DE102009013466A1

DE102009013466A1 - Vorrichtung und/oder Verfahren zur automatischen Kalibrierung von Navigationsinstrumenten

Info

Publication number: DE102009013466A1
Application number: DE200910013466
Authority: DE
Inventors: Werner Rudolf Frie
Original assignee: Frie Werner Rudolf Dr
Current assignee: Frie Werner Rudolf Dr
Priority date: 2009-03-10
Filing date: 2009-03-10
Publication date: 2010-09-16

Abstract

Aufgabe der Erfindung ist es eine automatische Kalibrierung von Navigationsinstrumenten zu ermöglichen über eine Referenzfahrt mit einem Satellitennavigationssystem.

Description

Stand der Technik
Im Yachtsport-Bereich – wie in der beruflichen Schifffahrt – steigt zunehmend der Vernetzungsgrad der Navigationsinstrumente untereinander. Dies bietet die Möglichkeit des Datenaustausches untereinander zwischen den einzelnen Komponenten wie z. B. Logge, Echolot, GPS, Windmesser, Krängungsmesser, AIS-Empfänger, Kartenplotter usw..
Vielerlei abgeleitete Größen lassen sich hieraus berechnen, die nicht direkt der Messung zugänglich sind wie z. B. absolute Windrichtung oder Strömungsrichtung bzw. Abdrift. Fehler in der Kalibrierung der einzelnen Geräte führen hierbei zu absolut irreführenden Ergebnisse. Zum Beispiel ist ein 10%-Messfehler der Logge als Messwert noch zu gebrauchen – rechnet man jedoch mit der zusätzlichen GPS-Geschwindigkeit den Strom aus, so zeigt dieser manchmal in eine vollkommen andere Richtung.
Noch schwieriger sind Fehler in der Ablenkungstabelle des elektronischen Kompasses zu erkennen, denn auf manchen Kursen ist dieser Fehler „Null” und auf anderen Kursen auch schon mal „> 20°”. Mit Hilfe dieses Messwertes werden jedoch Radarseitenpeilungen als „rechtweisende” Peilung am Kartenplotter angezeigt. Ferner wird das Radarbild bei der Darstellung vom Radar-Overlay um diesen Winkel gedreht. Bei 20°-Fehler kommen dann Radarreflexe nicht mehr mit einen Objekt in der Seekarte vom Kartenplotter zur Deckung, was zur Fehlinterpretation des Radarbildes führen kann.
Zur Bestimmung der Strömung und der Abdrift müssen insbesondere die Logge, der elektronische Kompass – sowie GPS-Kurs und – Geschwindigkeit genau kalibriert sein, da es in der Vektorrechnung um kleine Differenzen geht. Insbesondere, wenn man unter zu Hilfennahme der Windinformation, die Beschickung-Strom und Beschickung-Wind getrennt bestimmen möchte, so ist eine Messgenauigkeit im Bereich von 1° und typischerweise 0.2 kn erforderlich.
Aufgrund der unterschiedlichen Einbaupositionen, der nachträglichen Ausrüstung und der Beladung einer Yacht können die Fehler des elektronischen Kompasses nicht zwingend vorab werksseitig kompensiert werden.
Die Kompensierung der einzelnen Geräte an Bord ist nicht nur mühsam und zeitintensiv – sondern erfordert auch unter Umständen gute mathematische Fähigkeiten in Bezug auf das Fitten von Kurven.
Bekannt ist ferner, dass man für den normalen Steuerkompass eine Ablenkungstabelle erstellt bzw. nur überprüft mit Vergleich mit den jeweiligen GPS-Kursen, was jedoch nur unter der Annahme von strömungsfreiem Gewässer bisher gemacht wird.
Zur Kalibrierung von Schiffen wurde dieses früher an einer Kompensationsdalbe festgemacht und gedreht. Per Seitenpeilung wurden die einzelnen Werte der Ablenkungstabelle bestimmt.
Beschreibung
Aufgabe der Erfindung ist es eine einfaches Kalibrieren der Navigationsinstrumente an Bord eines Schiffes zu ermöglichen durch Referenzfahrt.
Hierzu werden unterschiedliche Kurse gesteuert, bei denen die Messwerte von Logge, GPS-Kurs und GPS-Geschwindigkeit und (sofern vorhanden) zusätzlich der elektronische Kompass gespeichert werden.
Für das Berechnen der Kalibrierung ist bei dieser Referenzfahrt eben nicht mehr ein strömungsfreies Gewässer bzw. ein Festmachen an einer Dalbe erforderlich – vielmehr wird nur angenommen, dass sich die Strömung für die wenigen Minuten einer Referenzfahrt mit Ort und Zeit nur geringfügig ändert. Diese Voraussetzung ist bei einer freien offenen Wasserfläche mit hinreichender Tiefe der Fall.
Sofern eine automatische Ansteuerung vom Autopiloten und/oder dem Motor möglich ist, so kann diese Messfahrt vollautomatisch erfolgen. Insbesondere kann die Steuereinheit kontrollieren, dass die Messwerte erst genommen werden, wenn sich Kurs und Geschwindigkeit stabilisiert haben – oder eine Ansprechzeit der Instrumente berücksichtigen. Ferner kann die Steuereinheit auch kontrollieren, dass eine Mindestgeschwindigkeit des Schiffes vorlag bzw. die Geschwindigkeitsregulierung übernehmen, was Voraussetzung für gute GPS-Messwerte ist – und dass die Strömungsgeschwindigkeit nicht oberhalb eines Maximalwertes liegt.
Die Strömungsgeschwindigkeit lässt sich im Anschluss daran als einen „sinusförmigen”-Offset der Soll/Ist-Geschwindigkeitswert aufgetragen über dem Kurs ausrechnen. Die Phasenlage eines solchen „Sinusfits” ergibt sogleich die Strömungsrichtung.
Mit bekannter Strömungsrichtung und -geschwindigkeit korrigierte Geschwindigkeitsmesswerte der Logge und das GPS ermöglichen ein einfache Berechnung des Skalierungswertes zueinander in Form eines „linearen” Fits. Bei sehr großen Skalierungswerten ist der Vorgang des Fittens der Strömungsberechnung gegebenenfalls zu wiederholen für eine höhere Genauigkeit nachdem die erste Näherung/Korrektur erfolgte.
Mit bekanntem Strom ist es nun ebenfalls leicht möglich eine Ablenkungstabelle für den elektronischen Kompass zu erstellen. Da die gesamte Kalibration mit dem GPS-Gerät erfolgt, so ist ein internes Ablegen der Ablenkungstabelle mit Erstellungsdatum möglich. Durch internen Speicher lassen sich mehrere alte Ablenkungstabellen zum Vergleich ablegen, so dass man erkennen kann, ob sich die Ablenkungstabelle „ungewöhnlich” verändert hat oder nicht. Ferner wären die wesentlichen Daten über den Schiffsort und den „Schiffszustand” mit ablegen.
Vorzugsweise ist die Referenzfahrt eine Kreisfahrt erst über den einen und dann über den anderen Bug. Jedes ungefähr kreisförmige Ellipsoid erfüllt hierbei den Zweck. Dieses Verfahren zu Kalibrierung eignet sich nicht nur für Schiffe sondern auch für Flugzeuge oder Autos. Vorteil der vorliegenden Erfindung ist, dass die zeitaufwändige Seitenpeilung zur Erstellung der Ablenkungstabelle wegfällt.
Für einen Segler bedeutet diese Erfindung, dass er nach dem Starten der Referenzfahrt sämtliche Navigationsinstrumente kalibriert hat. Während der Fahrt als vermutlich „manövrierbehindertes” Schiff könnten entsprechende Signale gegeben werden und der Schiffsführer muss nur noch aufpassen, dass trotzdem keine Kollision während der Referenzfahrt erfolgt – bzw. gegebenenfalls abrechen und abermals starten.
Weiter Ausführungsmerkmale sind den Unteransprüchen zu entnehmen.

Claims

Verfahren oder Vorrichtung dadurch gekennzeichnet, dass Navigationsinstrumente kalibriert werden durch automatischem Vergleich derer Messdaten mit welchen von einem Satelliten Navigationssystems von einer Referenzfahrt.
Verfahren oder Vorrichtung nach einem vorangegangen Patentanspruch dadurch gekennzeichnet, dass eine Herausrechnung eines Einflusses einer Strömung erfolgt.
Verfahren oder Vorrichtung nach einem vorangegangen Patentanspruch dadurch gekennzeichnet, dass eine Ablenkungstabelle für einen elektronischen Kompass ermittelt wird.
Verfahren oder Vorrichtung nach einem vorangegangen Patentanspruch dadurch gekennzeichnet, dass ein Korrekturwert für die Logge ermittelt wird.
Verfahren oder Vorrichtung nach einem vorangegangen Patentanspruch dadurch gekennzeichnet, dass solche Navigationsinstrumente in einem Wasserfahrzeug verbaut ist.
Verfahren oder Vorrichtung nach einem vorangegangen Patentanspruch dadurch gekennzeichnet, dass solche Navigationsinstrumente in einem Luftfahrzeug verbaut ist.
Verfahren oder Vorrichtung nach einem vorangegangen Patentanspruch dadurch gekennzeichnet, dass solche Navigationsinstrumente in einem Landfahrzeug verbaut ist.
Verfahren oder Vorrichtung nach einem vorangegangen Patentanspruch dadurch gekennzeichnet, dass bei jeder Referenzfahrt ein Güte für die Kalibrierung berechnet wird für eine Beurteilung der Qualität der Erstellten Korrektur-Parameter.