DE4010067A1 - Sonar-ortungsanlage insbesondere fuer u-boote - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Sonar-Ortungsanlage laut Oberbegriff des Hauptanspruches.

Eine Anlage dieser Art ist bekannt (E. Ahrens, "Schall und Ultraschall in der Unterwasser-Nachrichtentechnik", Westdeutscher Verlag, Köln und Opladen, Seiten 58 und 59; U-Boottyp XXI, E. Rössler, Wehrwissenschaftliche Berichte, Band 1, J. F. Lehmanns Verlag München, Seiten 61 und 62). Die beispielsweise sechsundneunzig kreisförmig auf einer Zylinderbasis außen an einem U-Boot angebrachten Hydrofone sind über Leitungen mit einem Vorverstärker verbunden, dessen sechsundneunzig Ausgänge über zwischen­ geschaltete Hochpässe mit einem Kompensator verbunden sind. Dieser Kompensator besteht aus einer feststehenden Grundplatte, auf welcher wiederum kreisförmig sechsund­ neunzig Kontaktbürsten angeordnet sind, denen die Aus­ gangssignale der zugehörigen sechsundneunzig Hydrofone zugeführt werden. Unterhalb dieser feststehenden Kontakt­ bürstenplatte ist ein Kollektor angeordnet, der über ein mechanisches Getriebe angetrieben ist und auf welchem in einem vorbestimmten Kreissektor von beispielsweise 120° mehrere beispielsweise 2 × 22 = 44 Kollektorstreifen angebracht sind, die mit den Kontaktbürsten der darüber­ liegenden Platte in Schleifkontakt stehen. Mit diesen insgesamt 44 Kollektorstreifen sind zur Kompensation der Laufzeitunterschiede der Hydrofon-Signale über Wider­ stands-Bewertungs-Netzwerke Verzögerungsketten verbunden, die in Form von LC-Gliedern unterhalb des drehbaren Kollektors eingebaut sind. Die beiden Hälften von jeweils 22 Kollektorstreifen des Kollektors sind jeweils mit gesonderten Verzögerungsketten verbunden, so daß in der nachfolgenden eigentlichen Auswerteinrichtung die emp­ fangenen Signale sowohl nach dem Summenverfahren als auch nach dem Summen-Differenz-Verfahren ausgewertet werden können.

Diese bekannte Anordnung ist mechanisch extrem aufwendig, die (etwa 100) Schleifkontakte müssen hartvergoldet sein, um den Verschleiß der Schleifkontakte so gering wie mög­ lich zu halten. Weiterhin müssen die Schleifkontakte entsprechend groß dimensioniert sein, damit wird auch die zu verdrehende Masse relativ groß, und es muß ein leistungsstarker Motor möglichst mit Getriebeuntersetzung vorgesehen werden. Die elektrischen Verzögerungsketten sind ebenfalls sehr voluminös, die Gesamtanlage benötigt daher viel Platz, was in engen U-Booten sehr nachteilig ist.

Es sind zwischenzeitlich zwar auch schon rein digital arbeitende Anordnungen bekannt (Firmenprospekt der Firma Krupp Atlas Elektronik GmbH, Bremen, BLl 9548 A 002 F, Sonar System CSU 3-4/SIP 3), die jedoch im Gesamtaufbau noch größer und voluminöser sind und deren rein digitale Signalverarbeitung zusätzliche Störungen verursacht.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine Sonar-Ortungsan­ lage insbesondere für U-Boote zu schaffen, die einen verbesserten elektrischen und mechanischen Aufbau mit kleinen Gesamtabmessungen und geringen Kosten ermöglicht.

Diese Aufgabe wird ausgehend von einer Sonar-Ortungsanlage laut Oberbegriff des Hauptanspruches durch dessen kenn­ zeichnende Merkmale gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Die Erfindung geht aus von einer bekannten Anlage der zuerst erwähnten Art mit mechanisch angetriebenem Kompen­ sator, benutzt in diesem Kompensator jedoch anstelle der mechanischen Schleifkontakte eine verschleißfreie optoelektronische Abtastung. Durch die damit berührungs­ lose verschleißfreie Signalübertragung ist eine sehr gedrungene kompakte Gesamtanordnung dieses Kompensators möglich. Das geringe Gewicht der optoelektronischen Bau­ elemente und deren kleine Abmessungen ermöglichen es, die bewegte Masse der Kollektorscheibe sehr gering zu halten, so daß auch ein Motor mit geringer Leistung für den Antrieb ausreicht. Der Gesamtaufbau wird vor allem auch noch dadurch vereinfacht und raumsparend, daß nach der Erfindung nicht nur eine optoelektronische Abtastung benutzt wird, sondern die Verzögerungsketten im Kompen­ sator durch aktive Operationsverstärker realisiert werden, die als elektronische Bauelemente unmittelbar auf der drehbaren Scheibe oder, falls dort nicht mehr genügend Platz ist, auf einer zusätzlichen parallel dazu angeord­ neten Zusatzscheibe angebracht werden. Damit ist es auch möglich, zumindest einen Teil der eigentlichen Auswert­ schaltung, beispielsweise die Summierschaltung zum Summieren aller über den Kollektor abgetasteten Ausgangs­ signale oder eine Summierschaltung für die eine Kollek­ torhälfte und eine Differenz-Schaltung zur Bildung der Differenz der Ausgangssignale der anderen Kollektorhälfte vorzusehen, so daß unmittelbar auf der drehbaren Scheibe nach dem Summenverfahren oder nach dem Summen-Diffe­ renz-Verfahren das gewünschte Ausgangssignal erzeugt werden kann, das dann über nur eine einzige Verbindung, vorzugsweise wiederum einen optoelektronischen Koppler, der eigentlichen Auswert- und Anzeige-Einrichtung zugeführt wird. Als besonders vorteilhaft und störunempfindlich hat es sich erwiesen, als optoelektronische Geber Infra­ rot-Lumineszenz-Dioden und als Nehmer Fototransistoren zu verwenden.

Die Erfindung wird im folgenden anhand einer schematischen Zeichnung an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert.

Die Figur zeigt perspektivisch und teilweise weggebrochen gezeichnet einen erfindungsgemäßen Kompensator für eine Sonar-Ortungsanlage der eingangs erwähnten Art. Die ein­ zelnen nicht dargestellten Hydrofone, die in Kreisform oder gegebenenfalls auch hufeisenförmig am Vorschiff eines U-Boots angebracht sind, sind über Verbindungslei­ tungen 1 mit einem Kranz von Infrarot-Leuchtdioden 2 elektrisch verbunden, die in gleicher geometrischer Ver­ teilung wie die Hydrofone auf einer feststehenden Scheibe 3 aus Isoliermaterial befestigt sind. In einem praktischen Ausführungsbeispiel sind beispielsweise sechsundneunzig Hydrofone und damit auch sechsundneunzig kranzförmig angeordnete Leuchtdioden 2 vorgesehen. Die zu den Hydro­ fonen führenden Leitungen 1 stehen über Bandpaßfilter 4 und nachgeschaltete Verstärker 5 mit den Leuchtdioden 2 in Verbindung, diese Filter 4 und Verstärker 5 sind unmittelbar auf der Scheibe 3 angebracht und beispiels­ weise in gedruckter Schaltungstechnik miteinander verbun­ den.

In einem geringen Abstand oberhalb der feststehenden Scheibe 3 ist eine drehbare Kollektorscheibe 6 parallel dazu angeordnet, die über einen Motor 16 mit einer Ge­ schwindigkeit von etwa zehn Umdrehungen pro Sekunde ange­ trieben ist. Am Rand der Kollektorplatte 6 sind in einem vorgegebenen Winkelsektor von beispielsweise 120° mehrere, beispielsweise 44, Fotodioden 7 angebracht, die damit unmittelbar dem darunterliegenden Leuchtdiodenkranz 2 gegenüberliegen. Der Abstand und die Anordnung der Foto­ dioden 7 und der Leuchtdioden 2 ist so gewählt, daß eine Störung durch Streulicht vermieden wird. Auf der Oberseite der Platte 6 sind neben den Fotodioden 7 die Widerstände eines Bewertungs-Netzwerkes 8 angeordnet, die mit einem Hochpaß und Verstärker 9 vorzugsweise wiederum über gedruckte Leiterbahnen in Verbindung stehen. Der Ver­ stärker 9 ist mit Verzögerungsketten 10 verbunden, die in Form von Allpässen aus Operationsverstärkern gebildet sind. Diese Verzögerungsketten 10 sind mit einem Teil der eigentlichen Auswert- und Anzeigeeinrichtung, bei­ spielsweise dem Summen- und Differenzbildner 11, verbun­ den. Das Summen- und Differenzsignal wird also unmittelbar auf der Platte 6 gebildet, und diese Signale werden dann über einen optoelektronischen Koppler 12 nach außen zu der davon abgesetzten restlichen Auswert- und Anzeigeein­ richtung weitergeleitet. Der optoelektronische Koppler wird beispielsweise durch zwei konzentrische Leucht­ dioden-Kränze 12 auf einer zusammen mit der Scheibe 6 drehbaren Scheibe 14 gebildet, die konzentrisch gegenüber von zwei weiteren Fotodiodenkränzen 18 auf einer statio­ nären Scheibe 15 angeordnet sind. Die Fotodioden 18 der feststehenden Scheibe 15 sind mit einem Verstärker ver­ bunden, der die Summen- und Differenzsignale zur rest­ lichen Auswerteinrichtung weiterleitet.

Auch die Betriebsspannung für die Bauelemente auf der drehbaren Scheibe 6 wird vorzugsweise kontaktlos zuge­ führt, dazu ist unterhalb der Platte 6 ein drehbarer Transformator 13 vorgesehen, dessen drehbarer Teil auf der hohlen Drehachse 17 des Antriebsmotors angeordnet ist. Die vom stationären Teil des Transformators auf diesen drehbaren Teil induktiv gekoppelte Wechselspannung wird durch Leitungen in der hohlen Achse 17 zur Scheibe 14 geleitet und dort nach entsprechender Gleichrichtung und Siebung zur Speisung der Bauelemente auf der Scheibe 6 benutzt.

Claims (8)

1. Sonar-Ortungsanlage insbesondere für U-Boote mit mehreren kreisförmig angeordneten Hydrofonen, die mit einem Kompensator verbunden sind, in welchem ihre Ausgangssignale mittels eines mechanisch drehbaren, einen vorbestimmten Kreissektor überdeckenden Kollek­ tors abgetastet und nach Durchlaufen von Verzögerungs­ ketten in einer Auswerteinrichtung ausgewertet werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Abtasteinrichtung des Kompensators optoelektronisch arbeitet und der Kollektor durch auf einem Kreissektor auf einer mechanisch drehbaren Scheibe (6) angeordnete optoelektronische Nehmer (7) gebildet ist, während die Ausgangssignale der Hydrofone einem Kranz von optoelektronischen Gebern (2) zugeführt sind, die auf einer dieser drehbaren Scheibe (6) gegenüberlie­ genden feststehenden Scheibe (3) angebracht sind, und die Verzögerungsketten durch aktive elektronische Bauelemente (10) gebildet sind, die zusammen mit mindestens einem Teil (11) der Auswerteinrichtung unmittelbar auf der drehbaren Scheibe (6) angebracht sind.

2. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die optoelektronischen Nehmer Fotodioden (7) und die optoelektronischen Geber Infrarot-Leuchtioden (2) sind.

3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß auf der drehbaren Scheibe (6) neben den Verzögerungsketten (10) ein den optoelektronischen Nehmern (7) zugeordnetes Signal-Bewertungs-Netzwerk (8) ein und damit verbundener Verstärker (9) angebracht sind.

4. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Ver­ zögerungsketten durch Operationsverstärker (10) gebildet sind.

5. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die die einzelnen elektronischen Bauelemente tragende drehbare Scheibe aus zwei oder mehreren übereinander angeord­ neten Teilscheiben besteht.

6. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgang des auf der drehbaren Scheibe (6) angebrachten Teiles (11) der Auswerteinrichtung mit dem restlichen Teil über einen optoelektronischen Koppler (12, 18) verbunden ist.

7. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Be­ triebsspannung zu den auf der drehbaren Scheibe (6) angebrachten elektronischen Bauelementen mittels eines drehbaren Transformators (13) durch induktive Kopplung zugeführt wird.

8. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstärker (5) für die Hydrofone unmittelbar auf der feststehenden Platte (3) nach den Hochpaßfiltern (4) angeordnet sind.