zu einem Stand von weniger als 4096, jedoch über 2048 führen. In diesem Falle ist die zwölfte Stelle hoch. Die zwölfte Stelle ist die bedeutsamste Stelle und wird über die Leitung 182 der Auswahlschaltung 170 mitgeteilt, um diese zur Auswahl der mit Q' bezeichneten Leitungsgruppe oder des Komplementärausgangs des Registers 164 zu veranlassen. Die Auswahlschaltung 170 ist ein an sich bekannter elektronischer Schalter zur Auswahl einer Gruppe aus zwei Gruppen von Binärsignalen. Die von tier Auswahlschaltung 170 ausgewählte Binärzahl wird dem Frequenzvervielfacher 172 zugeführt.

Der Frequenzvervielfacher 172 ist genauso ausgebildet, wie der vorerwähnte Frequenzvervielfacher 102.

Abhängig von den über den Signalanschluß M eingegebenen, bezüglich der Temperatur korrigierten Taktimpulsen, welche dem Frequenzvervielfacher 172 zugeführt werden, erscheint an dessen Ausgang 184 eine Folge von Taktimpulsen mit einer mittleren Wiederho- Iungsfrequenz, weiche proportional zu der Digitalzahl ist, die von der Auswahlschaltung 170 dem Eingang des Frequenzvervielfachers 172 zugeführt worden ist. Die mittlere Wiederholungsfrequenz der auf der Leitung 184 auftretenden Impulse stellt daher eine Dopplerfre quenzverschiebung eines erzeugten Trägers dar, weiche bezüglich der Temperatur des Gewässers 22 kompensiert ist.

Um die mittlere Impulswiederholungsfrequenz des Ausgangssignals auf der Leitung 184 zu eichen und in ein unmittelbar deutbares Meßergebnis umzuformen, welches in Knoten oder Meter je Sekunde vorliegt, ist ein Zähler 158 vorgesehen, der über einen mii P bezeichneten Eingang mit einer in der Kodierungsschaltung 174 gebildeten Digitalzahl voreingestellt wird. Der Zähler 158 zählt Modulo M. wobei die Zahl M die zur Voreinstellung des Zählers 158 verwendete Zahl ist Jedesmal dann, wenn der Zähler 158 einen Zählerstand von M erreicht hat, gibt er einen Impuls 186 an seinem Ausgang ab. Die Impulse 186 treten mit einer mittleren Wiederholungsfreqiienz auf, die proportional zur mittleren Wiederholungsfrequenz der Impulse auf der Leitung 184 ist.

Aus dem Aufbau der Torschaltelemente und Kippstufen innerhalb eines Wiederholungsfrequenzvervielfa- chers. beispielsweise des Frequenzvervielfachers 172, ergibt sich, daß wesentliche Veränderungen der Intervalle zwischen aufeinanderfolgenden Impulsen der Leitung 184 vorkommen können, während aber die Zählung einer großen Anzahl dieser Impulse über eine längere Zeitdauer, welche viele solche Impulse enthält, ein sehr genaues Maß der verstrichenen Zeit darstellt. Der Zähler 158 nimmt im wesentlichen eine Division der ImpuEswiederholungsfrequenz der auf der Leitung 184 auftretenden Impulse durch die Zahl M vor, wodurch die zuvor erwähnte Unregelmäßigkeit in der jeweiligen augenblicklichen Impulswiederholungsfrequenz der Impulse der Leitung 184 merklich geglättet wird, da eine Mittelwertbildung über jeweils M Impulse der auf der Leitung 184 auftretenden Impulsfolge durchgeführt wird, so daß sich eine gleichmäßigere Wiederholungsfrequenz der Impulse 186 einstellt.

Die Impulse 186 werden dann während des zuvor erwähnten 6-Sekunden-Zeitintervalls gezählt, um einen endgültigen Zählerstand zu erhalten, welcher die Geschwindigkeit des Schiffes 20 wiedergibt, wobei diese Geschwindigkeitsinformation über die Leitung 188 zu dem Wiedergabegerät 40 übertragen wird, um dort in einem Anzeigegerät 190 die Geschwindigkeit anzuzeigen. Das an dem Signalanschluß K anstehende

μι 6-Sekunden-Taktsignal bewirkt eine Eingabe des Zählerstandes des Zählers 160 in ein Register 166. so daß darauf nach einer durch die Verzögerungsschaltung 168 eingeführten Verzögerung der Zahler 160 wieder zurückgestellt werden kann. Die Dopplerinformation ist

μ dann in dem Register 166 gespeichert, um das Geschwindigkeits-Anzeigegerät 190 zu beaufschlagen, bis die Daten in dem Register 166 wieder auf neuesten gebracht wer^ii.

Auch der von dem Schiff 20 zurückgelegte Weg läßt sich durch Zählung der Impulse 186 während der Fahrzeit des Schiffes 20 feststellen. Diese Zählung wird durch einen Zähler 162 vorgenommen, der zu Fahrtbeginn mittels der Hand-Rückstelleinrichtung 192 zurückgestellt wird. Der Gesamt-Zählerstand, welcher sich in dem Zähler 162 zu irgendeiner Zeit angesammelt hat, gibt den Weg wieder, weichen das Schiff bis zu dieser Zeit zurückgelegt hat Dieser Zählerstand wird über das Kabel 194 zu dem Wiedergabegerät 40 übertragen und gelangt in einem Anzeigegerät 196 zur Anzeige. Außerdem enthält das Wiedergabegerät 40 eine Anzeige 198, welcher die Information liefert, ob das Schiff 20 vorwärts oder rückwärts fährt, wobei die für diese Anzeige erforderlichen Daten dem Anzeigegerät 198 über die, die höchstwertige Stelle des Registers 164 signalisierende Leitung 182 zugeführt werden.

Fig.6 der Zeichnungen zeigt schließlich ein Blockschaltbild der Signalverarbeitungseinrichtung 88 zur Tiefenmessung. Diese Schaltung enthält Zähler 200,202, 204 und 206, Kodierungsschaliungen 208 und 2!0, mit diesen verbundene Handeinstellvorrichtungen oder Einstellknöpfe 212 bzw. 214 zur Auswahl einer bestimmten, durch die Kodierungsschaltung zu erzeugenden Zahl, Verzögerungsschaltungen 216 und 218, Register 220 und 222, ein Flip-Flop oder eine Kippstufe 224, einen Wiederholungsfrequenzvervielfacher 226, der ähnlich aufgebaut ist, wie das zuvor beschriebene Bauteil 102, ein UND-Schaltelement 228 und einen veränderliche Frequenzen erzeugenden Taktgeber 229. Die Signalverarbeitungseinrichtung 88 zur Tiefenmessung zählt die Taktimpulse, welche vom Taktimpulsgeber 90 an dem Signalanschluß 72 bereitgestellt werden, um Jie Zeit zwischen den Schallsignalaussendungen zu messen und um auf der Leitung 98 ein Signal an die Kippstufe 92 nach F i g. 3 abgeben zu können, damit eine Schallimpulsaussendung durch den Sender 34 nach F i g. I ausgelöst wird. Außerdem liefert die Signalverarbeitungscinrichtung 88 ein Meßergebnis entsprechend der zwischen einer Schallimpulsaussendung durch den Sender 34 und dem Empfang eines Schallechos an den Wandlern 26 und 28 verstrichenen Zeit. Die Wirkungsweise der Signalverarbeitungseinrichtung 88 sei nachfolgend beschrieben.

Der Zähler 200 zählt Modulo M. wobei die Zahl M durch entsprechende Voreinstellung an dem Eingang P von der Kodierungsschaltung 208 eingegeben wird. Der Zähler 200 zählt die Taktimpulse, welche an dem Signalanschluß 72 anstehen und liefert jedesmal dann, wenn ein Zählerstand von M erreicht ist, einen impuls so 230, der über die Leitung 98 zu der Kippstufe 92 nach Fig.3 übertragen wird. Außerdem gelangen die Impulse 230 zu dem Einstelleingang des Flip-Flop oder der Kippstufe 224, um diese einzustellen und schließlich werden die Impulse 230 auch zu dem Rücks'.elleingang R des Zählers 202 geführt, um dort den Zählerstand zu löschen. Abhängig von dem Einstellzustand der Kippstufe 224 läßt das UND-Schaltelement 228 Taktirnpulse von dem Signalanschluß 72 zu dem Taktimpulseingang C des Zählers 202 durch. Der Zähler 202 zählt dann die an seinem Eingang C eintreffenden Taktimpulse und gibt seinen Zählerstand an das Register 220 weiter. Dabei zahlt der Zahler 202 so lange, ·■'» an dem nach vorwärts gerichteten Wandler 26 ein Schallecho eintrifft, was durch ein Signal des Empfangers am Signalanschluß L1 signalisiert wird, wobei der Signalanschluß L 1 mit dem Rückstelleingang der Kippstufe 224 verbunden ist, um eine Rückstellung dieser Kippstufe vorzunehmen und damit den Durchgang von Taktimpulsen durch das UND-Schaltelement 228 zu sperren. Außerdem gelangt das an dem Signalanschluß L1 anstehende, ein Schallecho signalisierende Signal über die Verzögerungsschaltung 216 zu dem Register 220 und bewirkt die Einspeicherung des Zählerstandes des Zählers 202 in das genannte Register. Die Verzögerungszeit der Verzögerungsschaltung 216 ist so gewählt, daß die Kippstufe 224 zurückgestellt und die Zählung an dem Zähler 202 unterbrochen werden kann, bevor die Eingabe in das Register 220 beginnt Der Zähler 202 behält seinen Zählerstand bis zur nächsten Schallsignalaussendung. Zu dieser Zeit wird der Zähler durch einen Impuls 230 rückgestellt oder sein Zählerstand gelöscht Man erkennt also, daß in dem Register 220 eine Zahl gespeichert wird, welche der Zeit entspricht, die zwischen einer Schallimpulsamsendung durch den Sender 34 und dem Empfang eines Schallechos an dem nach vorwärts gerichteten Wandler 26 nach F i g. 1 verstrichen ist

Die in dem Register 220 gespeicherte Zahl erfährt eine Korrektur zur Berücksichtigung der Temperatur des Wassers in dem Gewässer 22 durch Verwendung eines WiederholungsfrequenzvervielJachers 226, der Taktimpulse von einem Taktgeber 229 empfängt. Der Taktgeber 229 ist mit einer Einstellvorrichtung oder einem Einstellknopf 231 ausgerüstet, an welchem die Wiederholungsfrequenz der Taktimpulse eingestellt werden kann, die in den Frequenzvervielfacher 226 eingegeben werden, wodurch Veränderungen der Ausbreitungsgeschwindigkeit der von dem Wandler 26 ausgesendeten Schallenergie aufgrund von Veränderungen der Temperatur in verschiedenen Gewässertieftn berücksichtigt werden. Die in dem Register 220 gespeicherte Zahl gelangt zu einem Eingang des Frequenzvervielfachcrs 226, der abhängig von dieser Zahl Taktimpulsc an seiner Ausgangsleitung 232 darbietet, deren mittlere Wiederholungsfrequenz proportional zu der in dem Register 220 gespeicherten Zahl ist. Die auf der Leitung 232 auftretenden Taktimpulse haben also eine mittlere Wiederholungsfrequenz entsprechend der bezüglich der Temperatur korrigierten, vollständigen Laufzeit eines Schallimpulses von dem nach vorwärts gerichteten Wandler 26 durch das Wasser zum Gewässerboden 64 und zurück wieder zu dem nach vorwärts gerichteten Wandler 26. Die Impulswiederholungsfrequenz des auf der Leitung 232 auftretenden Signals enthält daher eine Information über die Tiefe des Gewässers 22.

Der Zähler 204 dient zum Eichen de; Tiefeninformation, so daß diese in Fuß, Meter oder Yard abgelesen werden kann, wobei dieser Eichvorgang ähnlich abläuft, wie dies zuvor i.ii Zusammenhang mit dem Zähler 158 nach F i g. 5 beschrieben wurde. Der Zähler 204 wird also mittels der Kodierungsschaltung 210 auf eine bestimmte Zahl M voreingcstellt und zählt danach die auf der Leitung 232 auftretenden Impulse Modulo M. derart, daß der Zähler jedesmal dann ein Signal 234 abgibt, wenn der Zählerstand M erreicht ist. Die Wiedcrhoiungsfrequenz der Impulse 234 ist daher zu der Gewässerliefe proportional.

Eine Zahl, welche die Gewässertiefe wiedergibt, erhalt man durch Zählung der Impulse 234 wahrend eines 6-Sekunden-Zeitintervalls, das durch die zuvor erwähnten, am Signalanschluß K anstehenden Signale vorgegeben wird. Das 6-Sekunden-Signal veranlaßt das Register 222 zur Aufnahme des Zählerstandes des Zahlers 206 und wird außerdem über eine Verzöge-

rungsschaltung 218 dem Rückstelleingang des Zählers 206 zugeführt, um den Zählerstand dieses Zählers zu Ende des 6-Sekunden-Zeitintervalls zu löschen. Die von der Verzögerungsschaltung 218 eingeführte Verzögerung reicht dazu aus, den Zählerstand des Zählers 206 in das Register 222 einzugeben, bevor eine Rückstellung oder Löschung des Zählers 206 erfolgt Das Register 222 enthält daher eine während einer Zeit von 6 Sekunden

durchgeführte Abzählung der Impulse der Impulsfolge 234, Damit ist die in dem Register 222 gespeicherte Zahl Maß für die Tiefe des Gewässers bzw. die

Entfernung des Gewässerbodens 64 und diese Zahl wird über die Leitung 236 zu dem Wiedergabegerät 40 geleitet, um dort in einem Tiefenanzeigegerät 238 dargestellt zu werden.

Hierzu 6 Blatt Zeichnungen

Claims (13)

1. Patentansprüche:

   I. Geschwindigkeitsmeßeinrichtung, insbesondere Schall-Dopplermeßeinrichtung, mit einer auf einem Fahrzeug, dessen Fahrgeschwindigkeit durch ein Medium gemessen werden soll, angeordneten Sende- und Empfangswandleranordnung zum Einkoppeln von Wellenernegie in das bzw. zum Auskoppeln von Wellenenergie aus dem Medium und mit einer Signalverarbeitungseinrichtung zum Ableiten von Geschwindigkeitsmeßdaten von den reflektierten, aus dem Medium ausgekoppelten Empfangssignalen, dadurch gekennzeichnet, daß die Signalverarbeitungseinrichtung (84) für die Ableitung der Geschwindigkeitsmeßdaten jeweils aus einer bestimmten Zahl von Wellenzügen der reflektierten Wellenenergie eine zur aufeinanderfolgenden Messung der Periodendauer einer bestimmten: Anzahl von Perioden der reflektierten Wellenenergie dienende Einrichtung (110, 112, Hi, 114, 116) enthält, die mit einer Detektorschaltung (134, 136, 130) verbunden ist, weiche die Gleichheit mehrerer Meßergebnisse der Meßeinrichtung signalisiert und eine Signalerzeugungseinrichtung (86), welche eine kontinuierliche Schwingung darbietet, im Sinne der Abgabe eines periodischen Signals steuert (Gi), dessen Frequenz dann einem der genannten Meßergebnisse Proportional ist.
2. 2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dai. die Signalerzeugungseinrichtung mit einer von dem kontinuierlich.-n periodischen Signal beaufschlagten Frequenzmeßeinrichtung (158, 160, 166) verbunden ist.
3. 3. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Signalerzeugungseinrichtung zur Bestimmung der Geschwindigkeit mit einer die Wellenzüge oder Impulse des kontinuierlichen periodischen Signals abzählenden Zählvorrichtung (158,160) verbunden ist.
4. 4. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3. dadurch gekennzeichnet, daß die Signalverarbe;-tungseinrichlung (84) Zwischen-Speichermittel (114, 116) enthält, in welchen Dopplerinformationen speicherbar sind, welche an aufeinanderfolgenden Perioden der reflektierten Wellenenergie oder an aufeinanderfolgenden Zyklen einer von dieser Wellenenergie abgeleiteter. Schwingung oder Impulsfolge gewonnen worden sind.
5. 5. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Signalverarbeitungseinrichtiing mit den Zwischenspeichermitteln verbundene Vergleichseinrichtungen (134, 136) enthält, in welchen die Dopplerinformationen eines der Zwischen Speichermittel mit denjenigen eines zweiten der Zv/ischenspeichermittel vergleichbar sind.
6. 6. Einrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenspeichermittel Einrichtungen (114, 116) zur Bestimmung der Dauer der genannten bcslimmten Zahl von Wcllenzügen der reflektierten Wellenenergie bzw. der genannten Zyklen der davon abgeleiteten Schwingung oder Impulsfolge enthält.
7. 7. Einrichtung nach Anspruch 6. dadurch gekennzeichnet, daß die zur Bestimmung der Dauer der bestimmten Anzahl von Wellenzügen bzw. zur Bestimmung der Dauer der Zyklen dienenden Einrichtungen jeweils einen Zähler (114, 116) enthalten, welchem jeweils während der zu bestimmenden Zeitdauer Taktimpulse (H 1) zuführbar sind.
8. 8. Einrichtung nach Anspruch 6 oder 7 und/oder Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Vergleichseinrichtungen eine Subtraktionsschaltung (134) enthalten, welche eine Differenz aus den aufeinanderfolgenden Messungen der Dauer einer bestimmten Zahl von Wellenzügen der refektierten Wellenergie bzw. der Dauer der Zyklen einer davon abgeleiteten Schwingung oder Impulsfolge bildet.
9. 9. Einrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtungen zur Messung der Dauer einer bestimmten Anzahl von Wellenzügen der reflektierten Wellenenergie bzw. zur Messung der Dauer der Zyklen einer davon abgeleiteten Schwingung oder Impulsfolge jeweils einen Zähler (114, 116) zur Abzählung von Taktimpulsen (H1) sowie eine Steuereinrichtung (110, 112, 118, 120) enthalten, welche abhängig von der Dauer der zu messenden Zeiträume die Taktimpulse zu dem Zähler durchläßt.
10. 10. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß in einer Empfangsschaltung (32) eine Trägerfrequenz der ausgesende- ten und reflektierten Wellenenergie auf eine Zwischenfrequpnz umsetzbar (74) ist, welche niedriger als die erstgenannte Trägerfrequenz ist.
11. 11. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9 und Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die

    jo Meßeinrichtu/igen zur Bestimmung der Dauer einer bestimmten Anzahl von Perioden der reflektierten Wellenenergie bzw. zur Bestimmung der Dauer der Zyklen einer davon abgeleiteten Schwingung oder Impulsfolge mit der genannten, unter der Trägerfre-

    j5 quenz liegenden Zwischenfrequenz (E \) beaufschlagbar sind (F i g. 2 und 3).
12. 12. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11. dadurch gekennzeichnet, daß die Wandleranordnung mehrere Wandler (26, 2fc/ enthält, welche reflektierte Wellenenergie aus mehreren Richtungen aufnehmen und von deren Ausgang jeweils ein kontinuierliches periodisches Signal ableitbar ist, dessen Frequenz bzw. dessen Periodendauer von den Kanälen jeweils zugeordneten Meßeinrichtun-4j gen bzw. den Meßeinrichtungen bestimmt wird und daß die Meßergebnisse, welche vom Ausgang eines einer Richtung zugeordneten Wandlers ableitbar sind, mit den Meßergebnissen, welche vom Ausgang eines einer anderen Richtung zugeordneten Wandln lers ableitbar sind, in einer Kombinationsschaltung (152, 154, 156, 164) miteinander kombiniert werden (F ig. 5).
13. 13. Einrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Kombinationsschaltung

    v, einen Aufwärts-Abwärts-Zähler (156) enthält, welcher abhängig von einem dem einen Wandlerausgang entsprechenden Meßergebnis zur Aufwärtszählung und ahängig von einem dem anderen Wandlerausgang entsprechenden Meßergebnis zur

    Mi Abwärtszählung veranlaßt wird.

    Die Erfindung betrifft eine Geschwindigkeitsmeßeinrichtung der im Gattungsbegriff des Patentanspruchs I beschriebenen Art.

    Derartige Geschwindigkeitsmeßeinrichtiingen die-