DE2443104C2

DE2443104C2 - Vorrichtung zur Bestimmung der Fortpflanzungsrichtung einer ebenen Welle

Info

Publication number: DE2443104C2
Application number: DE2443104A
Authority: DE
Inventors: Anne-Marie Paris Faugeras; André Sceaux Lambert
Original assignee: Compagnie Industrielle de Telecommunication CIT Alcatel SA
Current assignee: Alcatel CIT SA
Priority date: 1973-09-11
Filing date: 1974-09-09
Publication date: 1983-12-01
Also published as: NL7412083A; FR2243447B1; DE2443104A1; US3947805A; FR2243447A1; CA1031446A; GB1474530A

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Bestimmung der Fortpflanzungsrichtung einer ebenen Welle gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Eine solche Vorrichtung ist aus der DE-OS 20 29 712 bekannt

Zur Bestimmung der Fortpflanzungsrichtung einer ebenen Welle in einem isotropen Milieu wird häufig eine Methode verwendet, bei der nur festgestellt wird, ob diese Fortpflanzung in einer vorbestimmten Richtung oder in einer von mehreren vorbestimmten Richtungen erfolgt

Gemäß der genannten Offenlegungsschrift werden Detektoren verwendet, die analoge Signale liefern, welche nach binärer Verschlüsselung zu Zeitpunkten abgetastet werden, die den angenommenen Zeitpunkten des Durchgangs der ebenen Welle in Höhe jedes der Detektoren entspricht, wenn die Welle sich entlang der vorbestimmten Richtung ausbreitet

Die abgetasteten Signale werden dann addiert und ergeben einen Wert, der für den Abstand der wirklichen Richtung zur vorbestimmten Richtung charakteristisch ist

Die so für jede der vorbestimmten Richtungen erhaltenen Werte werden untereinander verglichen; dabei entspricht der höchste Wert der Richtung, die am besten mit der wirklichen Ausbreitungsrichtung der Welle zusammenfällt

Solche Vorrichtungen werden beispielsweise bei der U-Boot-Aufspürung eingesetzt

Bei der Verwendung einer geradlinigen Basis mit P gleichmaßig verteilten Ortspunkten, von denen N mit einem Detektor besetzt sind, sind die Dauern zwischen den Abtastaugenblicken der von zwei aufeinanderfolgenden Ortspunkten stammenden Signale gleich, wobei ein Ortspunkt ohne Detektor als Lieferant eines Dauer-Nullsignals betrachtet wird.

Die Abtastzeitpunkte für eine gegebene Ausbreitungsrichtung der ebenen Welle werden durch einen Taktgeber bestimmt, der eine Rihe von Impulsen der Periode mc liefert, wobei τ die Mindestperiode ist, die erzeugt werden kann, und m eine ganze positive Zahl ist.

Um eine Messung relativ zu einer gegebenen Richtung durchführen zu können, müssen die Signale von den P Ortspunkten abgetastet und ihre Summe gebildet werden, so daß mit herkömmlichen Vorrichtungen die Meßperiode gleich P ■ nrv ist.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung ermöglicht es, diese Meßperiode auf den Wert Pu herabzusetzen.

Außerdem sollen durch die Erfindung die Addierer zur Summenbildung an Zahl verringert und vereinfacht werden. Dies wird durch eine Vorrichtung, die die Merkmale des Kennzeichens des Hauptanspruchs aufweist, erreicht. Bezüglich von Merkmalen bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung wird auf die Unteransprüche verwiesen.

In der erfindungsgemäßen Vorrichtung haben die Abtastimpulse eine Frequenz von 1/τ und nicht von

— , wie im Stand der Technik, so daß während der für mi

eine Messung in einer bestimmten, dem Kanal m entsprechenden Richtung notwendigen Zeit das aus jedem der Ortspunkte der Basis stammende Signal /η-mal abgetastet wird und nicht lediglich ein einziges Mal.

Durch eine geeignete Ordnung der Abtastproben in den Zellen des Speichers ist es also möglich, m Messungen mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung während derselben Zeit durchzuführen, die für nur eine Messung durch die dem Stand der Technik entsprechende Vorrichtung notwendig ist.

In der nachfolgenden Beschreibung an Hand eines in

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der einzigerr Figur schematisch dargestellten Ausführungsbeispiels wird die Erfindung genauer erläutert

Die erfindungsgemäße Vorrichtung weist eine geradlinige Basis 1 mit fin gleichen Abständen voneinander angeordneten von 1 bis P numerierten Ortspunkten wie beispielsweise 2 auf, wobei P eine Primzahl ist, die im ausgewählten Beispiel gleich 5 ist

N dieser Ortspunkte sind mit einem Detektor wie beispielsweise 3 versehen, die übrigen nicht; im ausgewählten Beispiel ist N gleich 4 und der fünfte Ortspunkt ist teer.

Jeder dieser Detektoren 3 ist mit seinem Ausgang an einen Eingang eines Binärkodierers 4 mit P Eingängen angeschlossen, denen P Ausgänge entsprechen. An der Speicherstelle, die nicht mit einem Detektor besetzt ist, wird ein Null-Ausgang simuliert Die P Ausgänge des Kodierers 4 führen zu P Eingängen einer Abtastvorrichtung 5, deren Ausgang 6 mit dem Eingang einer Schleife 7 in Verbindung steht Die Schleife 7 enthält einen Addierer 8 mit zwei Eingängen 9 und 10, von denen der erste Eingang 9 an den Ausgang 6 der Abtastvorrichtung 5 und der zweite Eingang 10 an den Ausgang einer aus (m— 1) in Reihe geschalteten Speicherzellen 12 gebildeten Verzögerungsleitung 11 angeschlossen ist wobei m eine ganze positive Zahl ist die im ausgewählten Beispiel gleich 3 ist.

Der Eingang der ersten Zelle ist mit dem Ausgang des Addierers 8 und der Ausgang der letzten Zelle ist mit dem zweiten Eingang 10 des Addierers 8 verbunden.

Die Zellen 12 und der Addierer 8 werden durch einen Taktgeber 13 gesteuert, der eine Impulsfolge der Frequenz 1/τ liefert. Dieser Taktgeber steuert ebenfalls die Abtastvorrichtung 5.

Die Abtastvorrichtung 5, der Addierers 8 und die m— 1 Speicherzellen umfassende Schleife 7 bilden einen Kanal 14.

Die P Ausgänge des Kodierers 4 sind mit mehreren weiteren Kanälen verbunden. In der Figur wird ein zweiter Kanal 14' mit einer Abtastvorrichtung 5' und einer Schleife T mit einem Addierer 8' und (m'—l) Speicherzellen 12' (im Beispiel ist m'=6) dargestellt; ein

Tabelle I

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30 dritter Kanal 14" umfaßt eine Abtastvorrichtung 5" und eine Schleife 7" mit (m"-\) Speicherzellen 12" und einem Addierer 8" (im Beispiel ist m "= 5).

Alle diese Abtastvorrichtungen und Schleifen der verschiedenen Kanäle werden durch den Taktgeber 13 gesteuert

Die erfindungsgemäße Vorrichtung arbeitet folgendermaßen:

Trifft eine ebene Welle V aus einer Richtung Dein, so werden die Ortspunkte 1, 2, 3, 4 und 5 nacheinander betroffen. Jeder der Detektoren 3 liefert ein Analogsignal, das einem der P Eingänge des Binärkodierers 4 zugeführt wird. Das vom fünften Ortspunkt gelieferte Signal ist natürlich Null.

Die aus dem Kodierer 4 stammenden Binärsignale werden auf alle Kanäle geleitet

Im Kanal 14 werden die von den P Ortspunkten kommenden Signale nach binärer Verschlüsselung der Abtastvorrichtung 5 zugewiesen, die durch den Taktgeber 13 gesteuert wird.

Die verschiedenen Ausgänge des Kodierers 4 werden mit der Frequenz \Ιτ und in einer bestimmten Ordnung, die nachfolgend genauer angegeben wird, abgetastet.

Die verschiedenen Abtastproben, die durch einen Takt voneinander getrennt sind, treffen sequentiell auf dem Ausgang 6 ein und werden dem Eingang 9 des Addierers 8 zugeführt. Der Addierer 8 und die Speicherzellen 12 werden durch den Taktgeber t3 gesteuert und die aus den Abtastproben aller Taktperioden gebildete Information wird je Takt um ein Element in der Schleife 7 verschoben. Wenn so die Ausgänge des Kodierers 4 in einer bestimmten Ordnung abgetastet werden, kann man am Ausgang des Addierers 8 die Summe der an jedem dieser Ausgänge zu Zeitpunkten, deren Abstand voneinander im beträgt, entnommenen Aotastproben erhalten.

Im ausgewählten Beispiel beträgt für den Kanal 14 /η=3. Die Ausgangswerte werden in der Ordnung 1 3,5, 2,4,1,3,... entsprechend den Speicherstellen 1,3,5,2,4, 1,3, ...entnommen.

Orts- Zeitpunkte

punkte

11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23

In der obigen Tabelle werden horizontal die verschiedenen Abtastzeitpunkte, die jeweils den Abstand τ aufweisen, und senkrecht die Nummern der Ortspunkte eingetragen.

Im Addierer liegt zum Zeitpunkt »1« das vom ersten Ortspunkt stammende Signal vor; zum Zeitpunkt »4« wird das vom zweiten Ortspunkt stammende Signal auf den Eingang 9 des Addierers und das vom ersten Ortspunkt stammende Signal, das die Speicherzellen 12 durchlaufen hat, auf den Eingang 10 gegeben, so daß man am Ausgang des Addierers die Summe der um 3 τ auseinanderliegenden, dem ersten und dem zweiten Ortspunkt entsprechenden Signale erhält. Zum Zeitpunkt »7« liefert der Addierer die Summe der dem ersten, zweiten und dritten Ortspunkt entsprechenden Signaie, die zu 3 τ auseinanderliegenden Zeitpunkten abgetastet wurden.

Zum Zeitpunkt »13« liefert der Addierer die Summe S3 der allen fünf Ortspunkten entsprechenden Signale, die zu 3 r auseinanderliegenden Zeitpunkten abgetastet

wurden, bevor der Zähler auf Null zurückgestellt wird. Eine neue Summe 53 der den fünf Ortspunkten entsprechenden Signale wird zum Zeitpunkt »18«, dann zum Zeitpunkt »23« usw. erhalten, d. h., daß sich alle 5 ν eine Summe 53 ergibt.

Allgemein gesprochen liefert der Addierer jeweils im Abstand P - τ ein Summensignal 53 für die aus den P Ortspunkten kommenden Signale, bevor er auf Null zurückgestellt wird. Zu diesem Zweck werden die von den von 1 bis P numerierten Ortspunkten stammenden Signale in folgender Reihenfolge abgetastet: 1, \+R, \+2R, ... \ + WR (W= ganze positive Zahl), wobei 1 + WR in einem Zahlensystem der Basis Z⁵gezählt wird und /?den folgenden Formeln entspricht:

wenn m<P, mR=q P+l; (q=ganze positive Zahl oder Null) (3)

wenn m> P und von BP verschieden (B= ganze positive Zahl), so lautet die R ergebende Formel

Tabelle II

Diese letztgenannte Formel wird nachfolgend auf den Kanal 14' angewendet, für den m = 6 ist und dessen Schleife T also 5 Speicherzellen 12' nach dem Addierer 8' aufweist.

Die Abtastvorrichtung 5' und die Schleife T werden durch den Taktgeber 13 gesteuert; da m größer als P ist, wird die Formel (2) angewandt, dabei ist m=6, P—5; wird <7=0 gewählt, so erhält man für A= 1.

Dies bedeutet, daß die aus den P Ausgängen des Kodierers 4 stammenden Signale in folgender Ordnung

abgetastet werden müssen: 1, 2, 3, 4, 5 1,2 was den

Ortspunkten 1,2,3,4,5,1,2,... entspricht.

Erstellt man erneut die Tabelle mit den Abtastzeitpunkten und den abgetasteten Speicherstellen, so zeigt sich, daß ein Summensignal 56 für die Abtastproben, die den aus den fünf Ortspunkten kommenden Signalen zu 6r auseinanderlegenden Zeitpunkten entnommen werden, alle 5 r am Ausgang des Addierers 8' erhalten wird.

Ortspunkte

Zeitpunkte
12 3 4

7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25

Für m=P„ d.h. im ausgewählten Beispiel für m=5, nimmt man für P die nächste über fliegende Primzahl, so daß man in diesem Falle m</"erhält; in diesem Fall wäre P'= 7. Es genügt, der Basis fiktiv zwei Ortspunkte, d. h. einen sechsten und einen siebten Ortspunkt (in der Figur gestrichelt dargestellt) ohne Detektor hinzuzufügen, die Nullsignale liefern. Durch Einsetzen von P' in die Formel (1) ergibt sich mR=qP'+\; bei q=2 ist K=3.

Nun sind die Ortspunkte wie folgt abzutasten: 1,4,7,3, 6,2, 5,1,4,.., um alle 7 τ am Ausgang des Addierers 8" des Kanals 14", der m=5 entspricht, d. h. der 4 Zellen 12" enthält, ein Summensignal 55 zu erhalten.

Allgemeiner gesagt nimmt man bei m= PB(BiSt eine ganze positive Zahl) für "'die über Fliegende Primzahl und fügt fiktiv P'- P Ortspunkte ohne Detektor zur Basis nach den POrtspunkten Ortspunkten hinzu.

Die P' Ortspunkte werden in der Abtastvorrichtung des Kanals PB in der Reihenfolge 1, 1 + R,.., 1 + WR (W ist eine ganze positive Zahl) abgetastet, wobei 1 + WR in einem Zahlensystem auf der Basis /"gezählt wird und /?der folgenden Formel entspricht: wenn BP< P': BPR=qP'+1
wenn BP> P': (B-1) PR= qP'+1 (q ist eine ganze positive Zahl oder Null).

Im allgemeinen Fall, bei dem m verschieden von fist und die P Ortspunkte sequentiell ohne Ausnahme abgetastet werden müssen, muß die Primzahl so gewählt werden, daß sich für jeden beliebigen Wert von m für P und mais größter gemeinsamer Teiler 1 ergibt

Jeder Kanal kann in Form einer Karte hergestellt werden, wobei jede Karte eine Abtastvorrichtung und eine aus einem Addierer und einer Verzögerungsleitung mit m— 1 Zellen gebildete Schleife umfaßt.

Unter Bezugnahme auf Tabelle II sieht man, daß jeder Abtastvorrichtung, wie beispielsweise der Vorrichtung, die die Abtastung der Ortspunkte in folgender Ordnung ermögliche 1, 2, 3, 4, 5, 1, 2,... (wie beispielsweise 5'), zwei Schleifen zugeordnet werden können, eine Schleife wie die Schleife T mit 5 Speicherzellen, mit der eine Summe von Abtastproben erhalten werden kann, die zu 6 τ auseinanderliegenden Zeitpunkten entnommen

so werden, und eine Schleife, die aus einem Addierer gebildet wird, dem keine Speicherzelle nachgeschaltet ist und mit dem eine Summe 5'der zu r auseinanderliegenden Zeitpunkten entnommenen Abtastproben erhalten werden kann.

Allgemein ausgedrückt können der Abtastvorrichtung des Kanals m (mit m<P) die Schleife mit m-\ Zellen (die den Kanal m bildet) und die Schleife aus P+ m— 1 Zellen (die den Kanal P+m bildet) zugeordnet werden.

Die Periode τ weist eine untere Grenze auf, die in der Technologie der verwendeten Schaltkreise begründet ist Wenn diese Grenze zu einer Meßperiode P τ führt, die größer ist als der durch die zu verarbeitenden Signale zulässige Wert, so muß man für jeden Kanal abwechselnd zwei oder mehrere Abtastvorrichtungen verwenden, denen jeweils ihre Schleife nachgeschaltet ist

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zur Bestimmung der Fortpflanzungsrichtung einer ebenen Welle durch vergleichende Überwachung von mehreren diskreten s Richtungen, mit Hilfe einer Mehrzahl von Detektoren, deren Ausgangssignale digitalisiert und dann für jede diskrete zu überwachende Fortpflanzungsrichtung einem Addierer in einer Zeitlage zugeführt werden, die durch die Lage der Fortpflanzungsrichtung bezüglich der Detektoren festgelegt ist, dadurch gekennzeichnet,,

daß die Detektoren entlang einer Geraden (1) in Abständen angeordnet sind, die ganzzahlige Vielfache eines Mindestabstands sind, und daß jedem Addierer (8) eine Verzögerungsleitung (7) nachgeordnet ist, deren wirksame Länge je nach der zu überwachenden Fortpflanzungsrichtung unterschiedlich gewählt ist, und deren Ausgangssignale dem zugeordneten Addierer wieder zugeführt werden, und

daß alle Verzögerungsleitungen mit einem gemeinsamen Grundtakt betrieben werden.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die P aus den P Detektoren (2) stammenden Signale zyklisch in der Reiehenfolge der Nummern 1, dann 1 + R, dann 1 + 2R,... usw., bis 1 + WR abgetastet werden, wobei IV eine ganze positive Zahl ist und 1 + VVT? in einem Zahlensystem auf der Basis P gezählt wird und R die Formel mR=qP+\ erfüllt, wobei q ebenfalls eine ganze positive Zahl ist und m die Anzahl der Grundtaktperioden angibt, die der wirksamen Länge einer Verzögerungsleitung entspricht, wobei m< P'ist

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die P aus den P Detektoren (2) stammenden Signale zyklisch in der Reihenfolge 1, dann \+R, 1+2/?, ... usw. 1 + WR abgetastet werden, wobei W eine ganze positive Zahl und 1 + WR in einem Zahlensystem der Basis P gezählt wird, und R die Formel (m-P) R=q ■ P+\ erfüllt, in der q eine ganze positive Zahl oder NuI ist und m die Anzahl der Grundtaktperioden angibt, die der wirksamen Länge einer Verzögerungsleitung entspricht, wobei m größer als P und kein Vielfaches von Pist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzahl der Grundtaktperioden, die der wirksamen Länge einer Verzögerungsleitung entspricht, so gewählt ist, daß m=ß - Pist (B ist eine ganze positive Zahl), und daß die aus den P Detektoren (2) stammenden Signale in der Reihenfolge 1, dann 1 + R, dann 1 + 2R,... usw. bis 1 + WT? abgetastet werden, wobei VV eine ganze positive Zahl und 1 + WT? in einem Zahlensystem auf der Basis P' gezählt wird, wobei P' die nächste über P liegende Primzahl ist und die Signale von P+1 bis P' als Null gewertet werden sowie R die Formel BPR=qP'+\ für BP<P' bzw (B-\) PR=qP'+\ für B P> P' erfüllt, wobei in beiden Fällen q eine ganze positive Zahl oder Null ist.