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Fahrtmeßvorrichtung für Wasserfahrzeuge - Dokument DE19548017C1
 
PatentDe  


Dokumentenidentifikation DE19548017C1 10.04.1997
Titel Fahrtmeßvorrichtung für Wasserfahrzeuge
Anmelder STN ATLAS Elektronik GmbH, 28309 Bremen, DE
Erfinder Steffens, Hans, Dipl.-Ing., 28844 Weyhe, DE
DE-Anmeldedatum 21.12.1995
DE-Aktenzeichen 19548017
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 10.04.1997
Veröffentlichungstag im Patentblatt 10.04.1997
IPC-Hauptklasse G01S 13/86
IPC-Nebenklasse G01S 13/60   G01S 15/60   G01P 3/42   
Zusammenfassung Eine Fahrtmeßvorrichtung für Wasserfahrzeuge weist ein Dopplerlog (11) mit einer Wandleranordnung (14) aus elektroakustischen Wandlern (13) und ein die Fahrt durch Wasser messendes elektromagnetisches Log (EM-Log 12) mit einem in unmittelbarer Nähe der Wandleranordnung (14) plazierten Meßsensor (21) auf. Zwecks Verbesserung der Geschwindigkeitsmessung bei Ausfall des Dopplerlogs (11) wird in Fahrtabschnitten mit ungestörter Dopplerlog-Fahrtmessung das EM-Log (12) mit den vom Dopplerlog (11) für die Fahrt durchs Wasser gelieferten Meßwerten kalibriert und in Fahrtabschnitten mit gestörter Dopplerlog-Fahrtmessung werden die vom EM-Log (12) gelieferten Meßwerte direkt zur Geschwindigkeitsanzeige gebracht (Fig. 1).

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft eine Fahrtmeßvorrichtung für Wasserfahrzeuge der im Oberbegriff des Anspruchs 1 definierten Gattung.

Akustische Logs arbeiten auf der Basis des Aussendens von Schallenergie ins Wasser und Empfangen von reflektierter Schallenergie. Je nach Auswertung der Empfangsschallenergie zwecks Bestimmung der Fahrzeuggeschwindigkeit unterscheidet man zwischen sog. Korrelationslogs und Dopplerlogs, von denen nur die letzteren eine weite Verbreitung gefunden haben.

Aufbau und Wirkungsweise eines Dopplerlogs und eines elektromagnetischen Logs, kurz EM-Log genannt, sind beispielsweise in "Leitfaden der Navigation, Technische Systeme", transpress VEB Verlag für Verkehrswesen, Berlin 1979, Seiten 458 bis 463 bzw. 403 bis 409, beschrieben.

Ein Dopplerlog, das zur Geschwindigkeitsmessung die Dopplerverschiebung im Empfangssignal auswertet, zeichnet sich durch seine hohe Genauigkeit in der Geschwindigkeitsmessung aus, dessen Fehler im Mittel unter 0,1% liegt. Das Dopplerlog ist in der Lage, sowohl die Fahrt über Grund als auch die Fahrt durchs Wasser, d. h. die Fahrt des Wasserfahrzeugs relativ zum umgebenden ruhenden oder strömenden Wasser zu messen. Letzteres wird für die Navigation, zur Optimierung des Antriebs und für Autopiloten gewünscht. Allerdings ist das Dopplerlog unter gewissen Bedingungen nicht meßfähig. So können Akustikstörungen durch Blasenschleier unter den elektroakustischen Wandlern, Störgeräusche von sehr lauten Propellern bei stark reflektierendem Boden in Verbindung mit geringer Wassertiefe, zu geringer Wassertiefe oder Volumennachhallschwäche in Gebieten mit homogenen, streuarmen Wassergebieten zu Meßausfall des Dopplerlogs führen.

Ein elektromagnetisches oder EM-Log, das zur Geschwindigkeitsmessung die an den Elektroden induzierte Spannung auswertet, mißt grundsätzlich die Fahrt durchs Wasser, wobei die Fahrtmessung jedoch bei weitem nicht die Genauigkeit eines Dopplerlogs erreicht. Das EM-Log muß in zeitraubenden Testfahrten mit einem zum Teil sehr aufwendigen Verfahren (gegensinniges Durchfahren einer geodätisch vermessenen und markierten Strecke) für eine Anzahl von Fahrtstufen kalibriert werden, weil das die Fehler erzeugende Strömungsfeld unter dem Rumpf des Wasserfahrzeugs von dessen Geschwindigkeit abhängig ist. Da dieses Strömungsfeld u. a. auch von dem Tiefgang und der Trimmung des Wasserfahrzeugs beeinflußt wird, ist die Kalibrierung nur für den aktuellen Zustand des Wasserfahrzeugs gültig und muß bei verändertem Zustand zur Aufrechterhaltung der Meßgenauigkeit des EM-Logs neu durchgeführt werden. Zwischen den kalibrierten Fahrtstufen stehen dann aber nur interpolierte Kalibrierwerte zur Verfügung. Das EM-Log ist jedoch unempfindlich gegen Störphänomene, die zum Ausfall des Dopplerlogs führen.

Bei einer bekannten Fahrtmeßvorrichtung für Wasserfahrzeuge der eingangs genannten Art (P. J. Stevens, "HYBRID CORRELATION AND EM SHIPS SPEED LOG", IEEE, Colloquium on "Inertial Navigation Sensor Development", 9. Januar 1990, London, Band No. 5 (1990) Seite 5/1-3), die daher sowohl mit einem als Korrelationslog ausgebildeten akustischen Log, als auch mit einem EM-Log ausgestattet ist, wird das Korrelationslog nur zur Messung der Fahrt über Grund genutzt. In Fahrtabschnitten mit gestörter Korrelationslog-Fahrtmessung, insbesondere bei Bodenverlust, wird auf die Meßwerte des EM-Logs zurückgegriffen und mit diesen eine Geschwindigkeit über Grund synthetisch durch Berücksichtigung des zuvor bestimmten Stromes ermittelt. Damit das EM-Log brauchbare Meßwerte liefert, ist es auch bei der bekannten Fahrtmeßvorrichtung unerläßlich, in aufwendigen Testfahrten das EM-Log zu kalibrieren, wobei die Kalibrierung des EM-Logs mit jeder größeren Veränderung von Tiefgang und Trimmlage des Wasserfahrzeugs wiederholt werden muß.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Fahrtmeßvorrichtung für Wasserfahrzeuge der eingangs genannten Art so zu verbessern, daß sie eine lückenlose, hochgenaue Geschwindigkeitsmessung mit hohem Vertrauensgrad liefert und gleichzeitig kostenträchtige Testfahrten für die EM-Log-Kalibrierung überflüssig werden läßt.

Die Aufgabe ist bei einer Fahrtmeßvorrichtung für Wasserfahrzeuge der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Gattung erfindungsgemäß durch die Merkmale im Kennzeichenteil des Anspruchs 1 gelöst.

Die erfindungsgemäße Fahrtmeßvorrichtung hat den Vorteil, daß die vergleichsweise hochgenauen Meßwerte des Dopplerlogs die Basis für die Geschwindigkeitsanzeige bilden. Die Kalibrierung des EM-Logs erfolgt mit den Meßwerten des Dopplerlogs in Fahrtabschnitten mit einwandfreiem Dopplerlog-Betrieb, also wenn die eingangs beschriebenen, für den Ausfall des Dopplerlogs verantwortlichen Störungen in der Umgebung nicht auftreten. Solche Fahrtabschnitte lassen sich aufgrund verschiedener Kriterien im Dopplerlog ohne weiteres automatisch erfassen. Die Kalibrierung erfolgt somit ohne zusätzlichen Aufwand in allen verschiedenen Fahrtstufen, die das Wasserfahrzeug fährt. Die anfallenden, zur Kalibrierung herangezogenen Werte werden in Klassen gemittelt, wobei den einzelnen Werten noch zusätzlich eine unterschiedliche Gewichtung, je nach Wahrscheinlichkeit ihrer Wahrhaftigkeit, gegeben werden kann. Da die Kalibrierung in einer dynamischen Korrektur fortlaufend erfolgt, werden die vom EM-Log gelieferten Werte ständig verbessert und können in Fahrtabschnitten der Nichtverfügbarkeit des Dopplerlogs, z. B. auch wenn das in einem U-Boot installierte Dopplerlog aus Gründen der Eigenverratsverhinderung vorübergehend abgeschaltet wird, anstelle der Meßwerte des Dopplerlogs für die Fahrt durchs Wasser in gleich guter Genauigkeit direkt ausgegeben werden, womit eine durchgehend konsistente hochgenaue Messung der Fahrt durchs Wasser zur Verfügung steht. Für die Kalibrierung des Dopplerlogs nach Einbau ist die übliche eine Fahrt über eine geodätische vorgegebene Meilenstrecke mit Messung der Fahrt über Grund notwendig. Diese Kalibrierwerte gelten auch für die Dopplerlogmessung der Fahrt durchs Wasser. Weitere Kalibrierfahrten sind nicht erforderlich, da das EM-Log selbsttätig und fortlaufend durch die Meßwerte des Dopplerlogs kalibriert wird. Kurzfristig kann ein erster, kompletter EM-Kalibrierdatensatz durch eine einzige Fahrt mit mäßiger Beschleunigung, die den ganzen Geschwindigkeitsbereich des Wasserfahrzeugs abdeckt, gewonnen werden. Bei Änderungen von Parametern des Wasserfahrzeugs, wie Tiefgang und Trimmung durch Veränderung der Beladung, kann die Fahrzeugführung auch gewollt vorrangige Kalibrieranpassungen des EM-Logs auslösen.

Zweckmäßige Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Fahrtmeßvorrichtung mit vorteilhaften Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den weiteren Ansprüchen.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind der EM-Sensor des EM-Logs, der in bekannter Weise aus einer mit einer stromgespeisten Spule und mindestens zwei im magnetischen Feld der Spule von dieser beabstandet angeordneten, ins Wasser eintauchenden Elektroden besteht, und die elektroakustischen Wandler des Dopplerlogs mit ihren Anpaßübertragern in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet und auf einem gemeinsamen, außen am Gehäuse zugänglichen, mehrpoligen Anschlußstecker gelegt. Der enge räumliche Zusammenbau von EM-Sensor und elektroakustischen Wandlern gewährleistet eine einheitliche Ausrichtung der Meßachsen von Dopplerlog und EM-Log. Achsenverdrehungen durch Einbaufehler im Fahrzeugrumpf, die durch die Anfangskalibrierung der Fahrtmeßvorrichtung kompensiert werden, gelten dadurch in gleicher Weise für Dopplerlog und EM-Log. Wegen des gemeinsamen Anschlußsteckers ist nur eine einzige Kabelverbindung mit Unterwasserstecker und eine einzige Durchführung durch den Rumpf des Wasserfahrzeugs erforderlich.

Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung sind die Elektroden und die Spule des EM-Sensors jeweils an Wicklungsanzapfungen an der einen Wicklung von zwei Anpaßübertragern angeschlossen, von denen jeweils ein Anpaßübertrager einer Wandlergruppe zugeordnet ist. Durch diese schaltungstechnischen Maßnahmen werden für den EM-Sensor keine zusätzlichen Kabeladern und Anschlußpole im Anschlußstecker benötigt. Trotz zusätzlichem Einbau des EM-Sensors kann der für das Wandlerarray des Dopplerlogs konzipierte Anschlußstecker unverändert verwendet werden. Die Ein- und Auskopplung der EM-Signale erfolgt über die Mittenanzapfungen der Anpaßübertrager. Durch zusätzlichen Einbau von Frequenzsperrgliedern werden die hochfrequenten Dopplerlogsignale von den niederfrequenten EM-Log-Signalen getrennt.

Die Erfindung ist anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels im folgenden näher beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 ein Blockschaltbild einer Fahrtmeßvorrichtung für Wasserfahrzeuge,

Fig. 2 eine Seitenansicht des Unterwasserteils der Fahrtmeßvorrichtung,

Fig. 3 eine Unteransicht des Unterwasserteils in Fig. 2,

Fig. 4 ausschnittsweise einen Schaltplan der Fahrtmeßvorrichtung in Fig. 1.

Die in Fig. 1 im Blockschaltbild dargestellte Fahrtmeßvorrichtung für Wasserfahrzeuge, wie Überwasserschiffe und Unterwasserfahrzeuge, z. B. U-Boote oder ferngesteuerte Unterwasserlaufkörper, besteht aus zwei an sich bekannten Geschwindigkeitsmessern oder Logs, dem Dopplerlog 11 und dem elektromagnetischen oder EM-Log 12. Das auf akustischer Basis arbeitende Dopplerlog 11 besitzt eine Mehrzahl von elektroakustischen Wandlern 13, von denen in Fig. 4 nur acht dargestellt sind, die zu einer Unterwasserantenne, auch Wandleranordnung 14 oder Wandlerarray genannt, zusammengefaßt und im gleichen Abstand voneinander angeordnet sind. Die Wandleranordnung 14 ist mit einer Sende- und Empfangseinheit 15 verbunden. Mittels der Sende- und Empfangseinheit 15 strahlt die Wandleranordnung 14 Schallenergie in der Längsachse des Wasserfahrzeugs nach vorn und nach achtern und auch Schallenergie in der Querachse des Wasserfahrzeugs zu beiden Seiten jeweils zum Gewässergrund hin geneigt aus. In Fig. 1 sind die verschiedenen Senderichtungen mit 16 und 17 bzw. 18 und 19 gekennzeichnet. Reflektierte Anteile der Schallenergie aus den vier Senderichtungen 16 bis 19 werden von den elektroakustischen Wandlern 13 empfangen und der Sende- und Empfangseinheit 15 zugeführt. In einer der Sende- und Empfangseinheit 15 nachgeschalteten Auswerteeinheit 20 werden die Empfangssignale richtungsselektiv analysiert, die in den Empfangssignalen enthaltenen Dopplerfrequenzen bestimmt und daraus die Geschwindigkeit des Schiffes einerseits über Grund und andererseits durchs Wasser bestimmt. Diese Geschwindigkeiten werden sowohl für die Fahrt in Längsachse des Wasserfahrzeugs als auch für die Fahrt in Querachse des Wasserfahrzeugs ausgegeben, um eine Drift, d. h. eine Versetzung des Wasserfahrzeugs durch Wind oder Strömung, berücksichtigen zu können. Der Aufbau der Auswerteeinheit 20 kann beispielsweise so getroffen sein, wie dies in der DE 29 01 293 A1 beschrieben ist. An vier Ausgängen der Auswerteeinheit 20 stehen vier verschiedene Geschwindigkeitsmeßwerte zur Verfügung, und zwar die Geschwindigkeit in Längsrichtung und in Querrichtung des Wasserfahrzeugs und jeweils für die Fahrt über Grund und die Fahrt durchs Wasser, die in Fig. 1 mit vB, ≙B, vW, ≙W gekennzeichnet sind.

Das EM-Log 12 weist in bekannter Weise eine Meßsonde oder einen Meßsensor 21 auf, im folgenden EM-Sensor 21 genannt, der in bekannter Weise aus einer auf einen ferromagnetischen Kern gewickelten Spule 22 und aus zwei unterhalb der Spule 22 von dieser beabstandet angeordneten Elektroden 23 besteht (Fig. 2 bis 4). Zur Messung der Fahrt des Wasserfahrzeugs in dessen Längsachse sind die Elektroden 23 in einer zur Fahrzeuglängsachse rechtwinklig ausgerichteten Ebene in dem von der stromdurchflossenen Spule 22 erzeugten Magnetfeld angeordnet, und zwar so, daß sie in das Wasser unter dem Kiel des Wasserfahrzeugs eintauchen. Der EM-Sensor 21 ist mit der Wandleranordnung 14 des Dopplerlogs 11 zwecks engster räumlicher Zusammenführung in einem gemeinsamen Gehäuse 24 untergebracht, wie dies in Fig. 2 und 3 skizziert ist. Mit in das Gehäuse 24 einbezogen sind die jeweils einer Gruppe von elektroakustischen Wandler 13 der Wandleranordnung 14 zugeordneten Anpaßübertrager 25 (Fig. 4), deren jeweils eine Wicklung 251 über je zwei Anschlußadern an die Pole eines mehrpoligen, hier achtpoligen, Anschlußsteckers 27 geführt ist. Jede dieser Wicklungen 251 der Anpaßübertrager 25 ist mit einer Mittenanzapfung 251a versehen. An den Mittenanzapfungen 251a von zwei Anpaßübertragern 25 ist die Spule 22 des EM-Sensors 21 und an den Mittenanzapfungen 251a von zwei weiteren Anpaßübertragern 25 ist jeweils eine Elektrode 23 des EM-Sensors 21 angeschlossen. Das Gehäuse 24 wird mittels sechs Befestigungsschrauben 34 (Fig. 2 und 3) am Rumpf des Fahrzeugs befestigt und über den wasserdichten Anschlußstecker 27 und ein durch eine Durchführung im Rumpf hindurchgeführtes Anschlußkabel mit der Sende- und Empfangseinheit 15 verbunden, deren Schaltplan auszugsweise ebenfalls in Fig. 4 dargestellt ist. Die an den Eingängen der Verstärker 28 anliegenden Sendesignale werden wiederum über Anpaßübertrager 29 und über den Anschlußstecker 27 den jeweiligen Anpaßübertragern 25 zugeführt. Die Stromeinspeisung für den EM-Sensor 21 erfolgt über einen Verstärker 30 in Sendepausen des Dopplerlogs 11, der an sekundärseitigen Mittenanzapfungen derjenigen Anpaßübertrager 29 angeschlossen ist, die mit denjenigen Anpaßübertragern 25 im Gehäuse 24 verbunden sind, die über ihre Mittenanzapfungen 251a die Spule 22 des EM-Sensors 21 speisen. Empfangsseitig wird die von der Geschwindigkeit des Wasserfahrzeugs abhängige Meßspannung zwischen den Elektroden 23 des EM-Sensors 21 an den sekundärseitigen Mittenanzapfungen derjenigen Anpaßübertrager 29 abgenommen, die mit den beiden Anpaßübertragern 25 im Gehäuse 24 verbunden sind, an deren Mittenanzapfungen 251a die beiden Elektroden 23 liegen. Die Meßspannung wird im Empfangsverstärker 31 verstärkt und einer Auswerte- und Kalibriereinheit 35 (Fig. 1) des EM-Logs 12 zugeführt. Die hochfrequenten Empfangssignale der Wandleranordnung 14 werden von den Verbindungsleitungen zwischen den Anpaßübertragern 29 und 25 abgenommen und über Empfangsverstärker 32 der Auswerteeinheit 20 (Fig. 1) des Dopplerlogs 11 zugeführt. Zum Abhalten der niederfrequenten Spannungen des EM-Sensors 21 sind den Empfangsverstärkern 32 Frequenz sperren in Form von Kondensatoren 33 vorgeschaltet.

Am Ausgang der Auswerte- und Kalibriereinheit 35 des EM-Logs 12 werden Meßwerte ausgegeben, welche die Geschwindigkeit des Wasserfahrzeugs in Längsachse angeben. Bei entsprechender Erweiterung des EM-Sensors 21 liefert das EM-Log 12 auch Geschwindigkeitswerte für die Fahrt des Wasserfahrzeugs durchs Wasser quer zu dessen Längsachse. Der dann zusätzlich vorhandene Ausgang der Auswerte- und Kalibriereinheit 35 ist in Fig. 1 strichliniert eingezeichnet. Entsprechend muß der EM-Sensor 21 mit zwei weiteren Elektroden versehen werden, die in gleicher Weise zur Spule 22 angeordnet werden wie die Elektroden 23, mit dem Unterschied, daß sie in einer in Längsachse des Wasserfahrzeugs weisenden Ebene unterhalb der Spule 22 liegen.

Der Auswerte- und Kalibriereinheit 35 des EM-Logs 12 und der Auswerteeinheit 20 des Dopplerlogs 11 ist jeweils eine Torschaltung 37 bzw. 36 nachgeschaltet, die von einer Störerkennungseinheit 40 gesteuert wird. Die Störerkennungseinheit 40 ist an die Auswerteeinheit 20 des Dopplerlogs 11 angeschlossen und erkennt durch entsprechende Analyse der Empfangssignale des Dopplerlogs 11, beispielsweise durch Vergleich der Signal- und Frequenzinhalte in den vier Empfangskanälen, umgebungsbedingte Meßstörungen des Dopplerlogs 11 oder auch Betriebsunterbrechungen des Dopplerlogs 11, also Betriebszustände des Dopplerlogs 11, in denen dieses keine brauchbaren Meßwerte liefert. Abhängig von der Störerkennung des Dopplerlogs 11 generiert die Störerkennungseinheit 40 ein Torsignal, das der Torschaltung 36 und invertiert der Torschaltung 37 zugeführt wird. Entsprechend wird die Torschaltung 36 bei Störerkennung gesperrt und die Torschaltung 37 geöffnet, und umgekehrt ist bei ungestörtem Betrieb des Dopplerlogs 11 die Torschaltung 36 offen und die Torschaltung 37 gesperrt gehalten. Ein beispielhafter Aufbau der Störerkennungseinheit 40 ist in der DE 29 01 293 A1 beschrieben. Der Torschaltung 36 ist eine Speichereinheit 41 nachgeordnet, in der die von der Auswerteeinheit 20 ausgegebenen Meßwerte, die die Torschaltung 36 passiert haben, abgespeichert werden. Der Speichereinheit 41 ist eine Anzeigeeinheit 42nachgeschaltet, in der die abgespeicherten Meßwerte zur Geschwindigkeitsanzeige gebracht werden, und zwar als Geschwindigkeitskomponenten vB (Geschwindigkeit des Fahrzeugs über Grund in Fahrzeuglängsachse), ≙B (Geschwindigkeit des Fahrzeugs über Grund in Fahrzeugquerachse), vW (Geschwindigkeit des Fahrzeugs durchs Wasser in Fahrzeuglängsachse) und ≙W (Geschwindigkeit des Fahrzeugs durchs Wasser in Fahrzeugquerachse).

Die am Ausgang der Torschaltung 36 anstehenden Meßwerte für die Fahrt durchs Wasser in Längsachse des Wasserfahrzeugs werden als Kalibrierwerte der Auswerte- und Kalibriereinheit 35 des EM-Logs 12 zugeführt. Mißt das EM-Log 12 auch die Geschwindigkeitskomponente quer zur Längsachse des Wasserfahrzeugs, so werden auch - wie in Fig. 1 strichliniert angedeutet ist - die vom Dopplerlog 11 gelieferten Meßwerte für die Fahrt durchs Wasser in Fahrzeugquerachse als Kalibrierwerte der Auswerte- und Kalibriereinheit 35 zugeführt. Hier werden nunmehr die vom EM-Log 12 gelieferten Geschwindigkeitswerte entsprechend den zugeführten Kalibrierwerten kalibriert, wozu übliche Verfahren angewendet werden. Die Kalibrierwerte stellen dabei die sog. Sollwerte für die Istwerte der Geschwindigkeitsmessung durch das EM-Log 12 dar, so daß aus der Differenz zwischen Soll- und Istwerten problemlos ein Korrekturfaktor zur Korrektur der vom EM-Sensor 21 gelieferten Geschwindigkeitsmeßwerte bestimmt werden kann. Da die Kalibrierung der Geschwindigkeitsmeßwerte fortlaufend erfolgt, werden diese zunehmend verbessert und erreichen schließlich den gleichen Genauigkeitsgrad, der für die vom Dopplerlog 11 gelieferten Geschwindigkeitsmeßwerte für die Fahrt des Wasserfahrzeugs durchs Wasser gilt. Bei geöffneter Torschaltung 37 werden die korrigierten Meßwerte auf die gleichen Speicherplätze in der Speichereinheit 41 eingeschrieben, in welcher auch die vom Dopplerlog 11 gelieferten Geschwindigkeitswerte für die Fahrt durchs Wasser in Fahrzeuglängsachse bzw. Fahrzeugquerachse (strichliniert) abgespeichert werden.

Die beschriebene Fahrtmeßvorrichtung arbeitet nunmehr wie folgt:

Vom Dopplerlog 11 und vom EM-Log 12 werden fortlaufend Meßwerte für die Geschwindigkeit des Fahrzeugs geliefert. Die Störerkennungseinheit 40 überwacht den ordnungsgemäßen Betrieb des Dopplerlogs 11, so daß in Fahrtabschnitten mit ungestörter Dopplerlog-Fahrtmessung die Torschaltung 36 geöffnet und die Torschaltung 37 gesperrt ist. Alle vom Dopplerlog 11 gelieferten Geschwindigkeitswerte für Fahrt über Grund und Fahrt durchs Wasser, jeweils in Längsachse bzw. Querachse des Fahrzeugs, werden in die Speichereinheit 41 eingeschrieben und aus der Speichereinheit 41 heraus in der Anzeigeeinheit 42 zur Darstellung gebracht. Treten im Dopplerlog 11 umgebungsbedingte Meßstörungen auf oder wird das Dopplerlog 11 zum Beispiel aus Gründen der Vermeidung von Eigenverrat (im Falle seiner Installierung in einem U-Boot) abgeschaltet, so wird dies von der Störerkennungseinheit 40 detektiert. Die Störerkennungseinheit 40 generiert ein Torsignal, das der Torschaltung 36 direkt und der Torschaltung 37 über den Inverter 39 zugeführt wird. Gleichzeitig steuert die Störeinheit 40 eine der Anzeigeeinheit 42 zugeordnete Warnlampe 43 an, deren Aufleuchten dem Fahrzeugführer signalisiert, daß die Dopplerlog-Messung gestört ist. Das Torsignal der Störerkennungseinheit 40 sperrt die Torschaltung 36 und öffnet die Torschaltung 37. Als Folge dessen werden die von der Auswerteeinheit 20 gelieferten, gestörten Meßwerte unterdrückt, während die von der Auswerte- und Kalibriereinheit 35 ausgegebenen korrigierten Meßwerte des EM-Logs 12 dem Speicher 41 zugeführt werden. Mit diesen Meßwerten werden die von der Auswerteeinheit 20 in der Vorphase gelieferten Meßwerte für die Fahrt durchs Wasser in Fahrzeuglängsachse (bzw. zusätzlich in Fahrzeugquerachse) überschrieben und in der Anzeigeeinheit 42 zur Darstellung gebracht. Die Anzeigeeinheit 42 zeigt damit aktuelle Geschwindigkeitsmeßwerte für die Fahrt durchs Wasser an, die nunmehr vom EM-Log 12 stammen aber eine Genauigkeit besitzen, die nicht geringer ist als die zuvor vom Dopplerlog 11 gelieferten Geschwindigkeitswerte. Zusätzlich werden in der Anzeigeeinheit 42 noch die Meßwerte für die Geschwindigkeit über Grund in Längs- und Querachse des Fahrzeugs angezeigt. Die aufleuchtende Warnlampe 43 signalisiert aber dem Fahrzeugführer, daß diese Werte nicht aktuell sind, sondern von der zuletzt erfolgten Dopplerlog-Messung herrühren.

Da die Meßsignale des EM-Sensors 21 in der Regel stark schwanken, ist es zur Verbesserung der Meßwerte des EM-Logs 12 erforderlich, eine Mittelung der Meßsignale durchzuführen, wobei die Mittelungszeitkonstante an die Fahrt des Wasserfahrzeugs (Marschfahrt, Manöverfahrt) angepaßt werden muß. Während bei Marschfahrt, bei welcher in der Regel eine weitgehend konstante Geschwindigkeit gefahren wird, ist die Mittelungszeit groß, bei Manövrierfahrt mit Beschleunigungen dagegen muß die Mittelungszeit kleiner gehalten werden. Die Veränderung der Mittelungszeitkonstante in der Auswerte- und Kalibriereinheit 35 erfolgt automatisch durch das Dopplerlog 11. Da Manövrierfahrten mit unterschiedlichen Beschleunigungen in der Regel im flachen, küstennahen Gewässern stattfinden, in denen das Dopplerlog die Fahrt über Grund hochgenau mißt und demzufolge Fahrtänderungen durch Beschleunigungen problemlos detektierbar sind, sind in der Auswerteeinheit 20 an die Meßwerte der Fahrt über Grund Beschleunigungsschwellen angelegt, durch welche Beschleunigungsphasen des Fahrzeugs erkannt werden. Über die Leitung 38 wird nun während der Beschleunigungsphasen die eingestellte Mittelungszeit bzw. die Mittelungszeitkonstante in der Auswerte- und Kalibriereinheit 35 automatisch reduziert.


Anspruch[de]
  1. 1. Fahrtmeßvorrichtung für Wasserfahrzeuge mit einem akustischen Log, das eine am Fahrzeugrumpf befestigte Wandleranordnung (14) aus einer Mehrzahl elektroakustischer Wandler (13) aufweist, und mit einem die Fahrt durchs Wasser messenden elektromagnetischen Log (EM-Log 12), dessen Meßsensor (21) in unmittelbarer Nähe der Wandleranordnung (14) plaziert ist und dessen Meßwerte bei umgebungsbedingter Meßstörung oder Betriebsunterbrechung im akustischen Log zur Geschwindigkeitsausgabe herangezogen werden, dadurch gekennzeichnet, daß das akustische Log ein Dopplerlog (11) ist und daß in Fahrtabschnitten mit ungestörter Dopplerlog-Fahrtmessung das EM-Log (12) mit den vom Dopplerlog (11) für die Fahrt durchs Wasser gelieferten Meßwerten kalibriert wird und in Fahrtabschnitten mit gestörter oder unterbrochener Dopplerlog-Fahrtmessung die vom EM-Log (11) gelieferten Meßwerte zur Geschwindigkeitsanzeige gebracht werden.
  2. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in Fahrtabschnitten mit ungestörter Dopplerlog-Fahrtmessung vom Dopplerlog (11) gelieferte Meßwerte für Fahrt durchs Wasser und für Fahrt über Grund getrennt angezeigt werden und daß in Fahrtabschnitten mit gestörter oder unterbrochener Dopplerlog-Fahrtmessung die Dopplerlog-Meßwerte unterdrückt werden und eine den gestörten Betrieb anzeigende Warnleuchte (43) aufleuchtet.
  3. 3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der aus einer stromgespeisten Spule (22) und mindestens zwei im Magnetfeld der Spule (22) von dieser beabstandet angeordneten, ins Wasser eintauchenden Elektroden (23) bestehende Meßsensor (21) des EM-Logs (12) und die Wandleranordnung (14) des Dopplerlogs (11) mit ihren elektroakustischen Wandlern (13) vorgeschalteten Anpaßübertragern (25) in einem gemeinsamen Gehäuse (24) angeordnet und auf einen gemeinsamen, außen am Gehäuse (24) zugänglichen mehrpoligen Anschlußstecker (27) gelegt sind.
  4. 4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden (23) und die Spule (22) des Meßsensors (21) jeweils an Wicklungsanzapfungen (251a) der mit dem Anschlußstecker (27) galvanisch verbundenen Wicklungen (251) von zwei Anpaßübertragern (25) angeschlossen sind, von denen jeweils ein Anpaßübertrager (25) einer Gruppe von Wandlern (13) der Wandleranordnung (14) zugeordnet ist.
  5. 5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch eine der Wandleranordnung (14) zugeordnete Auswerteeinheit (20), die Geschwindigkeitsmeßwerte für die Fahrtmessung über Grund und für die Fahrtmessung durchs Wasser getrennt ausgibt, durch eine dem Meßsensor (21) zugeordnete Auswerte- und Kalibriereinheit (35), die korrigierte Geschwindigkeitswerte für die Fahrtmessung durchs Wasser liefert, durch zwei jeweils der Auswerteeinheit (20) und der Auswerte- und Kalibriereinheit (35) nachgeschaltete Torschaltungen (36, 37), durch eine eingangsseitig an der Auswerteeinheit (20) angeschlossene Störerkennungseinheit (40), die die beiden Torschaltungen (36, 37) gegensinnig steuert, durch eine an den Torschaltungen (36, 37) angeschlossene Speichereinheit (41) zum Abspeichern der von den Torschaltungen (36, 37) durchgeschalteten Geschwindigkeitswerte, durch eine am Ausgang der Speichereinheit (41) angeschlossene Anzeigeeinheit (42) zum Darstellen der abgespeicherten Geschwindigkeitswerte und dadurch, daß die der Auswerte- und Kalibriereinheit (35) zugeführten Dopplerlog-Meßwerte für Fahrt durchs Wasser am Ausgang der der Auswerteeinheit (20) nachgeschalteten Torschaltung (36) abgenommen sind.






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