DE202023000414U1

DE202023000414U1 - Protective device for watercraft

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Publication number: DE202023000414U1
Application number: DE202023000414.4U
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2023-02-23
Filing date: 2023-02-23
Publication date: 2023-03-21
Anticipated expiration: 2033-02-24

Abstract

Schutzeinrichtung für Wasserfahrzeuge (12) für die Oberflächennavigation, wobei das Wasserfahrzeug mit einer Relativbewegungsrichtung (V) in Bezug auf Wasser (15) fortbewegt werden kann;das Wasserfahrzeug (12) umfassend zumindest einen Rumpf (11), einen Frontbereich (13) und eine Längserstreckungsachse (X);das Wasserfahrzeug (12) weiter umfassend ein Detektionsmodul (14) zur Detektion von zumindest einem Objekt (10) im Bereich der Projektionsfläche des sich im Wasser (15) befindenden Teils Rumpfs (11) in Längserstreckungsachse (X);das Detektionsmodul (14) umfassend eine Sonareinheit, die Sonareinheit umfassend ein aktives Sonarsystem zum Emittieren eines Schallsignals (24) und zum Empfangen eines Echos (25) des Schallsignals (24);wobei das Schallsignal (24) eine Hauptscanstrahlrichtung (29) und einen Scanstrahlwinkel (β) aufweist;wobei das Detektionsmodul (14) im Bereich der unteren Peripherie des Wasserfahrzeugs (12) am Wasserfahrzeug (12) fest verbunden ist;dadurch gekennzeichnet, dassdie Hauptscanstrahlrichtung (29) in Längserstreckungsachse (X) in Bezug auf das Wasserfahrzeug (12) vorwärtsgerichtet und aufwärts ausgerichtet ist.Protective device for watercraft (12) for surface navigation, wherein the watercraft can be propelled with a relative direction of movement (V) with respect to water (15);the watercraft (12) comprising at least a hull (11), a front region (13) and a Longitudinal axis (X);the watercraft (12) further comprising a detection module (14) for detecting at least one object (10) in the area of the projection surface of the hull part (11) located in the water (15) in the longitudinal axis (X);the Detection module (14) comprising a sonar unit, the sonar unit comprising an active sonar system for emitting a sound signal (24) and for receiving an echo (25) of the sound signal (24); the sound signal (24) having a main scanning beam direction (29) and a scanning beam angle ( β); wherein the detection module (14) is firmly connected to the watercraft (12) in the area of the lower periphery of the watercraft (12); characterized in that the main scanning beam direction (29) in the longitudinal axis (X) with respect to the watercraft (12) forward and upward oriented.

Description

Technisches Gebiettechnical field

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Schutzeinrichtung für Wasserfahrzeuge für die Oberflächennavigation umfassend ein Detektionsmodul zur Detektion von zumindest einem Objekt im Bereich der Fahrtrichtung des Wasserfahrzeugs. Insbesondere betrifft die Erfindung eine Detektionsvorrichtung, die eine Sonareinheit umfasst, wobei die Sonareinheit ein aktives Sonarsystem zum Emittieren eines Schallsignals und zum Empfangen eines Echos des Schallsignals umfasst. Im Falle einer Detektion von zumindest einem Objekt, das potenziell mit dem sich in Fahrtrichtung bewegenden Wasserfahrzeug kollidieren könnte, kann das Detektionsmodul ein Signal erzeugen und/oder einen berechneten Abstand zum Objekt als Wert zur Verfügung stellen.The present invention relates to a protective device for watercraft for surface navigation, comprising a detection module for detecting at least one object in the area of the direction of travel of the watercraft. In particular, the invention relates to a detection device comprising a sonar unit, the sonar unit comprising an active sonar system for emitting a sound signal and for receiving an echo of the sound signal. If at least one object is detected that could potentially collide with the watercraft moving in the direction of travel, the detection module can generate a signal and/or provide a calculated distance to the object as a value.

Stand der TechnikState of the art

Wasserfahrzeuge, die auf Gewässern navigieren, können mit Objekten, die im Bereich der Fahrtrichtung treiben, kollidieren. Wasserfahrzeuge umfassen beispielsweise Schiffe und Boote. Gewässer umfassen beispielsweise Meere, Seen und Ozeane. Objekte umfassen Hindernisse, insbesondere Container, andere Wasserfahrzeuge, Trümmerteile und Tiere. Ein Wasserfahrzeug sollte solchen Objekten rechtzeitig ausweichen oder rechtzeitig stoppen, um eine Kollision zu vermeiden, welche zu Schäden am Wasserfahrzeug führen kann. Es ist wichtig, solche Objekte rechtzeitig zu erkennen, bevor eine Kollision mit dem Objekt erfolgt, d.h. so dass bei einer bestimmten Richtung und Geschwindigkeit des Wasserfahrzeugs noch genügend Zeit verbleibt, um entweder zu stoppen oder das Objekt sicher zu umfahren.Vessels navigating bodies of water may collide with objects floating in the direction of travel. Watercraft include, for example, ships and boats. Bodies of water include, for example, seas, lakes and oceans. Objects include obstacles, particularly containers, other watercraft, debris, and animals. A watercraft should avoid such objects in time or stop in time to avoid a collision, which may result in damage to the watercraft. It is important to detect such objects in good time before a collision with the object occurs, i.e. so that at a certain direction and speed of the vessel there is still enough time to either stop or safely avoid the object.

Um eine Kollision zu vermeiden, wird der Bereich der Fahrtrichtung typischerweise überwacht, was entweder durch die Besatzung des Wasserfahrzeugs durch visuelle Sichtung erfolgen kann oder unter Zuhilfenahme technischer Hilfsmittel des Stands der Technik. Objekte, die unterhalb oder knapp unterhalb der Wasseroberfläche treiben, können nur ungenügend durch visuelle Sichtung erkannt werden. Die technischen Hilfsmittel, wie im Stand der Technik offenbart, sind aufwendig und komplex.In order to avoid a collision, the area of the direction of travel is typically monitored, which can be done either by the crew of the watercraft through visual sighting or with the help of state-of-the-art technical aids. Objects floating below or just below the water surface can only be insufficiently recognized by visual sighting. The technical aids, as disclosed in the prior art, are expensive and complex.

Daher ist ein einfaches Frühwarnsystem für eine zuverlässige Warnung vor Objekten im Wasser im Bereich der Fahrtrichtung des Wasserfahrzeugs wünschenswert.Therefore, a simple early warning system for a reliable warning of objects in the water in the direction of travel of the watercraft is desirable.

Die EP3838735 A1 offenbart ein Wasserfahrzeug mit einer Vorrichtung zum Erkennen von Hindernissen im Bereich der Fahrtrichtung des Wasserfahrzeugs, versehen mit einem Gehäusekörper, in dem ein aktiver Sonarsensor untergebracht ist, der einen akustischen Signalstrahl aussendet, und Messmittel, um Echos zu empfangen. Die Vorrichtung umfasst Mittel, die den Gehäusekörper an der tragenden Struktur (Schiffsrumpf) unterhalb der Wasseroberfläche tragen. Die Abstrahlöffnung des Gehäusekörpers ist frontal zum Bug des Wasserfahrzeugs ausgerichtet, wobei sich der akustische Signalstrahl in relativer Bewegungsrichtung des Wasserfahrzeugs zum Wasser ausbreitet, um Hindernisse vor dem Wasserfahrzeug zu detektieren. Die Mittel umfassen ein erstes Gelenk zum Drehen des Gehäusekörpers um eine Achse parallel zur Stampf- bzw. Nickachse des Wasserfahrzeugs. Der Gehäusekörper umfasst auch eine Ruderflosse, um den Gehäusekörper über den hydrodynamischen Widerstand und bei Drehung um die Achse des ersten Gelenks in der relativen Bewegungsrichtung in Bezug auf das Wasser auszurichten.The EP3838735 A1 discloses a watercraft with a device for detecting obstacles in the area of the direction of travel of the watercraft, provided with a housing body in which an active sonar sensor is housed, which emits an acoustic signal beam, and measuring means to receive echoes. The device includes means that support the housing body on the supporting structure (ship hull) below the water surface. The emission opening of the housing body is aligned frontally to the bow of the watercraft, with the acoustic signal beam propagating in the direction of movement of the watercraft relative to the water in order to detect obstacles in front of the watercraft. The means comprise a first joint for rotating the housing body about an axis parallel to the pitch axis of the watercraft. The casing body also includes a rudder fin for orienting the casing body in the relative direction of movement with respect to the water through hydrodynamic resistance and upon rotation about the axis of the first joint.

Dieser Ansatz kann Hindernisse vor dem Wasserfahrzeug mittels einer aktiven Sonareinheit erkennen. Werden solche Hindernisse erkannt, so kann Einfluss auf die Fortbewegung des Wasserfahrzeugs genommen und eine Kollision vermieden werden. Es wird gelehrt, dass sich der akustische Signalstrahl in relativer Bewegungsrichtung des Wasserfahrzeugs zum Wasser ausbreitet. Dies hat den Nachteil, dass Objekte nahe am Bug des Wasserfahrzeugs und oberhalb der aktiven Sonareinheit, d.h. nahe an der Wasseroberfläche, nicht erkannt werden. Zudem ist die vorgeschlagene Lösung technisch aufwändig, da das aktive Sonar in einem Gehäusekörper untergebracht ist, der eine Ruderflosse umfasst und der über zumindest ein Gelenk an der tragenden Struktur befestigt ist.This approach can detect obstacles in front of the watercraft using an active sonar unit. If such obstacles are detected, the movement of the watercraft can be influenced and a collision can be avoided. The audible signal beam is taught to propagate in the direction of movement of the watercraft relative to the water. The disadvantage of this is that objects close to the vessel's bow and above the active sonar unit, i.e. close to the water surface, will not be detected. In addition, the proposed solution is technically complex, since the active sonar is housed in a housing body that includes a rudder fin and is attached to the supporting structure via at least one joint.

Die EP3654233 A1 offenbart ein System einsetzbar auf einem Wasserfahrzeug zum Identifizieren mindestens eines Objekts, das zumindest teilweise in eine Wasserfläche eingetaucht ist, wobei das System ein Erfassungsmodul umfasst, das mindestens eine Kamera umfasst, wobei die mindestens eine Kamera so konfiguriert ist, dass sie mindestens eine Bildfolge der Wasserfläche erzeugt, und ein Verarbeitungsmodul, das so konfiguriert ist, dass es mindestens eine Bildfolge von der mindestens einen Kamera empfängt und mindestens ein künstliches neuronales Netzwerk umfasst, wobei das mindestens eine künstliche neuronale Netzwerk so konfiguriert ist, dass es mindestens ein Objekt in der mindestens einen empfangenen Bildfolge erkennt, einen Satz von Merkmalen aus dem mindestens einen erfassten Objekt extrahiert, der extrahierte Satz von Merkmalen mit mindestens einem vorbestimmten Satz von Merkmalen, die einem vordefinierten Objekt zugeordnet sind, vergleicht, das mindestens eine detektierte Objekt identifiziert, wenn der extrahierte Satz von Merkmalen mit dem mindestens einen vorbestimmten Satz von Merkmalen übereinstimmt.The EP3654233 A1 discloses a system deployable on a watercraft for identifying at least one object at least partially submerged in an area of water, the system comprising a capture module comprising at least one camera, the at least one camera being configured to capture at least one image sequence of the Water surface generated, and a processing module configured to receive at least one image sequence from the at least one camera and comprising at least one artificial neural network, wherein the at least one artificial neural network is configured to include at least one object in the at least recognizes a received image sequence, extracts a set of features from the at least one detected object, compares the extracted set of features with at least one predetermined set of features associated with a predefined object, identifies the at least one detected object when the extracted Set of features matches the at least one predetermined set of features.

Dieser Ansatz kann auf einer Wasserfläche treibende Objekte über eine Kamera visuell erkennen. Werden solche Objekte erkannt, so kann Einfluss auf die Fortbewegung des Wasserfahrzeugs genommen und eine Kollision vermieden werden. Allerdings ist das System nicht geeignet, um Objekte bei schlechten Sichtbedingungen und Objekte, die (mehrheitlich) unter der Wasseroberfläche treiben, zu detektieren.This approach can visually detect objects floating on a water surface via a camera. If such objects are detected, the movement of the watercraft can be influenced and a collision can be avoided. However, the system is not suitable for detecting objects in poor visibility conditions and objects that (mostly) float below the water surface.

Aus US1,402,258 ist eine Vorrichtung bekannt, bestehend aus einem leichten, offenen Rahmenwerk, das mit einem Sicherheitsabstand vor dem Schiff hergetrieben wird und dabei vollständig untergetaucht und flächenmässig praktisch den grössten untergetauchten Querschnitt des Schiffes abdeckt. Daher würde jedes schwimmende oder stationäre untergetauchte Objekt, das den Rumpf des Schiffes bzw. seine Stirnfläche auf seinem Weg treffen würde, zuerst mit dem vorderen Schutzrahmen in Kontakt kommen. Dieser Kontakt wird durch eine geeignete Vorrichtung eingerichtet, um eine Anzeige im Steuerhaus des Schiffes zu betätigen, die zuerst den Steuermann auf die Tatsache aufmerksam macht, dass die Vorrichtung ein Hindernis erkannt hat, und ihm dann ferner eine visuelle Anzeige gibt, um welchen Teil der Vorrichtung es sich handelt, die getroffen wurde. Wenn der Kontakt auf der Backbordseite ist, kann der Steuermann nach Steuerbord steuern und umgekehrt. Wenn der Kontakt auf der Unterseite ist, kann der Steuermann das Vorhandensein einer Untiefe vermuten und hat Gelegenheit, sein Schiff anzuhalten und umzukehren.Out of US1,402,258 a device is known consisting of a light, open framework which is propelled at a safe distance in front of the ship and is thereby completely submerged and covers practically the largest submerged cross-section of the ship in terms of area. Therefore, any floating or stationary submerged object that would strike the ship's hull or face in its path would first make contact with the forward protective frame. This contact is established by an appropriate device to operate an indicator in the ship's wheelhouse which first alerts the helmsman to the fact that the device has detected an obstruction and then further gives him a visual indication as to what part of the device that was hit. If the contact is on the port side, the helmsman can steer to starboard and vice versa. If the contact is on the bottom, the helmsman can suspect the presence of a shoal and has an opportunity to stop and turn his ship around.

Dieser Ansatz kann auf einer Wasserfläche treibende Objekte über direkte Berührung mit dem Objekt erkennen. Werden solche Objekte erkannt, so kann Einfluss auf die Fortbewegung des Wasserfahrzeugs genommen und eine Kollision zwischen dem Wasserfahrzeug selbst und dem Objekt vermieden werden. Für eine Detektion ist jedoch eine Kollision zwischen der erfindungsgemässen Vorrichtung und dem Objekt erforderlich. Auch ist die Vorrichtung sperrig und gross, muss mit grossem Abstand vor dem Wasserfahrzeug im Wasser hergetrieben werden und beeinträchtigt die Aquadynamik. Zudem ist zur Erkennung der Objekte eine direkte Berührung mit den Objekten erforderlich, was zu Verschleiss führt.This approach can detect objects floating on a water surface through direct contact with the object. If such objects are detected, the movement of the watercraft can be influenced and a collision between the watercraft itself and the object can be avoided. However, a collision between the device according to the invention and the object is required for detection. The device is also bulky and large, has to be driven in the water at a large distance in front of the watercraft and impairs the aquadynamics. In addition, direct contact with the objects is required to recognize the objects, which leads to wear.

Zusammenfassung der ErfindungSummary of the Invention

Eine Aufgabe der Erfindung ist daher, eine Schutzeinrichtung für ein Wasserfahrzeug mit einer vereinfachten Vorrichtung anzugeben, mit der eine Kollision zwischen dem Wasserfahrzeug und in Wasser im Bereich der Fahrtrichtung des Wasserfahrzeugs treibenden Objekten verhindert werden kann, auch wenn die Objekte (mehrheitlich) unter der Wasseroberfläche und/oder nahe vor dem Wasserfahrzeug treiben.One object of the invention is therefore to specify a protective device for a watercraft with a simplified device with which a collision between the watercraft and objects floating in water in the area of the direction of travel of the watercraft can be prevented, even if the objects are (mostly) below the water surface and/or drifting close in front of the watercraft.

Eine Ausführungsform des erfindungsgemässen Gegenstands weist ein Wasserfahrzeug 12 für die Oberflächennavigation auf, das mit einer Relativbewegungsrichtung V in Bezug auf das Wasser 15 fortbewegt werden kann. Das Wasserfahrzeug 12 umfassend einen Rumpf 11, einen Frontbereich 13 und eine Längserstreckungsachse X. Das Wasserfahrzeug 12 umfasst weiter ein Detektionsmodul 14 zur Detektion von zumindest einem Objekt 10 im Bereich der Projektionsfläche des sich im Wasser 15 befindenden Teils des Rumpfs 11 in Längserstreckungsachse X. Unter der genannten Projektionsfläche ist jene Fläche zu verstehen, die bei der Projektion durch Strahlen, welche parallel zur Längserstreckungsachse X verlaufen, abgebildet würde. Das Detektionsmodul 14 umfassend eine Sonareinheit, die Sonareinheit umfassend ein aktives Sonarsystem zum Emittieren eines Schallsignals 24 und zum Empfangen eines Echos 25 des Schallsignals 24, wobei das Schallsignal 24 eine Hauptscanstrahlrichtung 29 und einen Scanstrahlwinkel β aufweist, wobei das Detektionsmodul 14 im Bereich der unteren Peripherie des Wasserfahrzeugs 12, vorzugsweise mit dem Wulst des Bugs, dem Kiel, dem Schwert oder der Kielbombe, am Wasserfahrzeug 12 fest verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, die Hauptscanstrahlrichtung 29 in Längserstreckungsachse X in Bezug auf das Wasserfahrzeug 12 vorwärtsgerichtet mit einem Vertikalwinkel α zwischen 5° und 45°, vorzugsweise zwischen 15° und 35°, besonders bevorzugt zwischen 20° und 25° aufwärts ausgerichtet ist.An embodiment of the inventive subject matter comprises a watercraft 12 for surface navigation, which can be propelled with a relative direction of movement V with respect to the water 15 . The watercraft 12 comprises a hull 11, a front area 13 and a longitudinal axis X. The watercraft 12 further comprises a detection module 14 for detecting at least one object 10 in the area of the projection surface of the part of the hull 11 in the water 15 in the longitudinal axis X. Below The said projection surface means that surface which would be imaged in the projection by rays running parallel to the longitudinal axis X. The detection module 14 comprises a sonar unit, the sonar unit comprises an active sonar system for emitting a sound signal 24 and for receiving an echo 25 of the sound signal 24, the sound signal 24 having a main scanning beam direction 29 and a scanning beam angle β, with the detection module 14 in the area of the lower periphery of the watercraft 12, preferably with the bulge of the bow, the keel, the centreboard or the keel bulb, is firmly connected to the watercraft 12, characterized in that the main scanning beam direction 29 in the longitudinal axis X in relation to the watercraft 12 is directed forward with a vertical angle α between 5° and 45°, preferably between 15° and 35°, more preferably between 20° and 25° upwards.

Unter einem Wasserfahrzeug für die Oberflächennavigation kann ein Fortbewegungsmittel, optional zur Beförderung von Personen und/oder Fracht, auf Wasser verstanden werden.A watercraft for surface navigation can be understood to mean a means of locomotion, optionally for the transport of people and/or cargo, on water.

Das Wasserfahrzeug kann sich mit einer Relativbewegungsrichtung und einer Relativgeschwindigkeit in Bezug auf das Wasser bewegen. Typischerweise umfasst ein solches Wasserfahrzeug Antriebs- und Steuermittel, wobei diese zur Navigation auf dem Wasser verwendet werden. Durch Einsetzen dieser Antriebs- und Steuermittel ist es möglich, das Wasserfahrzeug zu beschleunigen, zu verzögern und/oder in eine bestimmte Richtung zu steuern (steuerbord, backbord, geradeaus), d.h. die Relativbewegungsrichtung und Relativgeschwindigkeit zu verändern.The watercraft can move with a relative direction of movement and a relative speed with respect to the water. Typically, such a watercraft includes propulsion and steering means, which are used for navigation on the water. By using these propulsion and control means it is possible to accelerate, decelerate and/or steer the watercraft in a certain direction (starboard, port, straight ahead), i.e. to change the relative direction of movement and relative speed.

Befindet sich das Wasserfahrzeug mit gegebener Relativbewegungsrichtung und Relativgeschwindigkeit auf Kollisionskurs mit einem im Wasser treibenden Objekt (Hindernis), kann unter Zuhilfenahme der Antriebs- und Steuermittel eine Kollision vermieden werden, wenn das Objekt rechtzeitig erkannt wird. Eine rechtzeitige Erkennung ist dann gegeben, wenn die Relativbewegungsrichtung und/oder die Relativbewegungsgeschwindigkeit des Wasserfahrzeugs noch so verändert werden kann, dass eine Berührung zwischen dem Wasserfahrzeug und dem Objekt verhindert werden kann.If the watercraft with a given relative direction of movement and relative speed is on a collision course with an object floating in the water (obstacle), under A collision can be avoided with the aid of the drive and control means if the object is detected in good time. A timely detection is given when the relative movement direction and/or the relative movement speed of the watercraft can still be changed in such a way that contact between the watercraft and the object can be prevented.

Das Wasserfahrzeug umfasst typischerweise einen Rumpf (Schiffsrumpf), einen Frontbereich und eine Längserstreckungsachse X. Als Rumpf bezeichnet man den Teil eines Boots oder Schiffs, der ihm die Schwimmfähigkeit verleiht. Als Frontbereich, auch Bug genannt, bezeichnet man den Teil des Rumpfs, der bei Vorwärtsfahrt des Wasserfahrzeugs das Wasser verdrängt. Die Längserstreckungsachse X ist Teil des an das Wasserfahrzeug gebunden Koordinatensystems, wobei die Längserstreckungsachse X vom Zentrum des Rumpfs horizontal in Richtung des Frontbereichs läuft.The watercraft typically includes a hull (hull), a front area and a longitudinal axis X. The hull is the part of a boat or ship that gives it the ability to float. The front area, also known as the bow, is the part of the hull that displaces the water when the watercraft is moving forward. The longitudinal axis X is part of the coordinate system bound to the watercraft, the longitudinal axis X running horizontally from the center of the hull in the direction of the front area.

Das Wasserfahrzeug umfasst weiter ein Detektionsmodul zur Detektion von zumindest einem Objekt (Hindernis) im Bereich der Projektionsfläche des sich im Wasser befindenden Teils des Rumpfs in der Längserstreckungsachse X.The watercraft also includes a detection module for detecting at least one object (obstacle) in the area of the projection surface of the part of the hull located in the water in the longitudinal axis X.

Das Detektionsmodul umfasst eine Sonareinheit, wobei die Sonareinheit ein aktives Sonarsystem zum Emittieren eines Schallsignals und zum Empfangen eines Echos umfasst. Ein aktives Sonarsystem umfasst ein aktives Sonar, das das Echoprinzip wie Radaranlagen benutzt, es strahlt also selbst ein Signal aus, dessen Echo es empfängt, aus dem es über die Laufzeit des Echos die Entfernung bestimmt. Das Schallsignal weist eine Hauptscanstrahlrichtung (Strahlrichtung) und einen Scanstrahlwinkel (Strahlwinkel) auf. Die Hauptscanstrahlrichtung ist die Hauptausbreitungsrichtung des Schallsignals und kann als Vektor dargestellt werden. Mit einem Vertikalwinkel (α) wird die Hauptscanstrahlrichtung gegenüber der Längsausbreitungsachse (X) angegeben. Der Scanstrahlwinkel (β) spannt Detektionsbereichsgrenzen 28 symmetrisch um die Hauptscanstrahlrichtung auf, welche einen Detektionsbereich 40 begrenzen, wo innerhalb der Detektionsbereichsgrenzen 28, d.h. im Detektionsbereichs 40 Objekte (Hindernisse) durch das aktive Sonarsystem erfasst, d.h. detektiert werden können.The detection module includes a sonar unit, the sonar unit including an active sonar system for emitting a sound signal and for receiving an echo. An active sonar system includes an active sonar that uses the echo principle like radar systems, so it itself emits a signal whose echo it receives, from which it determines the distance over the duration of the echo. The sound signal has a main scanning beam direction (beam direction) and a scanning beam angle (beam angle). The main scanning beam direction is the main propagation direction of the sound signal and can be represented as a vector. A vertical angle (α) indicates the main scanning beam direction relative to the longitudinal propagation axis (X). The scanning beam angle (β) spans detection area limits 28 symmetrically around the main scanning beam direction, which delimit a detection area 40 where within the detection area limits 28, i.e. in the detection area 40, objects (obstacles) can be detected by the active sonar system, i.e. can be detected.

Das Detektionsmodul ist im Bereich der unteren Peripherie des Wasserfahrzeugs, beispielsweise mit dem Wulst des Bugs, dem Kiel, dem Schwert oder der Kielbombe, fix verbunden, wobei das aktive Sonarsystem in Bezug auf das Wasserfahrzeug vorwärtsgerichtet ist. Durch die derartige Positionierung des Detektionsmoduls wird es möglich, die Hauptscanstrahlrichtung gegenüber der Längsausbreitungsachse (X) aufwärts zu richten und, als Folge davon, bei geeignetem Scanstrahlwinkel, Objekte (Hindernisse) zumindest im gesamten Frontbereich (d.h. im Bereich der Projektionsfläche des sich im Wasser befindenden Teils des Rumpfs in Längserstreckungsachse X) zu erfassen bzw. zu detektieren. Zusätzlich, bei geeigneter Wahl des Scanstrahlwinkels (β) (d.h. des Detektionsbereichs), können Objekte (Hindernisse) auch unterhalb des Bereichs der Projektionsfläche des sich im Wasser befindenden Teils des Rumpfs in Längserstreckungsachse X erfasst bzw. detektiert werden.The detection module is fixed in the area of the lower periphery of the vessel, for example to the bulb of the bow, the keel, the centreboard or the keel bulb, the active sonar system being directed forwards with respect to the vessel. By positioning the detection module in this way, it becomes possible to direct the main scanning beam direction upwards in relation to the longitudinal propagation axis (X) and, as a result, with a suitable scanning beam angle, objects (obstacles) at least in the entire front area (i.e. in the area of the projection surface of the one in the water). To capture or detect part of the fuselage in the longitudinal axis X). In addition, with a suitable choice of the scanning beam angle (β) (i.e. the detection area), objects (obstacles) can also be detected or detected below the area of the projection surface of the part of the hull located in the water in the longitudinal axis X.

Die Erfindung betrifft demnach eine Schutzeinrichtung für Wasserfahrzeuge zur Oberflächennavigation, wobei das Wasserfahrzeug ein Detektionsmodul mit einer Sonareinheit zum Detektieren mindestens eines Objekts (Hindernisses) im Frontbereich des Wasserfahrzeugs umfasst, wobei das Detektionsmodul so ausgebildet ist, dass Schallwellen, deren Hauptscanstrahlrichtung vorwärts- und aufwärtsgerichtet ist, ausgesendet werden und dadurch Objekte (Hindernisse) im Frontbereich des Wasserfahrzeugs detektiert werden können.The invention therefore relates to a protective device for watercraft for surface navigation, the watercraft comprising a detection module with a sonar unit for detecting at least one object (obstacle) in the front area of the watercraft, the detection module being designed in such a way that sound waves whose main scanning beam direction is directed forwards and upwards , are sent out and objects (obstacles) can be detected in the front area of the watercraft.

Figurenlistecharacter list

1 Schematic side view of the protective device for watercraft according to the invention, with an object (obstacle) being located in front of the watercraft in the direction of travel

Beschreibung der AusführungsformenDescription of the embodiments

1 zeigt eine Schutzeinrichtung für Wasserfahrzeuge 12 für die Oberflächennavigation, das mit einer Relativbewegungsrichtung V in Bezug auf das Wasser 15 fortbewegt werden kann. Das Wasserfahrzeug 12 umfasst zumindest einen Rumpf 11, einen Frontbereich 13 und eine Längserstreckungsachse X. Das Wasserfahrzeug 12 umfasst weiter ein Detektionsmodul 14 zur Detektion von zumindest einem Objekt 10 im Bereich der Projektionsfläche des sich im Wasser 15 befindenden Teils des Rumpfs 11 in Längserstreckungsachse X. Das Detektionsmodul 14 umfasst eine Sonareinheit, die Sonareinheit umfasst ein aktives Sonarsystem zum Emittieren eines Schallsignals 24 und zum Empfangen eines Echos 25 des Schallsignals 24, wobei das Schallsignal 24 eine Hauptscanstrahlrichtung 29 und einen Scanstrahlwinkel β aufweist. Das Detektionsmodul 14 ist im Bereich der unteren Peripherie des Wasserfahrzeugs 12, vorzugsweise mit dem Wulst des Bugs, dem Kiel, dem Schwert oder der Kielbombe, am Wasserfahrzeug 12 fest verbunden. Wobei die Hauptscanstrahlrichtung 29 in Längserstreckungsachse X in Bezug auf das Wasserfahrzeug 12 vorwärtsgerichtet mit einem Vertikalwinkel α zwischen 5° und 45°, vorzugsweise zwischen 15° und 35°, besonders bevorzugt zwischen 20° und 25° aufwärts ausgerichtet ist. 1 FIG. 12 shows a surface navigation vessel protection device 12 which can be propelled with a relative direction of motion V with respect to the water 15. FIG. The watercraft 12 comprises at least one hull 11, a front region 13 and a longitudinal axis X. The watercraft 12 further comprises a detection module 14 for detecting at least one object 10 in the area of the projection surface of the part of the hull 11 in the water 15 in the longitudinal axis X. The detection module 14 includes a sonar unit, the sonar unit includes an active sonar system for emitting a sound signal 24 and for receiving an echo 25 of the sound signal 24, the sound signal 24 having a main scanning beam direction 29 and a scanning beam angle β. The detection module 14 is firmly connected to the watercraft 12 in the area of the lower periphery of the watercraft 12, preferably to the bulge of the bow, the keel, the centreboard or the keel bulb. Wherein the main scanning beam direction 29 in the longitudinal axis X in relation to the watercraft 12 is directed forward at a vertical angle α between 5° and 45°, preferably between 15° and 35°, more preferably between 20° and 25° upwards.

In einer weiteren Ausführungsform ist der Scanstrahlwinkel β zwischen 15° und 55°, vorzugsweise zwischen 25° und 45°, besonders bevorzugt zwischen 30° bis 40°.In a further embodiment, the scanning beam angle β is between 15° and 55°, preferably between 25° and 45°, particularly preferably between 30° and 40°.

In einer weiteren Ausführungsform umfasst das Detektionsmodul Mittel um die Hauptscanstrahlrichtung 29 in vertikaler und/oder horizontaler Ebene zu verändern. Diese Mittel umfassen beispielsweise: eine in Elevation und/oder Azimut phasengesteuerte Sonarantenne als Bestandteil des aktiven Sonarsystems; oder eine in Elevation und/oder Azimut durch zumindest einen Aktor (bspw. Motor, Piezoelement) bewegbare Sonarantenne als Bestandteil des aktiven Sonarsystems.In a further embodiment, the detection module includes means for changing the main scanning beam direction 29 in the vertical and/or horizontal plane. These means include, for example: a sonar antenna phased in elevation and/or azimuth as part of the active sonar system; or a sonar antenna that can be moved in elevation and/or azimuth by at least one actuator (e.g. motor, piezo element) as a component of the active sonar system.

In einer weiteren Ausführungsform weisst das Schallsignal 24 eine Frequenz zwischen 20 kHz und 110 kHz, vorzugsweise zwischen 60 kHz und 110 kHz, besonders bevor zwischen 80 kHz und 110 kHz auf.In a further embodiment, the sound signal 24 has a frequency between 20 kHz and 110 kHz, preferably between 60 kHz and 110 kHz, particularly between 80 kHz and 110 kHz.

In einer weiteren Ausführungsform umfasst das Detektionsmodul 14 eine Rechnereinheit, die mittels programmierbarer Rechenvorschriften Daten verarbeitet. Die Rechnereinheit ist geeignet um einen Abstand A 20 zwischen einer vordersten Stelle 34 des Detektionsmoduls 14 und einer potenziellen Kollisionsstelle 32 des zumindest einen Objekts 10 sowie vorzugsweise einen Abstand B 22 zwischen einer vordersten Stelle 30 des Wasserfahrzeugs 12 und einer potenziellen Kollisionsstelle 32 des zumindest einen Objekts 10, basierend auf einer gemessenen Schallaufzeit (Signallaufzeit) eines ausgesendeten Schallsignals 24 und einem empfangenen Echos 25, zu berechnen und als WertE zu Verfügung zu stellen. Optional umfasst das Wasserfahrzeug einen Steuerstand, wobei das Detektionsmodul 14 ein Datenübertragungssystem umfasst, wobei das Datenübertragungssystem eingerichtet is,, um einen solchen Wert an den Steuerstand zu senden. Das Datenübertragungssystem umfasst dabei zumindest ein Kabel oder zumindest eine Antenne, um einen solchen Wert an den Steuerstand zu übertragen.In a further embodiment, the detection module 14 comprises a computer unit which processes data using programmable calculation rules. The computer unit is suitable for a distance A 20 between a foremost point 34 of detection module 14 and a potential collision point 32 of the at least one object 10 and preferably a distance B 22 between a foremost point 30 of watercraft 12 and a potential collision point 32 of the at least one object 10, based on a measured sound propagation time (signal propagation time) of a transmitted sound signal 24 and a received echo 25, and to make them available as values E. Optionally, the watercraft includes a helm station, with the detection module 14 including a data transmission system, with the data transmission system being set up to send such a value to the helm station. The data transmission system includes at least one cable or at least one antenna in order to transmit such a value to the control station.

In einer alternativen Ausführungsform ist ein Schwellenwert definiert; wenn der oben genannte berechnete Wert den Schwellenwert unterschreitet, veranlasst die Rechnereinheit das Erzeugen eines elektrischen Signals. Optional umfasst das Wasserfahrzeug 12 einen Signalgeber, der mit der Rechnereinheit verbunden ist, wobei der Signalgeber durch das Erzeugen des elektrischen Signals aktiviert wird. Der Signalgeber kann beispielsweise ein akustischer oder ein visueller Signalgeber sein.In an alternative embodiment, a threshold is defined; if the above calculated value falls below the threshold value, the computing unit causes an electrical signal to be generated. Optionally, the watercraft 12 includes a signal transmitter that is connected to the computer unit, the signal transmitter being activated by the generation of the electrical signal. The signal generator can be an acoustic or a visual signal generator, for example.

BezugszeichenlisteReference List

1010: Objektobject
1111: Rumpfhull
1212: Wasserfahrzeugwatercraft
1313: Frontbereichfront area
1414: Detektionsmoduldetection module
1515: WasserWater
2020: Abstand ADistance A
2222: Abstand BDistance B
2424: Schallsignalsound signal
2525: Echoecho
2828: Detektionsbereichsgrenzendetection range limits
2929: Hauptscanstrahlrichtungmain scanning beam direction
3030: vorderster Stelle des Wasserfahrzeugsfront position of the watercraft
3232: Kollisionsstelle des Objektscollision point of the object
3434: Nullstelle des DetektionsmodulsZero point of the detection module
4040: Detektionsbereichdetection area
VV: Relativbewegungsrichtungdirection of relative movement
XX: Längserstreckungsachselongitudinal axis
αa: Vertikalwinkelvertical angle
ββ: Scanstrahlwinkelscanning beam angle

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturPatent Literature Cited

EP 3838735 A1 [0005]
EP 3654233 A1 [0007]
US1402258 [0009]

Claims

Protective device for watercraft (12) for surface navigation, wherein the watercraft can be propelled with a relative direction of movement (V) with respect to water (15); the watercraft (12) comprising at least one hull (11), a front area (13) and a longitudinal axis (X); the watercraft (12) further comprising a detection module (14) for detecting at least one object (10) in the area of the projection surface of the hull part (11) located in the water (15) in the longitudinal axis (X); the detection module (14) comprising a sonar unit, the sonar unit comprising an active sonar system for emitting a sound signal (24) and for receiving an echo (25) of the sound signal (24); wherein the sound signal (24) has a main scanning beam direction (29) and a scanning beam angle (β); wherein the detection module (14) is firmly connected to the watercraft (12) in the area of the lower periphery of the watercraft (12); characterized in that the main scanning beam direction (29) in the longitudinal axis (X) with respect to the watercraft (12) is forward and directed upwards.

Protective device for watercraft (12). claim 1 , wherein the detection module (14) is firmly connected to the bulb of the bow, the keel, the centreboard or the keel bomb of the watercraft (12).

Protective device for watercraft (12) according to one of Claims 1 or 2 , wherein the main scanning beam direction (29) in relation to the longitudinal axis (X) has a vertical angle (α) between 5° and 45°, preferably between 15° and 35°, particularly preferably between 20° and 25°.

Protective device for watercraft (12) according to one of Claims 1 until 3 , wherein the scanning beam angle (β) is between 15° and 55°, preferably between 25° and 45°, particularly preferably between 30° and 40°.

Protective device for watercraft (12) according to one of Claims 1 until 4 wherein the active sonar system comprises an elevation and/or azimuth phased array sonar antenna.

Protective device for watercraft (12) according to one of Claims 1 until 4 , wherein the active sonar system (14) comprises a sonar antenna that can be mechanically moved in elevation and/or azimuth by at least one actuator.

Protective device for watercraft (12) according to one of Claims 1 until 6 , wherein the sound signal (24) has a frequency between 20 kHz and 110 kHz, preferably between 60 kHz and 110 kHz, particularly preferably between 80 kHz and 110 kHz.

Protective device for watercraft (12) according to one of Claims 1 until 7 , wherein the detection module (14) comprises a computer unit to calculate a distance A (20) between a foremost point (34) of the detection module (14) and a potential collision point (32) of the at least one object (10) and preferably a distance B (22 ) between a foremost point (30) of the watercraft (12) and a potential collision point (32) of the at least one object (10), based on a measured sound propagation time of the sound signal (24) and the received echo (25) and calculated as a value provides.

Protective device for watercraft (12). claim 8 , comprising a control station, wherein the detection module (14) comprises a data transmission system, wherein the data transmission system is set up to send the value to the control station.

Protective device for watercraft (12). claim 9 , wherein the data transmission system comprises at least one cable or at least one antenna.

Protective device for watercraft (12). claim 8 , wherein a threshold value is defined and the computer unit is set up to generate an electrical signal when the calculated value falls below the threshold value.

Protective device for watercraft (12). claim 11 , wherein the watercraft (12) comprises a signal transmitter, the signal transmitter being connected to the computer unit, the signal transmitter being set up such that the signal transmitter is activated when an electrical signal is generated.

Protective device for watercraft (12). claim 12 , the signaling device being an acoustic or visual signaling device.