Onderwaterakoestiek: Dopplerverschuiving (vanaf 1957)
Detectie van Dopplerverschuiving (vanaf 1957)
Bij de vroege sonarinstallaties heeft het gehoor van de waarnemer altijd een belangrijke rol gespeeld, in het bijzonder als het ging om bewegende doelen die een doppler frequentieverschuiving vertoonden. Het lag voor de hand om de frequentie-onderscheidende eigenschap van het menselijk oor na te bootsen met een reeks smalbandige filters. Dit zou dan in meervoud gebruikt kunnen worden bij panoramische installaties. De benodigde filters werden omstreeks 1957 vervaardigd met behulp van elektronenbuizen; in een later stadium vond de transistor hierin toepassing.
Het was overigens niet alleen in analoge schakelingen dat de transistor zijn intrede deed. Het was met transistoren mogelijk om digitale schakelingen te vervaardigen die met buizen veel te veel ruimte zouden vergen (om van opgenomen vermogen en warmteontwikkeling maar te zwijgen). Zo werd zelf een ringkerngeheugen vervaardigd dat samenwerkte met de bovengenoemde filterelementen. Dit ringkernzelf geheugen maakte het mogelijk om het resultaat van een aantal uitzendingen visueel waar te nemen.
In zo’n geheugen worden de doppler-echo’s van vier achtereenvolgende uitzendingen als functie van de afstand in een geheugen opgeslagen. Alleen dopplerecho’s die in alle vier de uitzendingen resultaat geven, worden aangemerkt als doel. Valse echo’s worden op deze manier zoveel mogelijk uitgebannen. Onderzeeboten die naderen of wegvaren geven in hun echo’s een frequentieverschuiving door het dopplereffect. Deze frequentieverschuiving is hoorbaar als een toonhoogteverschil. In de ADI-, PAE- en CWE-sonars werd deze weergegeven door de helling van de echo op het indicatorscherm. Deze aflezing was echter niet erg nauwkeurig. Een grote verbetering werd verkregen door het echosignaal te leiden door een aantal elektronische bandfilters met aan elkaar grenzende smalle frequentiebanden van elk 10 Hz breed in de “filterbank-ontvanger”. Als bandfilter zijn in de loop der jaren achtereenvolgens gebruikt frequentierelais, filters type Q-multiplier met elektronenbuizen, filters type Q-multiplier uitgerust met transistoren en magnetostrictieve filters.
De signalen afkomstig uit de bandfilters worden op het indicatorscherm weergegeven aan weerzijden van de centrale lijn. Nadat het sonarsignaal onder water is uitgezonden loopt er een lichtstip van links naar rechts over dit scherm. Komt er nu een echo binnen dan licht de stip helder op. De plaats waar die echo optreedt, geeft dan de afstand van de onderzeeboot terwijl de mate waarin de echo naast die centrale lijn verschijnt een maat is voor de dopplerverschuiving. De zwarte geregistreerde signalen in de figuur hierboven zijn van een echt doel, de rode signalen zijn valse detecties. Voor een maximale dopplerverschuiving van + en – 400 HZ zijn 80 filters met een bandbreedte van 10 Hz nodig.
Multi Beam Doppler Indicator (MBDI)
Een panoramische sonar is in staat om echo’s van onderzeeboten uit verschillende richtingen tegelijk te ontvangen. Om van deze echo’s niet alleen de richting en de afstand te kennen maar ook de dopplerverschuiving (zie de techniek hierboven) is in 1965 een sonarontvanger ontwikkeld die echo’s gelijktijdig kon weergeven in verschillende geluidbundels onder water. Verdeeld over twee beeldschermen worden op elk scherm de echo’s getoond in zes naast elkaar gelegen bundels van elk 10 graden breed. Samen bestrijken deze bundels een sector van 120 graden. In elke bundel is de weergave van de echo’s gelijk aan die van het prototype doppler-indicator dat voor de CWE-10 werd gebruikt, maar nu lopen de lichtstippen van beneden naar boven in plaats van links naar rechts.
De beeldbuizen werden speciaal voor dit apparaat vervaardigd door Sylvania, Syracuse, U.S.A. Elke buis heeft zes elektronenkanonnen. Daarnaast bevatte het MBDI-apparaat een platte beeldbuis die gebruikt is voor de doppler-indicator.
