NO131904B - - Google Patents

Description

Denne oppfinnelse angår bestemmelse av den bevegelsesbane som gjennomløpes av et fartøy i forhold til en referanseoverflate, ved anvendelse av informasjoner oppnådd vedrørende far-tøyets hastighet ved måling av frekvensforskyvningen av akustiske eller elektromagnetiske bølger på grunn av Doppler-Fizeau-effekten.

Oppfinnelsen er særlig rettet mot bestemmelse av den bevegelsesbane eller -vei som gjennomløpes av et fartøy som befin-ner seg 1 eller på vann, i forhold til den undersjøiske bunn som betraktes som referanseoverflate.

Blant de midler som nar vært anvendt for å foreta denne bestemmelse innenfor området navigasjon i eller på vann, kan det nevnes skrue- eller propell-logger som direkte måler den vei som tilbakelegges i forhold til vannmassen, og likeledes trykklogger eller magnetiske logger som måler den relative hastighet av far-tøyet i forhold til vannmassen. Integrasjon av hastigheten gir i dette siste tilfelle et mål for den gjennomløpte vei eller bane.

Det har senere vært utviklet metoder ved anvendelse av den velkjente Doppler-effekt, ifølge hvilken den relative hastighet av et fartøy står i relasjon til forskyvningen i frekvens av en akustisk bølge utsendt fra fartøyet,og frekvensen av den bølge som blir mottatt etter refleksjon fra et objekt eller en forhind-ring.

En eller flere sendersvingere utsender kontinuerlig ultra-lydbølger med konstant frekvens mot sjøbunnen og i retninger som ligger på skrå i forhold til vertikalen fra fartøyet.

En eller flere mottakersvingere som kan være innbyrdes sammenkoblet, mottar de reflekterte ultralydbølger. Disse mot-takere er koblet til en anordning som detekterer avviket mellom frekvensen av den utsendte bølge og frekvensen av den mottatte bølge og indikerer den hastighet og den distanse som fartøyet har gjennomløpt.

Disse anordninger arbeider bare tilfredsstillende når vanndybden mellom fartøyet og bunnen er forholdsvis liten. Av plass-og bekvemmelighetsgrunner er mottakersvingene oftest plassert i nærheten av sendersvingene og mottar av denne grunn sekundære og direkte utstrålinger som skriver seg fra sendersvingene. Når de akustiske bølger som reflekteres fra bunnen, er for svake, blir de maskert eller undertrykket av de direkte strålingskomponenter.

En kjent metode til å unngå disse ulemper, består jL å utsende de akustiske bølger på diskontinuerlig måte. I så fall etterfølges sendetidsintervallet av et lyttetidsintervall som er betegnet som lyttevinduet, under hvilket mottakerne bare oppfan-ger de bølger som er reflektert fra bunnen.

Avstanden mellom fartøyet og bunnen er imidlertid ikke kjent med nøyaktighet, og varigheten av de utsendte bølgers beve-gelse frem og tilbake er usikker. Sendeintervallet bør således velges tilstrekkelig kort til å unngå enhver overlapnir^g mellom de utsendte bølger og deres ekkoer ved mottakningen. Målingen av frekvensforskyvningen på grunn av Doppler-effekten foretas på bølgetog med kort varighet og er følgelig beheftet med unøyaktig-heter.

Formålet med foreliggende oppfinnelse er å tilveie-bringe en fremgangsmåte for navigering ved utnyttelse av Doppler-ef fekten samtidig som de ovennevnte ulemper blir unngått, og en anordning tilpasset de spesielle krav som stilles ved utførelsen av fremgangsmåten.

Nærmere bestemt angår oppfinnelsen en fremgangsmåte av den type som omfatter en sendeperiode for bølger med bestemt frekvens mot den nevnte overflate og langs en skråttliggende retning i forhold til vertikalen, en mottakningsperiode for bølger reflektert fra den nevnte overflate, under hvilken periode de mottatte bølger omdannes til elektriske pulser, og den distanse som er gjennomløpet, beregnes ved anvendelse av differansen mellom frekvensen av de utsendte bølger og frekvensen av de mottatte bøl-. ger. Det nye og særegne ved fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen består i første rekke i at a) det utsendes en sekvens bestående av n bølgetog som hvert har en konstant varighet 9 og en forutbestemt repetisjonsperiode T, b) senderperioden avbrytes tilnærmet ved ankomsten av de bølger som reflekteres fra overflaten, idet antallet n av utsendte

bølgetog er et helt tall,

c) sendeperioden etterfølges av en mottakningsperiode hvis varighet avhenger av tallet n, og d) det opprettholdes et konstant forhold mellom repetisjonsperioden TREp for to etterfølgende sendesekvenser og det effektive sendetidsintervall nQ for den nevnte sekvens, hvilket forhold er uavhengig av tallet n.

Sendingens varighet blir således holdt på. sin maksi-male verdi forenlig med avstanden mellom fartøyet og overflaten. Nøyaktigheten av målingene som utføres ved hjelp av de mottatte bølgetog, øker med sendingens varighet og blir av denne grunn holdt på optimal verdi. Det faktum at det angitte forhold er konstant, gjør det mulig å unngå en skalaendring i det anvendte måle-apparat, så vel som enhver variasjon i målenøyaktigheten som funksjon av vanndybden.

En utførelæsform av fremgangsmåten anvender et kjenningssignal som går foran utsendelsen av bølgetogene, idet kjen-ningssignalets ekko lett identifiseres under mottakningsperioden, og i tidsintervallet mellom to suksessive utsendelser av bølgetog å anordne lytteintervall for å detektere det eventuelle ekko av kjenningssignalet og for å åpne eller innlede mottakningsperioden for denne eventualitet.

Oppfinnelsen skal forklares nærmere i den følgende beskrivelse under henvisning til teg-

nlngene, av hvilke:

Fig. 1 viser stillingen av en sendestråle av akustiske bølger i forhold til et fartøy i et spesielt anvendelsesekaempel på et sjøgående fartøy, Fig. 2 viser tidsdlagrammet for en sende/mottaknings-syklus i henhold til en første variant av fremgangsmåten, Fig. 3 viser tidsdiagrammer for en sende/mottaknings-syklus ifølge en annen og foretrukken variant av fremgangsmåten, Fig. 4 viser beliggenheten av sendefrekvensen for bølgetog og beliggenheten av sendefrekvensen for kjenningssignalet i frekvensbåndet for dender- og mottakertransduserne eller -svingene, Fig. 5 viser skjematisk anordningen for utførelse av den variant av fremgangsmåten som er vist på fig. 5, Fig. 6 viser tidsdiagrammer for diverse signaler som frembringes for koordinering av de funksjoner som utføres av anordningen på fig. 5, Fig. 7 viser tidaliagrammer for signaler frembrakt av de elementer og komponenter som utgjør en koordineringsanordnig som vist på fig. 8, Fig. 8 viser skjematisk de elementer og komponenter som utgjør en koordineringsanordning for de funksjoner som utføres av anordningen på fig. 5.

På fig. 1 ses stillingen av sendestrålen i forhold til det anvendte fartøy. Sendelobens akse er orientert på skrå i forhold til vertikalen oz og er f.eks. rettet forover i forhold til far-tøyet.

Med B betegnes den vinkel som ligger mellom retningen av sendestrålen og vertikalen, mens f er projeksjonen av hastighets-vektoren av fartøyet langs sendestrålens akse.

Det skal bemerkes at hvis Af er avvikelsen mellom frekvensen av de utsendte akustiske bølger og frekvensen av de bølger som blir mottatt etter refleksjon, står f i følgende relasjon til denne avvikelse:

hvor \ er bølgelengden av de ultralydbølger som utsendes 1 vannet. Projeksjonen / er lik V sin(3, hvilket fører til at fartøyets hastighet er bestemt av Af gjennom følgende relasjon:

I

under hensyntagen til ligning (l).

Det kan anvendes flere" sendersvin^e^e^ojj raottakersvingere festet på et skipsskrog i det spesielle/av anvendelse av anordningen på et sjøgående fartøy. De separate eller kombinerte sender- og mottakersvingere kan f.eks. plasseres på kjent måte sym-metrisk i forhold til vertikalen, idet to av disse plasseres i planet gjennom rullingsaksen og to andre i planet gjennom stam-plngsaksen.

En første variant av fremgangsmåten skal beskrives under henvisning til fig. 1 og 2.

Når den vertikale avstand Z mellom fartøyet og den overflate som reflekterer bølgene, er kjent, f.eks. ved hjelp av et ekkolodd, innstilles varigheten Tg av utsendelsen, slik at:

hvor TAR representerer varigheten av de akustiske bølgers forplantning frem og tilbake langs strållngsaksen,og c er forplant-ningshastigheten for lyd i vann.

Sendefasen E omfatter utsendelse av et bølgetog EQ med frekvens f med et forangående kjenningssignal E+. hvis frekvens kan være lik eller forskjellig fra f og ligger i passbåndet for sender- og mottakersvingerne eller -transduserne. Dette kjenningssignalet Efc kan med fordel sammensettes av en kombinasjon av flere frekvenser f'^ <f>'2,<f1>^ .... f'n i henhold til en kode eller en kontinuerlig modulasjon.

Mottakerne blir ikke aktivert eller gjort følsomme før

fra det øyeblikk som er definert ved T£ +AT . Under tidsintervallet AT ankommer det på mottakerne parasittsignaler som er resultatet av nærliggende ekkoer, så som ekkoer frembrakt ved refleksjoner i vannoverflaten, på skroget eller eventuelt på en kappe eller kuppel som beskytter transduserne, og likeledes av direkte utsendelser som skriver seg fra sendere og som skyldes spor eller ettervirkninger av de utsendte bølgetog.

Fra og med mottakningen av kjenningssignalet innkobles en måleinnretnlng i mottakerkretsene under et tidsintervall bestemt av:

Under et ytterligere tidsintervall AT oppfanges ved mottakning alle ekkoer av utsendte bølger langs forskjellige akser avvikende fra hovedaksen for sendestrålen. Denne siste har en åpningsvinkel som ikke er lik null, og omfatter sekundære .lober beliggende på den ene og på den annen side av hovedloben. De bølger som utsendes i retninger omfattet av disse sekundære lober, blir underkastet Doppler-frekvensforskyvninger som er forskjellige fra dem som observeres for de bølger som utsendes langs hovedaksen, og bidrar til den statistiske måling av hastigheten eller forskyvningen av fartøyet.

Under tidsintervallet T«, detekterer måleinnretningen den frekvensforskyvning som skyldes Doppler-effekten, ved hjelp av synkron deraodulasjon og teller f.eks. det antall ganger som dette signal har en amplitude lik null.

Sendeperioden, som har en varighet lik Tg, etterfølges

av det ytterligere eller venteintervallet AT og mottakningsinter-vallet Trø beregnet ved hjelp av ligning (l) ut fra nøyaktige målinger foretatt i Tg og^T. Mottakningsinteryallet for to suksessive utsendelser er således:

under hensyntagen til ligning (4).

I korthet innebærer den første variant av fremgangsmåten følgende operasjoner: Sendeperioden T£ innjusteres til tidsintervallet TAR for de utsendte bølgers forplantning frem og tilbake,

Det utføres måling av Doppler-frekvensforskyvningen på de bøl-ger som blir mottatt etter mottaknlng av kjenningssignalet, Denne måling utføres under et tidsintervall TM som er lik varigheten Tg av sendingen plus det konstante tidsintervall AT, Målingen avbrytes,og en ny sendefase utløses på nytt med en repetisjonsperiode lik det dobbelte av måletiden TM«

^ Den første variant av fremgangsmåten er blitt forklart under forutsetning av at vanndybden under fartøyet er kjent og muliggjør regulering av varigheten av utsendelsen til en hensikts-

messig verdi.

En annen og foretrukken variant av fremgangsmåten skal i det følgende beskrives under henvisning til fig. 3, og omfatter det tilfelle hvor vanndybden er ukjent og hvor det tidspunkt da de reflekterte bølger ankommer, er usikker eller tilfeldig.

Oppfinnelsen muliggjør på fullstendig automatisk måte følgende: - Forlengelse av sendeperioden inntil begynnelsen av de reflekterte bølgers ankomst og således økning av målenøyaktlgheten til den maksimalt mulige, - Å holde et konstant forhold mellom den effektive varighet av utsendelsen og repetisjonstidsintervallet mellom to suksessive sendefaser eller -perioder.

De forskjellige trinn eller perioder under fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen er som følger: - Det utsendes i et tidspunkt t , som betraktes som nullpunkt for tiden, et kjenningssignal bestående av et første bølge-tog med varighet T, - Etter en eventuell og ikke nødvendig ventetid eller forsin-kelse $ utsendes det et bølgetog E.^ av frekvens fQ under et tidsintervall © (diagram 3a). Denne utsendelse etterfølges av en forsinkelses- eller ventetid /^Ø under hvilken parasltt-ekkoer kan manifestere seg, - Mottakeren gjøres følsom under et tidsintervall T for å detek tere det eventuelle ekko av kjenningssignalet (kurve 3b). I det følgende betegnes tidsintervallet t som overvåkhingstiden.

Verdiene av A© og t innstilles slik at

- Hvis det ikke blir mottatt noe ekko under overvåknings-intervallet eller -tiden t , dvs. hvis dybden er tilstrekkelig til at tidsintervallet TAR for bølgeforplantning frem og tilbake er større enn det tidsintervall som er forløpt siden begynnelsen (tQ) av sendeoperasjonen, utsendes det i tidspunktet 2T + b "et annet bølgetog E2 av frekvens- fQ og varighet 0, - etter avslutningen av denne utsendelse Eg og ventetiden A© aktiveres mottakeren under et nytt overvåkningsintervall -r - hvis ekkoet S' av kjenningssignaltoget blir mottatt under

dette annet overvåkningsintervall T(diagram 3c), avbrytes utsendelsen, og tidsintervallet t for aktivering av mottakerne forlenges med et tillegg Tp som betegner mottakningsperioden eller målevinduet (diagram 3<i), - deretter tilkobles'måleinnretningen som f.eks. teller det antall ganger det mottatte lavfrekvenssignal som blir oppnådd ved synkron demodulasjon av mottatte bølger E', har en amplitude lik null, dvs. det antall perioder av signalet som om-fattes av det effektive måleintervall.

Hvis det ikke blir detektert noe ekko under det annet overvåkningsintervall, blir det utsendt nye bølgetog E^, E^ etc.

Mer generelt betegner n antallet av bølgetog E1, Eg ... En som utsendes etter kjenningssignalet S og med E'-^ E'2 .... E<1> , de mottatte bølgetog. Sendefasen varer (n+1) T +å ,og lengden av målevinduet Tp blir valgt tilstrekkelig til å oppfange de ekkoer som skyldes bølgetog utsendt langs akser som avviker fra hovedaksen.

Repetisjonsintervallet Tjyjp mellom to suksessive sendefaser kan velges lik 3nT, og intervallet Tp beregnes som følger:

Under hensyntagen til at verdien av T^p er lik 3nT, ut-ledes verdien av Tp av ligningen:

Lengden av dette vindu varierer som funksjon av n, dvs. som funksjon av dybden. Det ses at dette vindu har tilstrekkelig varighet til å innbefatte de n ekkoer E<1>^, E<*>2 ... E'n.

Ved den valgte verdi av T^p er" skalafaktoren F definert ved forholdet mellom T^p og den effektive sendetid eller -varighet n© konstant, uavhengig av sendingens varighet og lik:

Den vei som tilbakelegges av fartøyet under repetisjonsperioden T^p, blir oppnådd ved å multiplisere antallet av signa-lets null-gjennomganger, med F, hvilket antall telles i avhengig-het av den effektive sendetid, og deretter med faktoren 2 a^n .

(se ligning (2)).

Det vil lett ses at den oppnådde målenøyaktighet blir desto bedre desto nærmere det effektive sendeintervall nø ligger verdien av repetisjonsintervallet T^gp, dvs. at faktoren F ligger nærmere 3-

Imidlertid kommer man ikke utenom rammen for denne oppfinnelse ved mer generelt å velge et repetisjonstidsintervall T^<gp >som er lik pnT, hvor p er et helt tall større enn 3.

I dette tilfelle kan multiplikasjonsfaktoren k uttrykkes

På fig. 4 betegner fA og fB de frekvenser som avgrenser pass- eller frekvensbåndet'7 for transdusere sentrert på frekvensen fQ som anvendes for sending. Videre betegner fm og f^ frekvensene for de bølger som er utsendt med frekvens f og forskjøvet med maksimal Doppler-effekt, svarende til den største mulige hastighet av fartøyet,og f betegner bredden av det frekvensbånd som er sentrert om f og begrenset av fm og F^.

Frekvensen f' for kjenningsbølgetoget som går forut for sendingen, velges i passbåndet for transduserne eller svingerne,

slik at et frekvensbånd begrenset av f' og f'M og med bredde f sentrert om f' ikke skjærer intervallet f , fM.

På denne måte vil en utsendelse på frekvensen f<1>, som ut-settes for en hvilken som helst frekvensforskyvning, ved mottagningen befinne seg utenfor intervallet fm, fM og er av denne grunn fullstendig identifiserbar.

Identifikasjonen av kjenningssignalet lettes hvis det, slik som i denne anordning, består av n bølgetog,(hVor n er hvilket som helst tall) utsendt samtidig på forskjellige frekvenser (f'^ f'2 .... f' ) valgt med begrensninger identiske med dem som gjelder for valget av f'.

Man kommer imidlertid ikke utenom rammen for denne oppfinnelse ved å velge et annet kjenningssignal, f.eks. et signal med frekvens f eller et frekvensmodulert signal med frekvens f.

o o Beskrivelsen og funksjonen av den foretrukne anordning for utførelse av fremgangsmåten som skjematisk vist på fig. 5, skal illustreres ved hjelp av tidsdlagrammene på fig. 6.

Anordningen omfatter en senderenhet I, en mottakerenhet II, en beregnings- og fremvisningsenhet III og en sekvensenhet IV som koordinerer de forskjellige funksjoner som utføres av disse enheter.

Senderenheten I består på den ene side av n oscillatorer (la, lb .... ln),(hvor n er et hvilket som helst tall) tilforordnet forskjellige frekvenser (f<1->^ f'2f'n) og som frembringer det komplekse kjenningssignal, og på den annen side av en oscillator 2 tilforordnet frekvensen f .

o

Gruppen av oscillatorer la, lb ... ln er gjennom en leder 17 forbundet med sender/mottaker-svingere 3 for ultralyd gjennom et relé'K^. Sekvensenheten IV sender et signal ^ som påvirker reléet under et tidsintervall T og med en repetlsjonsperiode TREP (dia6ram 6a på fig. 6).

Oscillatoren 2 er likeledes forbundet med svingeren 3 gjennom en leder 18 og ved hjelp av et relé Kg. Etter en valgfri forsinkelsestid S styrer sekvensenheten IV ved hjelp av et signal kg den suksessive lukning av reléet Kg med en repetlsjonsperiode T og under intervallene ©. Under disse intervaller blir de n bølge-tog E^, Eg ... En frembrakt (diagram 6b på fig. 6).

Mottakerenheten eller -anordningen II omfatter strømkretser for forsterkning og deteksjon av den frekvensforskyvning som er resultatet av Doppler-effekten.

De elektriske signaler som frembringes av svingeren 3, forsterkes i en høyfrekvensforsterker 4 hvis passbånd er sentrert om frekvensen f og er tilstrekkelig til å videreføre de frekvenser som danner det komplekse kjenningssignal forskjøvet av Doppler-effekten, og deretter forsterkes signalene i en forsterker 5 med styrt eller programmert forsterkning.

Denne siste forsterker kan f.eks. bestå av en operasjons-forsterker av kjent type forsynt med en gruppe tilbakekoblings-motstander med bestemte verdier.

Forsterkningen i forsterkeren 5 styres av en styrespen-ning g (diagram 6h på fig. 5) som leveres av frekvensenheten IV gjennom en forbindelsesleder 21. Spenningen g øker trinnvis fra det øyeblikk det første bølgetog E1 utsendes, inntil det øyeblikk da ekkoet av kjenningssignalet detekteres. Forsterkningen for-blir så konstant inntil det øyeblikk da den etterfølgende sende-sekvens begynner, hvorved forsterkningen vender tilbake til sin minste og opprinnelige verdi. Økningen av forsterkningen bør følge den dempning som funksjon av tiden som de akustiske bølger undergår på sin forplantningsvei i vannet, og spenningen øker i kvantitative trinn som ikke nødvendigvis har konstant høyde.

Utgangen av forsterkeren 5 er forbundet med en synkron demodulator 6 som gjennom en leder 22 mottar oscillasjonen på frekvensen f som frembringes av oscillatoren 2 og frembringer et signal hvis frekvens 3varer til den frekvensavvikelse som er resultatet av Doppler-effekten.

Detektoren 6 er forbundet med en nivåbegrenser 7 som redu-serer parasittamplitudemodulasjonene. Begrenseren 7 kan uten ulempe plasseres etter detektoren 6..

Utgangen av begrenseren 7 er forbundet med to reléer K-^ og K^. Reléet IC^ lukkes av pulser k^ (diagram 6c på fig. 6) som kommer fra frekvensenheten IV gjennom en leder 24. Disse pulser k^ har en varighet r (overvåknlngslntervallet) og leveres av frekvensenheten mellom to suksessive utsendelser E med en repetisjons-perlode T.

Etter reléet K, er det plassert et båndpassfilter 8a som bare slipper gjennom det frekvensbånd som svarer til de demodu-lerte ekkoer av kjenningssignalet.

En energidetektor 9a av kjent type som er koblet til filteret 8a, frembringer en puls r^ (diagram 6e på fig. 6) når den detekterer et signal under en av pulsene k^.

Denne puls føres gjennom en leder 26 til sekvensenheten IV som: a) avbryter avgivelsen av sendepulser k2 og lukkepulser k^ for reléet K^, b) opprettholder forsterkningen i forsterkeren-5 på den oppnådde verdi og hindrer enhver etterfølgende endring av denne, c) styrer lukningen av reléet K^ ved hjelp av en puls k^ (diagram 6f på fig. 6) gjennom lederen 25. Denne puls,som ikke er annet

enn den som svarer til målevinduet, varer inntil slutten av repetisjonsperioden TREp.

Etter reléet K^, er det plassert et lavpassfilter 8b som bare slipper gjennom frekvenser innenfor båndet f , fM (se <f>ig.4). Filteret 8b er forbundet med en null-gjennomgangsdetektor 9b for amplituden av lavfrekvenssignaler.

Telle- og fremvisningsenheten III omfatter for det første en tellerinnretning 10 for horisontal avstand forbundet med detektoren 9'D, hvilken tellerinnretning teller antallet av amplitude-nullgjennomganger detektert under det effektive mottagningstidsintervall n©. Tellerinnretningen 10 er forbundet med et fremvis-ningsorgan 12 ved hjelp av en skalamultiplikator 11 som multipli-serer antallet av null-gjennomganger, for det første med skala-koeffisienten P og for det annet med en koeffisient lik 2 sin /4 (hvor fi> er skråvinkelen for stråler utsendt i forhold til vertikalen, og "X er bølgelengden av de utsendte akustiske bølger), for å angi den horisontale distanse som er gjennomløpet av fartøyet under repetisjonsintervallet T^p.

Enheten III omfatter videre en tellerenhet for bestemmelse av fartøyets avstand til referanseoverflaten. Denne enhet omfatter en tilnærmelsesteller 15 forbundet med sekvensenheten IV gjennom en leder 31, med detektoren 9a gjennom en leder 32 og med utgangsklemmen på sekvensenheten IV som frembringer pulsene kg, ved hjelp av en leder 33* Telleren 15 utløses av en nullstillingspuls (RAZ) avgitt med en periode T^gp ved begynnelsen av hver sendefase og teller antallet av utsendte pulser kg. Denne telling gjør det mulig å bestemme det antall n av bølgetog E1, Eg .... En som utsendes, og følgelig tidsintervallet t^=nT (diagram 6g på fig. 6).

Beregningen blir presisert ved å bestemme det tidsintervall tg (diagram 6g) som ligger mellom utsendelsen av det siste bølgetog'En og mottagningen av ekkoet av det første bølgetog E1 ^, dvs. tidsintervallet mellom pulsen r^ og deteksjonen av E^.

Beregningen utføres ved hjelp av en teller 13 som utløses av pulsen r^ gjennom lederen 32 og stoppes ved ankomsten av signalet E^ i detektoren 9b som den er forbundet med gjennom lederen 27-

Tidsintervallet tg måles ved telling av de pulser som frembringes av en klokke 14 under det tidsintervall da telleren 13 arbeider.

Det resultat som blir angitt i tellerne 15 og 13, blir så overført til et fremvisningsapparat 16 etter multiplikasjon i en skalaomformer 30 som omdanner tidsindikasjonene til indikasjoner av vertikal avstand.

Endelig sikrer lukning av et relé 5^ riktig oppstarting av sekvensenheten IV og nullstillingen av tellerne i anordningen i begynnelsesøyeblikket for operasjonene.

I den beskrevne anordning blir eksempelvis omkoblingene foretatt ved hjelp av elektromagnetiske reléer K.^, Kg, IC^ og K^. Det kan selvsagt anvendes også elektroniske reléer eller omkob-elre uten å komme utenom rammen for oppfinnelsen.

Funksjonen av sekvensenheten IV skal illustreres ved hjelp av tidsdiagrammene på fig. 7.

Den på fig. 8 skjematisk viste sekvensenhet IV omfatter for det første en tidsbasisgenerator bestående av en oscillator 34 som frembringer et sinussignal som blir gitt rektangulær form i en klippekrets 35 hvis utgang er forbundet med en frekvensdele^-krets 36. Det 3ignal som frembringes på utgangen av denne krets, (diagram 7a) tjener som tidsbasis for fire generatorer 37, 38, 39 og 40.

Generatoren 37 genererer en puls k.^ med bredde T og med en repetisjonsperiode T^p (diagram 7c).

Generatoren 38 genererer en puls med bredde 2T og med en repetisjonsperiode T^gp (diagram 7f).

Generatoren 39, som er selvoppholdende ved hjelp av en tilbakekoblingssløyfe, genererer en puls © (t) med bredde © og med en repetisjonsperiode T (diagram 7d).

Generatoren 40, som likeledes er seloppholdende, genererer en puls ©(t-r ) med bredde © og med repetisjonsperiode T (diagram 7e) forskjøvet med en størrelse T i forhold til den som er vist på diagram 6d.

De separate generatorer 37 og 38 kan erstattes med en eneste generator som på to forskjellige utganger levererer to pulser T og 2T.

Likeledes kan de separate generatorer 39 og 40 erstattes med en eneste generator som på to forskjellige utganger frembringer de respektive signaler ©(t) og ©(t- j).

Den første puls EQ i signalet ©(t) utsendes med en for-sinkelse h i forhold til utgangstidspunktet. For enkelhets skyld er denne forskyvning & holdt lik T.

Generatoren 37 styrer under et intervall T fra utgangstidspunktet lukningen av'reléet K^ og utsendelsen av kjenningssignalet.

Det konjugerte signal k^ av det signal som utsendes av generatoren 37,og det signal som leveres av generatoren 39 > blandes i en OG-port 41 som frembringer det repeterende signal kg hvis fremre flanke begynner ' i tidspunktet T+ S etter utgangstidspunktet (diagram 7g).

Signalene 2T og ©(t), som er konjugerte av de signaler som frembringes av generatorene 38 og 39* blandes i en OG-port

42 med det signal e(t-T) som leveres av generatoren 40.

Signalet k^ på utgangen av OG-porten 42 foreligger i form av en puls med bredde Q og med repetisjonsperiode T (diagram 7h). Det brukes til å energisere reléet under overvåkningsperiodene.

Signalet 2T, som er det konjugerte av det signal som leveres av generatoren 38, blandes i en OG-port 43 med det signal G(t) som frembringes av generatoren 39. Denne OG-port leverer et signal i form av en puls med bredde G og med repetisjonsperiode T samt forskjøvet med et tidsintervall 2T+ b i forhold til utgangstidspunktet, dvs. samtidig med utsendelsen av pulsen Eg. Hvis n er antallet av utsendte pulser E (n er lik 2 på fig. 8), vil OG-porten 43 avgi (n-l) pulser.

Sekvensenheten omfatter likeledes en bistabil multivibrator 45 hvis ene utgang er forbundet med inngangene på OG-portene 41, 42 og 43 gjennom en leder 451 og hvis annen utgang energiserer reléer K^ gjennom en leder 452.

Denne multivibrator 45 påvirkes av utgangssignalet fra en OG-port 44 som styres ved samtidig ankomst av signaler k^ og r-^ (diagram 7j).» frembrakt henholdsvis av portkretsen 42 og av detektoren 9a (fig. 5) i det øyeblikk kjenningssignalet ankommer (diagram 7j).

Når multivibratoren 45 er påvirket, lukkes OG-portene 41, 42 og 43 hvorved avslutningen av sendefasen blir bevirket, og

reléet K^, lukkes likeledes, hvilket markerer begynnelsen av mot-takningsvinduét (diagram 7k).

For enkélhets skyld er forsinkelsen b gitt en verdi lik ©. Den første puls i signalet ©(t-r), som vist på diagram 7e, har en bredde ©, mens begynnelsen av den annen puls og slutten av signalet k^ faller sammen,og begynnelsen av den tredje puls og avslutningen av signalet 2^ likeledes faller sammen (diagram 71').

I dette tilfelle har sendeperioden som ligger mellom utgangstidspunktet og begynnelsen av målevinduet, en varighet lik (n+l)T. Mottakningsperioden og dermed målevinduet må vare i en tid lik (2n-l)T for å oppnå en mottakningsperiode T^gp = 3nT.

Dette tidsintervall frembringes av en enhet forbundet med utgangen av portkretsen 43 og omfatter i rekkefølge en teller 46 i hvilken de (n-l) signaler E telles, en multiplikator 47 som frembringer et signal svarende til (2n-2)E på sin utgang og en

'addlsjonskrets 48 som systematisk adderer en puls ved slutten av tellingen og på sin utgang frembringer et signal svarende til

(2n-l)E. Generatoren 39 er gjennom en leder 391 forbundet med en teller 49 ved hjelp av en OG-port 51 som åpnes i tidspunktet (n+l)T av signalet r-^ En teller Cg teller de suksessive signaler E frembrakt av generatoren 39*

En koinsidenskrets 15 koblet mellom « addisjonskretsen 48 og telleren 49, frembringer et nullstillingssignal (RAZ) som vist på diagram 7b når telleren 49 har tellet et antall pulser E =(2n-l). Dette signal RAZ tilbakestiller tellerne 46 og 49 til null over ledere 501 og 502 og over en leder 503,gjennom en ELLER-port 52 innstilles den bistabile multivibrator 45 på slik måte at reléet K^ åpnes og OG-portene 4l, 42 og 43 frigjøres.

Nullstillingssignalet leveres til de fire generatorer 37» 38, 39 og 40 gjennom en leder 531 og gjennom en OG-port 53 for bestemmelse av begynnelsestidspunktet for en ny sende- og mottak-nlngssyklus.

De to ELLER-porter 52 og 53 er likeledes koblet til et relé 54 hvis lukning bevirker utløsning og nullstilling av de forskjellige tellere ved begynnelsen av operasjonene.

Sekvensenheten IV omfatter endelig en strømkrets for å frembringe et forsterkningsprogram i kvantitative trinn, forbundet med forsterkeren 5 gjennom lederen 21 (fig. 5).

Denne krets omfatter en digital/analog-omformer 54 forbundet med utgangsklemmen av telleren 46 og en forsterkningsprogram-generator 55 koblet til utgangen av omformeren.

Disse to elementer frembringer et forsterkningsprogram hvis variasjoner skjer i suksessive tidspunkter da OG-porten 43 leverer pulser.

Den måte hvorpå avgrenlngen av denne krets skjer, er ikke begrensende. I henhold til det valgte forsterkningsprogram forbindes denne krets med et punkt i anordningen hvor det frembringes n eller (n+l) pulser under sendefasen alt etter hvorvidt det ønskes om forstérkningen øker fra utsendelsen av det første bølgetog E.^ eller fra utsendelsen av kjenningssignalet.

Oppfinnelsen er beskrevet for det spesielle tilfelle hvor målingen- av frekvensforskyvningen skjer på akustiske bølger utsendt fra et fartøy som beveger seg i eller på vann. Det ligger innenfor oppfinnelsens ramme å anvende denne f.eks. på et fartøy som beveger seg i hvilket som helst miljø og ved utnyttelse av elastiske bølger eller elektromagnetiske bølger.

Claims (18)

1. Fremgangsmåte for bestemmelse av den distanse som gjennomløpes av et fartøy i -forhold til en referanseoverflate, omfattende en sendeperiode for bølger med bestemt frekvens mot den nevnte overflate og langs en skråttliggende retning i forhold til vertikalen, en mottakningsperiode for bølger reflektert fra den nevnte overflate, under hvilken periode de mottatte bølger omdannes til elektriske pulser, og den distanse som er gjennom-løpet, beregnes ved anvendelse av differansen mellom frekvensen av de utsendte bølger og frekvenser av de mottatte bølger,karakterisert ved at: a) det utsendes en sekvens bestående av n bølgetog som hvert har en konstant varighet 0 og en forutbestemt repetisjonsperiode T, b) sendeperioden avbrytes tilnærmet ved ankomsten av de bølger som reflekteres fra overflaten, idet antallet n av utsendte bølgetog er et helt tall, c) sendeperioden etterfølges av en mottakningsperiode hvis varighet avhenger av tallet n, og d) det opprettholdes et konstant forhold mellom repetisjonsperioden TREp for to etterfølgende sendesekvenser og det effektive sendetidsintervall nø for den nevnte sekvens, hvilket forhold er uavhengig av tallet n.
2. 2. Fremgangsmåte ifølge krav 1,karakterisert ved at det under sendeperioden foretas utsendelse av et kjenningssignal font for sendesekvensen av bølgetogene.
3. 3. Fremgangsmåte ifølge krav 2, karakterisert ved at kjenningssignalet har en varighet T som er lik repetisjonsperioden for bølgetogene.
4. 4. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at forholdet mellom repetisjonsperioden og det effektive sendetidsintervall nø er proporsjonalt med forholdet mellom repetisjonsperioden T for to etter hverandre følgende bøl-getog og varigheten 0 av hvert bølgetog.
5. 5. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at forholdet mellom repetisjonsperioden og det effektive sendetidsintervall nø er lik tre ganger forholdet mellom repetisjonsperioden T for to etter hverandre følgende bølge-tog og varigheten 0 av hvert bølgetog.
6. 6. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at det innføres et mottagningstidsintervall mellom sendetidsintervallene for to etter hverandre følgende bølgetog for deteksjon av ankomsten av ekkoet av de utsendte bølgetog.
7. 7. Fremgangsmåte ifølge krav 2, karakterisert ved at det innføres et mottakningstidsintervall mellom tidsintervallene for utsendelse av to etter hverandre følgende bølgetog for deteksjon av ankomsten av ekkoet av kjenningssignalet og ved at mottakningsperioden igangsettes etter deteksjon av ekkoet av det nevnte signal under det nevnte intervall.
8. 8. Fremgangsmåte ifølge krav 7, karakterisert ved at kjenningssignalet har en varighet T som er lik repetisjonsperioden for to etter hverandre følgende bølgetog.
9. 9. Anordning for utførelse av fremgangsmåten ifølge krav 1, omfattende en senderenhet for et helt antall bølgetog med bestemt varighet og repetisjonsperiode, en mottakerenhet,

   en måleenhet for avstand og en sekvensenhet for å koordinere de operasjoner som utføres av de nevnte enheter, karakterisert ved at: a) senderenheten omfatter en oscillator for frembringelse av bølgetog, i det minste en oscillator for frembringelse av et kjenningssignal og kommuterings- eller koblingsinnret-ninger som i rekkefølge setter oscillatorene i elektrisk forbindelse med i det minste en sendesvinger, b) mottakerenheten omfatter en demodulasjonskjede, forbundet med en mottakersvinger og innrettet til å frembringe signaler med frekvens lik differansen mellom frekvensene av de utsendte og de mottatte bølger, en deteksjonskjede for kjenningssignalet som på intermitterende måte forbindes med demodulasjonskjeden under de nevnte mottakningstidsinterval-ler ved hjelp av en første omkoblingsinnretning styrt av sekvensenheten og en deteksjonskjede for de mottatte bølge-tog forbundet med demodulasjonskjeden under mottakningsperioden ved hjelp av en annen omkoblingsinnretning styrt av sekvensenheten, og c) måleenheten omfatter telleinnretninger og omformningsinnretninger for den. nevnte frekvensdifferanse til enheter for den distanse som er gjennomløpet, koblet til utgangen av deteksjonskjeden for mottatte bølgetog.
10. 10. Anordning ifølge krav 9, karakterisert ved at deteksjonskjeden for mottatte bølgetog omfatter en detek-tor for gjennomgang av en amplitudeverdi lik null for de oscil-lasjoner som utgjør de nevnte bølgetog.
11. 11. Anordning ifølge krav 9, karakterisert ved at sekvensenheten er forbundet med utgangen av deteksjonskjeden for kjenningssignalet og omfatter styreinnretninger for ved mottakningen av det nevnte signal å aktivere den nevnte deteksjonskjede for mottatte bølgetog.
12. 12. Anordning ifølge krav 9, karakterisert ved at den omfatter en tellerenhet for å måle det tidsintervall som ligger mellom de respektive begynnelsestidspunkter for utsendelsen og mottakningen av det første utsendte bølgetog.
13. 13. Anordning ifølge krav 12,karakterisert ved at tellerenheten omfatter en første teller styrt av sekvensenheten og forbundet med utgangskiemmen på deteksjonskjeden for kjenningssignalet for måling av det tidsintervall som ligger mellom begynnelsestidspunktet for måleperioden og det tidspunkt da det første bølgetog utsendes, en annen teller forbundet med utgangsklemmen av deteksjonskjeden for kjenningssignalet og utgangskiemmen av deteksjonskjeden for de mottatte bølgetog, for å måle det tidsintervall som ligger mellom mottakningstidspunktet for det første utsendte bølgetog og begynnelsestidspunktet for måleperioden, og summerings- og omformningsinnretninger for de nevnte intervaller til distanseenheter, forbundet med utgangsklemmen på de to tellere.
14. 14. Anordning ifølge krav 9, karakterisert ved at demodulasjonskjeden omfatter en forsterker med variabel forsterkning forbundet med sekvensenheten, og omfattende en krets for frembringelse av et program for økende forsterkning i form av trinn i de tidspunkter da de suksessive bølgetog utsendes.
15. 15. Anordning ifølge krav 9, karakterisert ved at deteksjonskjeden for kjenningssignalet omfatter en signal-detektor som frembringer en puls ved mottakning av det nevnte kj enningssignal.
16. 16. Anordning ifølge krav 9, karakterisert ved at sekvensenheten omfatter innretninger for frembringelse av signaler med varighet T og signaler med varighet 2T med en repetisjonsperiode Trø, , innretninger for frembringelse av et første repeterende signal med varighet 9 og repetisjonsperiode T og et annet med det sistnevnte signal identisk signal som er forsinket med et tidsintervall lik det nevnte mottakningstidsintervall, innretninger for kombinasjon av signaler med varighet T og det første repeterende signal som frembringer et første styresignal for den omkoblingsinnretning som er tilforordnet oscillatoren for utsendelse av bølgetog, innretninger for kombinasjon av signalene med varighet T og 2T med det annet repeterende signal,

    for frembringelse av et annet styresignal for den omkoblingsinnretning som er tilforordnet det nevnte deteksjonskjede for kjen-ningssignalene, innretninger for kombinasjon av signalet med varighet 2T og det første repeterende signal for frembringelse av

    et tredje repeterende styresignal, med repetisjonsperiode T og som begynner i tidspunktet for utsendelse av det annet bølgetog, et blokkeringssystem styrt ved ankomsten av kjenningssigbalet for blokkering eller sperring av de nevnte innretninger for kombinasjon og styring av lukningen av den omkoblingsinmÉtning som er tilforordnet deteksjonskjeden for mottatte bølgetog, et apparat som avgir en tilbakeskyvningspuls i det tidspunkt da måleperioden avsluttes, forbundet med utgangsklemmen av kombinasjons-innretningen som frembringer det tredje styresignal, og innretninger som likeledes er forbundet med denne siste utgangsklemme, for frembringelse av et forsterkningsprogram som varierer i tids-punktene for utsendelse av det tredje styresignal.
17. 17. Anordning ifølge krav 16, karakterisert ved at det apparat som leverer tilbakeskyvnings- eller tilbake-stillingspulsene, omfatter en første teller som summerer antallet av suksessive pulser i det tredje styresignal, en multiplikator forbundet med den første teller og innrettet til å fordoble det angitte antall pulser, en addisjonskrets forbundet med multipli-katoren for subtrahering av en puls, en annen teller forbundet med innretninger for frembringelse av det første repeterende signal gjennom en OG-port som frigjøres eller avblokkeres ved ankomsten av kjenningssignalet, en koinsidenskrets forbundet med utgangsklemmen av addisjonskretsen og med utgangsklemmen av den annen teller for sammenligning av det antall pulser som er angitt i den annen teller og det antall pulser som leveres på utgangsklemmen av addisjonskretsen, hvilken koinsidenskrets frembringer de

    nevnte tilbakeskyvnings- eller tilbakestillingspulser i tilfelle av koinsidens.
18. 18. Anordning ifølge krav 16, karakterisert ved at blokkeringssystemet omfatter en bistabil multivibrator som har en utgangsklemme forbundet med inngangsklemmene på de nevnte innretninger for kombinasjon og en utgangsklemme forbundet med den omkoblingsinnretning som er tilforordnet deteksjonskjeden for bølgetog, hvilken multivibrator påvirkes av tilbake-stillingssignalet og av detektoren for kjenningssignalet.