Digitale techniek/Elektronica: Digitale sonarkalibratie (1969-1970)

Digitale sonarkalibratie

Achtergrond

Rond 1969 kregen de vier drie-cylinder onderzeeboten van de Koninklijke Marine een nieuwe digitale vuurleiding, de HSA M8/17, gefabriceerd door Hollandse Signaalapparaten (HSA). Tevens werden de boten uitgerust met nieuwe torpedo’s, de elektrisch aangedreven en draadgeleide Mk37 mod 2. De oude ongeleide Mk8 torpedo bleef ook behoren tot de bewapening.
Het nieuwe wapensysteem bestaande uit vuurleiding, sonars, periscopen en torpedo’s zou geëvalueerd worden. Dit gebeurde door het Laboratorium Elektroonische Ontwikkelingen Krijgsmacht (LEOK). Een exemplaar van de vuurleiding werd tijdelijk geplaatst bij het LEOK in Oegstgeest. Er werd apparatuur ontwikkeld voor registratie van oefeningen aan boord van de onderzeeboot Hr. Ms. Zeehond (S809). In 1969 en 1970 werden oefenprogramma’s gedraaid in de Schotse wateren met twee LEOKers aan boord.
In de 2^e helft van 1970 vond de officiële evaluatie plaats bij AUTEC, het US Navy Atlantic Undersea Technical Evaluation Center, op Andros Island in de Bahama’s. Hierbij waren wederom twee LEOKers betrokken. Tijdens een sonarkalibratie bleek dat de fouten niet normaal verdeeld waren om de nullijn. Er was sprake van een relatief grote hoekafhankelijke vaste fout. Dit was ook bekend bij de KM maar men deed er destijds niets mee.
We hebben toen voorgesteld om apparatuur te ontwikkelen voor het registreren van sonarkalibraties en om vervolgens voor de hoekafhankelijke bias te corrigeren in de vuurleiding.

Sensoren:

NP – Navigatieperiscoop
AP – Aanvalsperiscoop
LWS 10 – Passieve sonar (twee consoles aan boord die aangesloten waren op hetzelfde sonararray)
LWS 30 – Voorziening voor nog in ontwikkeling zijnde sonar
PWS – Actieve sonar
LAS – Sonar voor passieve afstandsmeting

Het registratieautomaat

De “kijkhoeken” van periscopen en sonars werd gemeten met synchro’s en doorgegeven aan de vuurleiding. Alle apparaten waren voorzien van twee synchro’s, een grofsysteem voor meting over 360 graden en een fijnsysteem met 36 of 16 omwentelingen over 360 graden. Al deze synchro’s werden bij een kalibratie ook aangesloten op het registratieautomaat. De hoekstanden werden gedigitaliseerd met 14-bits synchro-digitaal converters in het apparaat. Bij een meting werden de digitale hoekwaarden vastgelegd in een 5-gats papieren ponsband met behulp van een FACIT ponser.

De procedure

Bij een kalibratie draaide de onderzeeboot langzaam in een kleine cirkel terwijl ondertussen een doelschip werd gevolgd door een van de periscopen en de te kalibreren sonar. Om de ca. 2 graden werd een meting gedaan. Op commando van de officier aan de periscoop werd met de drukknop alle informatie vastgelegd in de ponsband. Deze ponsband werd bezorgd bij het LEOK (later het FEL-TNO). De informatie werd ingelezen in een computer. Alle metingen van het verschil tussen periscoop en sonar als functie van de hoek t.o.v de scheepsas werden in een grafiek weergegeven. Eventuele ‘outliers’, dat wil zeggen duidelijke procedurefouten bij de meting, werden verwijderd: “De meetwaarden kwamen van de periscoopservo’s, dat zijn grof/fijn dingen. Soms zag ik waarden waarvan ik dacht dat ik een verkeerde grofwaarde had ...” Vervolgens werd de gemiddelde afwijking per sector berekend door het programma met behulp van de kleinste kwadratenmethode voor afvlakking en middeling van de metingen. Er waren 32 sectoren rondom. Het was een hele klus om een correctiewaarde om te zetten naar een digitale ‘wel of niet diode’ op een printje. Het programma was in CORAL, de NATO standaardtaal in die dagen. Uiteindelijk kwam daar de lay-out uit voor een printje met diodes waarin de correctie verwerkt was. Het eindresultaat werd teruggestuurd naar de Onderzeedienst.

Het oorspronkelijke idee van het LEOK was om de resultaten vast te leggen in een EPROM, een elektronisch programmeerbare geheugenchip. Met een printkaartje en een paar regels programma in de vuurleiding kon dan de stelselmatige correctie bij sonarmetingen in de vuurleiding verwerkt worden. EPROM’s waren destijds (beginjaren ’70) vrij nieuw. HSA vond deze echter niet betrouwbaar. Hun oplossing was printkaartjes waar kleine metalen beugeltjes in werden gestoken om een digitale 0 of een 1 weer te geven. Er waren dan wel acht printkaartjes per vuurleiding nodig. Plus een moeizame procedure om met de hand de resultaten van de kalibratie van papier in de printkaartjes vast te leggen. HSA kreeg uiteindelijk zijn zin. Modificatiekosten per vuurleiding bedroeg circa 21.000 gulden, een behoorlijk bedrag in die tijd.

In de tweede evaluatie in 1975 werden magneetbanden gebruikt. De procedure is gehandhaafd tot de vier 3-cylinderboten en de twee Zwaardvisklasse boten uit dienst werden gesteld, de laatste in 1995. Voor TNO dus ook de last om een ponsbandlezer aan te houden, ook al waren die inmiddels voor alle andere doeleinden achterhaald.