AT374595B - Ortungsverfahren - Google Patents

Description

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   Im Bergbau tritt häufig das Problem auf, die räumliche Lage eines Ortes bezüglich eines zweiten Ortes zu bestimmen, wobei eine direkte Messung zwischen beiden Orten nicht oder nur schwierig möglich ist. Im besonderen ist bei Grubenunglücken die Bestimmung des Standortes eingeschlossener Bergleute zu deren Rettung lebenswichtig. Das erfindungsgemässe Verfahren ermöglicht eine solche Ortung, es kann aber auch als Hilfe für Vermessungsaufgaben im Untertagebetrieb eingesetzt werden. 



   Es sind Methoden bekannt, mit Hilfe elektromagnetischer Signale eine Sendeantenne zu orten. 



  Bekannte Verfahren   (z. B.   US-PS Nr. 3, 866, 229) nützen die Strahlrichtung im Fernfeld eines Hochfrequenzsenders aus. Eine unterirdische Anwendung dieser HF-Verfahren ist wegen der grossen Dämpfung im Gestein nicht möglich. Bei Ortung mit niedriger Frequenz wird das Nahfeld einer Sendeantenne vermessen. Bei bekannten Verfahren   (z. B.   US-PS Nr. 3, 906, 504) werden waagrechte Rahmen-, Spulen- oder Schleifenantennen als unterirdische Sender verwendet. An der Erdoberfläche wird die waagrechte Komponente des magnetischen Signals gemessen und jener Punkt gesucht, in dem diese Null ist. Damit ist der Ort genau über dem Senderstandort gefunden. Bei hoher Überdeckung, im Gebirge oder in verbautem Gebiet ist eine oberflächengebundene Suche nur bedingt oder überhaupt nicht möglich.

   In einem bekannten Verfahren (US-PS Nr. 3, 906, 504) wird auch die Entfernungsabhängigkeit der Feldstärke zur Berechnung der Distanz bei bekannter Senderorientierung verwendet. In der US-PS Nr. 3, 718, 930 wird ein Verfahren zur Ortung einer waagrecht, knapp unter der Erdoberfläche liegenden Spule (an einem Bohrmeissel) durch Messung der Lage und des Abstandes der zwei Punkte mit verschwindender horizontaler Feldstärke beschrieben. 



   Mit keinem der bisher bekannten Verfahren lässt sich aber eine beliebig im Raum orientierte Sendeantenne orten. Das hier vorgeschlagene Ortungsverfahren eignet sich hingegen zur Lokalisierung einer Sendeantenne unbekannter Position und unbekannter Orientierung. 



   Das erfindungsgemässe Ortungsverfahren benutzt wie die bekannten Verfahren eine mit NF- -Signalen gespeiste Rahmen-, Spulen- oder Schleifenantenne. Die erfindungsgemässe Lösung besteht darin, dass die Richtung des von der Sendeantenne erzeugten Feldes bei bekannter Orientierung der Sendeantenne in zwei Empfangspunkten und bei unbekannter Orientierung der Sendeantenne in fünf Empfangspunkten gemessen und aus den ermittelten Feldrichtungen die Lage der Senderachse und die Position der Antenne auf der Achse bestimmt wird. 



   Fig. 1 stellt die Feldverhältnisse in einer Meridianebene um die Sendeantennenachse a dar, und Fig. 2 zeigt die Messsituation für den Fall, dass die Richtung der Senderachse a bekannt, z. B. lotrecht ist. 



   Vom Sender --Q-- wird die als Sendedipol--S--wirkende Drahtschleife oder Rahmenantenne mit niederfrequentem Wechselstrom I gespeist. Die Feldverteilung in allen um die Sendeantennenachse a denkbaren Meridianebenen hat die in   Fig. 1   gezeigte Form, repräsentativ sind einige Feldlinien f gezeichnet. Eine im Empfangspunkt   E,   definiert durch dessen Polarkoordinaten   r und e,   
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 die Richtung einer Tangente an die durch E gehende Feldlinie f und schliesst mit dem Radius r den   Winkel ) ein.   Eine Gerade g in Verlängerung dieser Richtung schneidet die Senderachse a im Punkt G. 



   Die zur Ortung der   Sendeantenne--S--gewählten   Messpunkte    E      und E2 (Fig. 2)   liegen in 
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   der Meridianebenen m1 1 und m2 2 lässt sich die Position der Senderachse a berechnen. Mit Hilfe der Winkelbeziehung wird aus dem Elevationswinkel der Feldrichtung in E1 1 und E2 2 die Tiefe von   S bestimmt. 



   Das Feld einer magnetischen Dipolantenne berechnet sich in bekannter Weise in Polarkoordinaten zu 

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    0Fig. 1), d. h.,   dass eine Gerade g als Tangente an eine Feldlinie f durch den Messpunkt E in der Meridianebene liegt, die durch die Senderachse a und den Messpunkt E bestimmt ist. Damit schneidet die Gerade g die Senderachse a in einem Punkt G (Schnittbedingung). Weiters gilt die Winkelbeziehung   tan 6 = G'tan    
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 chend, um die Position der Sendeantenne --S-- zu bestimmen. Die in den Empfangspunkten gemes-   senen Feldrichtungen g1 I und g 2 bestimmen zusammen mit der bekannten Richtung der Antennenachse a jeweils eine Meridianebene m bzw. m 2'Die Schnittlinie der beiden Ebenen m1 I und m 2    ist die gesuchte Antennenachse.

   Im Falle einer Bohrlochsuche ist dieses Ergebnis bereits ausreichend, zur Suche nach eingeschlossenen Bergleuten jedoch benötigt man die genaue Lage der Sendeantenne. 



   Die genaue Lage der Sendeantenne auf der Achse wird mit Hilfe der Winkelbeziehung bestimmt. Aus dem Winkel zwischen Feldrichtung g und Achsenrichtung a wird die Richtung des    Radiusvektors--r oder r--und   damit der Antennenstandort S berechnet. 



   Weiters ist es möglich, dass auch dann die Position und Richtung der Sendeantenne berechnet werden kann, wenn diese beliebig im Raum orientiert aufgestellt ist. Dies ist besonders in jenen Fällen vorteilhaft, in welchen eine genaue lotrechte Orientierung der Sendeantennenachse nicht oder nur schwierig möglich ist   (z. B.   Vermessung eines Bohrloches, einfache Drahtschleife als Antenne bei eingeschlossenen Bergleuten). Dazu ist die Messung der Feldrichtung in fünf beliebig verteilten Empfangspunkten erforderlich. Die Berechnung erfolgt in zwei Schritten :
1. Es wird die Lage der Antennenachse a   z. B.   mittels Plückerscher Geradenkoordinaten oder ähnlich geeigneter Rechenverfahren berechnet. 



   2. Es wird die Position der Antenne auf der Achse a mittels der Winkelbeziehung be- stimmt. 



   Die Vorteile des erfindungsgemässen Ortungsverfahrens gegenüber herkömmlichen sind   1.)   Sender und Empfänger können unter Tage stehen ;
2. ) nur Feldrichtungs-, aber keine Amplitudenmessung erforderlich ;   3.)   keine flächenmässige Suche, sondern nur Messungen in zwei oder fünf Empfangspunkten, die nach äusseren Gegebenheiten wählbar sind. 



   Das Ortungsverfahren ist sowohl geeignet, nach Grubenunglücken eingeschlossene Bergleute von ober wie unter Tage rasch zu orten, als auch für Vermessungsaufgaben im Bergbau   (z. B.   



  Bohrlochsuche) einsetzbar.

Claims (1)

1. PATENTANSPRUCH : Verfahren zur Ortung einer mit NF-Signalen gespeisten Spulen-, Rahmen- oder Schleifenantenne, dadurch gekennzeichnet, dass die Richtung des von der Sendeantenne erzeugten Feldes <Desc/Clms Page number 3> bei bekannter Orientierung der Sendeantenne in zwei Empfangspunkten und bei unbekannter Orientierung der Sendeantenne in fünf Empfangspunkten gemessen und aus den ermittelten Feldrichtungen die Lage der Senderachse und die Position der Antenne auf der Achse bestimmt wird.