DE102009047941B3

DE102009047941B3 - Verfahren zur akustischen Vermessung eines Gewässergrundes sowie Fächerloteinrichtung

Info

Publication number: DE102009047941B3
Application number: DE200910047941
Authority: DE
Inventors: Benno Dipl.-Phys. Freking
Original assignee: Atlas Hydrographic GmbH
Current assignee: Teledyne Reson AS
Priority date: 2009-10-01
Filing date: 2009-10-01
Publication date: 2011-03-24
Anticipated expiration: 2029-10-02

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum akustischen Vermessen eines Gewässergrundes mittels Fächerlotung, bei dem Schallimpulse ausgesendet werden, welche als reflektierte Schallwellen über eine Empfangsanordnung 17 empfangen werden, die einen aus einer Vielzahl N von gegeneinander verschwenkten, sich überlappenden Richtcharakteristiken (B) bestehenden Lotfächer bildet, wobei jeder Richtcharakteristik ein sog. Gruppensignal zugeordnet ist. Folgende Verfahrensschritte werden durchgeführt: a) Ermitteln einer ersten Signalrichtung 31, bei der das zugehörige Gruppensignal eine maximale Amplitude aufweist; b) Ermitteln des zu dieser Signalrichtung 31 gehörenden Amplitudenwertes des Gruppensignals sowie der Amplitudenwerte der Gruppensignale, dezuvor ermittelte Signalrichtung hineinreichen; c) Ermitteln eines zu der zuvor ermittelten Signalrichtung 31 gehörenden, rechnerischen Amplitudenwertes der Richtcharakteristik sowie der rechnerisch ermittelten Amplitudenwerte der zu beiden Seiten benachbarten Richtcharakteristiken, welche in die zuvor ermittelte Signalrichtung 31 hineinreichen; d) Durchführen eines Nutzervergleichs mittels linearer Regression, bei der die in den Schritten b) und c) ermittelten Amplitudenwerte Wertepaare aus jeweils einem Amplitudenwert eines Gruppensignals und einem rechnerisch ermittelten Amplitudenwert einer Richtcharakteristik bilden, mit anschließender Bestimmung eines die durchgeführte ...

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum akustischen Vermessen eines Gewässergrundes mittels Fächerortung gemäß Anspruch 1 sowie eine Fächerloteinrichtung zum Ausführen des Verfahrens gemäß Anspruch 6.
Fächerlotsysteme dienen einer flächendeckenden Kartierung und Exploration von Gewässern. Hierzu werden Schallimpulse ausgesendet und am Gewässergrund reflektierte oder gestreute Schallwellen von einer Empfangsanordnung mit einer Vielzahl gegeneinander verschwenkter Richtcharakteristiken, die unterschiedliche Empfangsrichtungen zur Vertikalen aufweisen, nach einer Laufzeit empfangen. Die Empfangsrichtungen der Schallwellen und Laufzeiten liefern Informationen über einen ihnen zugehörigen Reflexionsort am Gewässergrund. Herkömmlicherweise liefern bisher bekannte Verfahren einen Satz Rohdaten für jede Empfangsrichtung aus denen ein Bodenpunkt gewonnen wird.
Um bei der Vermessung des Gewässergrundes Details der Bodenstruktur oder versunkener Objekte wie beispielsweise Schiffsanker, Schiffswracks oder verloren gegangener Container sichtbar zu machen, wird eine hohe Winkelauflösung gefordert. Herkömmlicherweise wird eine hohe Winkelauflösung durch Bündelung der Richtcharakteristik beim Senden oder Empfangen erreicht. Eine übliche Maßnahme besteht darin, die Abmessung der Sende- und/oder Empfangsanordnung zu vergrößern, um den Öffnungswinkel ihrer Richtcharakteristiken zu verkleinern. Diese Methode setzt jedoch große Wandlerbasen voraus und ist daher sehr kostenintensiv.
Zum Erkennen dicht benachbarter Ziele beim Peilen von schallabstrahlenden oder schallreflektierenden Zielen ist ein Verfahren aus EP 0 715 182 A1 bekannt, welches überlappende Richtcharakteristiken aufweist. Dazu wird eine Winkelfunktion aus Gruppensignalen der Peilanlage als Abtastwerte über Hauptempfangsrichtungen ihrer Richtcharakteristik als unabhängige Variable gebildet. Um bei Vorliegen zweier dicht benachbarter Ziele eine Peilung vornehmen zu können, wird die Winkelfunktion mit einer Referenzfunktion verglichen und zwar im Winkelbereich durch Korrelation und im Raumfrequenzbereich durch Phasenvergleich der Spektren der Winkelfunktion und Referenzfunktion.
DE 196 29 689 C1 zeigt ebenfalls ein Verfahren für akustische Peilanlagen in der Wasserschalltechnik. Bei dem gezeigten Verfahren werden aus den Empfangssignalen der Sonaranlage Gruppensignale mit unterschiedlichen Richtcharakteristiken gebildet und die Peilung zum Ziel durch Ermittlung desjenigen Gruppensignals mit der größten Amplitude bestimmt. Bei diesem Verfahren wird eine Erhöhung der Peilgenauigkeit erreicht durch eine Verbesserung der Ermittlung der Gesamtverzögerungen, mit denen die Empfangssignale der Wandler beaufschlagt werden. Dazu werden eine oder mehrere Hilfsreferenzlinien parallel zu einer Referenzlinie vorgesehen und zugehörige Verzögerungssätze aus quantisierten Laufzeitverzögerungen und Restphasenverschiebungen für die Empfangssignale ermittelt.
Der Erfindung liegt daher das Problem zugrunde, die Messgenauigkeit eines Fächerlotsystems zum akustischen Vermessen des Gewässergrundes auf kostengünstigere Weise zu erhöhen.
Die Erfindung löst dieses Problem durch die Merkmale eines Verfahrens zum akustischen Vermessen eines Gewässergrundes mittels Fächerlotung gemäß Anspruch 1 sowie durch eine entsprechende Fächerloteinrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 6.
Erfindungsgemäß sind Richtcharakteristiken derart angeordnet, dass sich sehr viele benachbarte Richtcharakteristiken überlappen. Dies hat den Vorteil, dass viele Rohdaten zur Ermittlung von Bodenpunkten mittels einer zeitlichen Abtastung gewonnen werden können.
Zur Erzeugung verschiedener Richtcharakteristiken werden die Empfangssignale der Wandler einer Empfangsanordnung mittels jeweils eines Zeitverzögerungskoeffizienten je Wandler zeitverzögert und gruppenweise konphas aufaddiert und bilden somit ein eine Richtcharakteristik der Empfangsanordnung bestimmendes Gruppensignal. Ein Satz derartiger Zeitverzögerungskoeffizienten bestimmt somit eine Richtcharakteristik und zwar insbesondere deren Hauptempfangsrichtung. Durch entsprechende Veränderungen der Zeitverzögerungskoeffizienten erhält man unterschiedliche Zeitverzögerungskoeffizientensätze für sich voneinander unterscheidende Richtcharakteristiken mit unterschiedlichen Hauptempfangsrichtungen. Somit wird erreicht, dass die Empfangsanordnung innerhalb eines festgelegten Empfangssektors einen Lotfächer von einer Vielzahl gegeneinander verschwenkten, sich überlappenden Richtcharakteristiken bildet.
Zunächst wird zu einer vorgegebenen Laufzeit der empfangen Schallwellen eine grobe Signalrichtung bestimmt und zwar indem die verschiedenen Gruppensignale miteinander verglichen werden und das Gruppensignal ausgewählt wird, das eine maximale Amplitude aufweist. Die zu diesem gemessenen Gruppensignal zugehörige Hauptempfangsrichtung gibt die o. g. grobe Signalrichtung vor. Der Wert dieser maximalen Gruppensignalamplitude wird gespeichert. Ferner werden die gemessenen Amplitudenwerte der Gruppensignale gespeichert, deren Richtcharakteristiken zu beiden Seiten in die zuvor ermittelte Signalrichtung hineinreichen. Anschließend werden die Amplitudenwerte dieser Richtcharakteristiken rechnerisch für die zuvor ermittelte Signalrichtung. Die dadurch erhaltenen Wertepaare aus jeweils einem gemessenen Amplitudenwert eines Gruppensignals und einem rechnerisch ermittelten Amplitudenwert der zugehörigen Richtcharakteristik werden für einen Mustervergleich herangezogen. Dieser Mustervergleich wird auf Basis einer Regressionsanalyse durchgeführt.
Die Regressionsanalyse ist ein statistisches Analyseverfahren um eine Beziehung zwischen einer abhängigen und einer oder mehrerer unabhängiger Variablen festzustellen. Dazu wird zwischen der erklärenden Variable x – hier die o. g. rechnerisch ermittelten Amplitudenwerte – und der interessierenden Variable y – hier die o. g. gemessenen Amplitudenwerte – unterschieden. Werden die aus den Variablen x und y gebildeten Wertepaare (x_i|y_i) graphisch dargestellt, kann nach einer Funktion gesucht werden, die die gegebenen Wertepaare optimal annähert. Liegt – wie vorliegend vorzugsweise angenommen – ein linearer Zusammenhang zwischen diesen Variablen x und y vor, ist es möglich eine sog. Regressionsgerade zu konstruieren. Diese Regressionsgerade hat die Eigenschaft, dass die Summe der quadrierten Abweichungen aller Punkte zur Gerade möglichst gering ist. Darüber hinaus wird im Rahmen der Regressionsanalyse ein Wert für eine Güte dieser Regression berechnet, das sog. Bestimmtheitsmaß. Es drückt dabei aus, wie gut die Regressionsgerade den Zusammenhang zwischen den Variablen x und y wiedergibt und liegt zwischen 0 und 1.
Die zuvor bestimmte grobe Signalrichtung wird innerhalb eines Winkelbereichs in kleinen, vorbestimmten Winkelschritten um den Mittenwinkel der Richtcharakteristik verändert, welche in dieser zuvor bestimmten groben Signalrichtung liegt. Zu jeder derart veränderten Signalrichtung werden die Amplitudenwerte der Richtcharakteristiken wie schon zuvor rechnerisch ermittelt und gespeichert, so dass neue Wertepaare aus gemessenen Amplitudenwerten der Gruppensignale und rechnerisch ermittelten Amplitudenwerten der zugehörigen Richtcharakteristiken für einen erneuten Mustervergleich entstehen. Diese Wertepaare werden ebenfalls einer Regressionsanalyse der o. g. Art unterzogen, wobei ein Gütewert für die jeweilige Regression berechnet wird.
Durch das Bestimmen der jeweiligen Werte der Güte der durchgeführten Regressionen und Ermitteln des maximalen Gütewertes lässt sich eine genaue, vorliegend als optimierte Signalrichtung bezeichnete Signalrichtung der empfangenen Schallwellen gewinnen, indem nämlich die Signalrichtung ermittelt wird, zu der der maximale Gütewert gehört.
Auf diese Weise erreicht die Erfindung, dass mit einer geringen Abmessung der Sende- und/oder Empfangsanordnung und somit geringen Kostenaufwand dennoch die Messgenauigkeiten von Fächerlotsystemen erhöht werden kann.
Vorteilhafterweise können die Gütewerte der Regression dazu genutzt werden, festzustellen, ob das Verfahren zutreffende Werte liefert. Treffen zu einem Abtastzeitpunkt mehrere signifikante Schallwellen aus unterschiedlichen Richtungen innerhalb einer Richtcharakteristik ein, können diese unterschiedlichen Richtungen nur mit einer aufwendigen Signalverarbeitung aufgelöst werden. Anhand der Güte der Regression kann ein derartiges Ereignis jedoch erkannt werden. In diesem Fall kann die erfindungsgemäße Signalrichtungsbestimmung vorübergehend unterdrückt oder auf aufwendigere Signalverarbeitungsverfahren umgeschaltet werden.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind die Richtcharakteristiken derart angeordnet, dass sich mindestens sechs Richtcharakteristiken überlappen. Dadurch ist gewährleistet, dass mindestens drei Schnittpunkte der Richtcharakteristiken vorhanden sind. Diese Schnittpunkte der Richtcharakteristiken geben die minimale Anzahl an Wertepaaren an, für den Fall, dass eine Signalrichtung derart gewählt wird, dass die Amplitudenwerte der Gruppensignale und/oder Richtcharakteristiken auf einen solchen Schnittpunkt liegen. So ist vorteilhafter Weise ein Mustervergleich mittels linearer Regression im Wesentlichen immer möglich.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird durch die lineare Regression ein Qualitätsmerkmal für die erhaltenen Rohdaten ermittelt, indem die Steigung der Regressionsgeraden ermittelt wird, die zu der durchgeführten linearen Regression gehört, bei der der Gütewert eine maximale Güte anzeigt, d. h. bei der sich die optimierte Signalrichtung ergibt. Die Steigung der Regressionsgeraden liefert eine Signalinformation bezüglich der Amplitude der empfangenen Schallwellen aus der optimierten Signalrichtung.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird anhand der linearen Regression ein weiteres Qualitätsmerkmal ermittelt. Eine konstante vertikale Verschiebung der Regressionsgeraden wird ermittelt und liefert einen Wert für einen Gleichanteil der Amplituden aller Richtcharakteristiken und kann somit als Maß für Rauschen verwendet werden.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird ein ein Rollen der Empfangsanordnung charakterisierender Rollwinkel bestimmt. In Abhängigkeit dieses Rollwinkels wird dann die optimierte Signalrichtung bestimmt. Dies ist vorteilhaft, da sich die Richtcharakteristiken durch den Einfluss des Rollwinkels ändern, falls konstante Mittenwinkelabstände der Richtcharakteristiken relativ zur Vertikalen vorgegeben sind. Vorteilhafterweise wird jedoch dieser Einfluss in den Winkel des jeweils ermittelten Rohdatums eingerechnet, wodurch sich konstante Richtcharakteristiken relativ zur Empfangsrichtung ergeben.
Weitere vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie aus den anhand der anliegenden Zeichnung näher erläuterten Ausführungsbeispielen. In der Zeichnung zeigen:
1 eine Darstellung sich überlappender Richtcharakteristiken eines Fächerlotsystems;
2 Amplituden-Zeit-Signalverläufe von den Richtcharakteristiken zugeordneten Gruppensignalen;
3 einen Auszug der Amplituden-Zeit-Signale zu einem Abtastzeitpunkt;
4 jeweils eine graphische Darstellung gemessener Amplitudenwerte der Gruppensignale (oben) und rechnerisch ermittelter Amplitudenwerte von Richtcharakteristiken zu einer angenommenen Signalrichtung (unten) und
5 ein Diagramm zur Veranschaulichung einer linearen Regression nebst einer Regressionsgeraden für beispielhafte Wertepaaren aus jeweils einem Amplitudenwert eines Gruppensignals und einem rechnerisch ermittelten Amplitudenwert einer Richtcharakteristik.
1 zeigt ein Wasserfahrzeug 10 auf der Wasseroberfläche 12 eines Gewässers 14. Das Wasserfahrzeug 10 ist mit einem Fächerlotsystem ausgerüstet, dessen Fächer prinzipiell durch die teilweise dargestellten Richtcharakteristiken B₁, B₂, B₃ dargestellt ist. Von besonderer Bedeutung ist, dass sich die dargestellten Richtcharakteristiken B₁, B₂, B₃ signifikant überlappen.
Vom Wasserfahrzeug 10 wird ein Sendeimpuls abgestrahlt, der am Gewässergrund 16 reflektiert wird und eine Empfangsanordnung 17 des Wasserfahrzeugs 10 bzw. die mittels der Empfangsanordnung und einer Signalverarbeitungseinrichtung erzeugten Richtcharakteristiken erreicht.
2 zeigt die von der Empfangsanordnung 17 erzeugten, den Richtcharakteristiken zugeordneten Gruppensignale und zwar als Amplituden-Zeit-Signalverläufe für alle N Richtcharakteristiken B_i, wobei i ein ganzzahliger Index von 1 bis N ist. Dabei ist auf einer ersten horizontalen Achse 20 die Signallaufzeit in Sekunden, auf einer zweiten horizontalen Achse 22 der Index i und auf einer vertikalen Achse 24 die Amplitude des Gruppensignals aufgetragen. Unter Amplitude ist vorliegend jedwede Art einer Signalintensität, einschließlich eines Pegels zu verstehen.
3 zeigt einen Auszug der Amplituden-Zeit-Signalverläufe aus 2. Es wird beispielhaft der Abtastzeitpunkt t_x bei einer Signallaufzeit von zwei Sekunden näher betrachtet. Zu diesem Abtastzeitpunkt weisen die Gruppensignale der Richtcharakteristiken B₂₀ bis B₄₆ aus 2 eine signifikante Amplitude auf.
In 3 sind aus Darstellungsgründen nur einige der Gruppensignale der Richtcharakteristiken B₁₄ bis B₅₇ derart ausschnittsweise dargestellt, dass ihre Amplitude zum Abtastzeitpunkt t_x = 2 Sekunden ablesbar ist.
Aus dieser Darstellung lässt sich eine erste grobe Signalrichtung ermitteln, nämlich dort, wo die gemessene Amplitude eines Gruppensignals am größten ist. In diesem Beispiel weist diese erste grobe Signalrichtung der empfangenen Schallwellen zum Abtastzeitpunkt t_x = 2 Sekunden in Richtung der Richtcharakteristik B₃₇, da das zugehörige Gruppensignal in diesem Bereich einen Maximalwert annimmt.
4 zeigt im oberen Bereich eine graphische Darstellung der Amplitudenwerte der sich aus Messungen ergebenden Gruppensignale von parabelähnlich ausgebildeten Richtcharakteristiken B23, B26, ..., B54 für reflektierte Schallwellen aus einer wahren Signalrichtung 30 und im unteren Bereich eine graphische Darstellung rechnerisch ermittelter Amplitudenwerte der Richtcharakteristiken zu einer angenommenen Signalrichtung 31. Diese angenommene Signalrichtung 31 wurde zuvor zu einem Abtastzeitpunkt t_x = 2 Sekunden etwa in Richtung der Richtcharakteristik B₃₇ bestimmt.
Als nächsten Schritt wird erfindungsgemäß der zu der zuvor ermittelte, zum maximalen Gruppensignal gehörende Amplitudenwert des zur Richtcharakteristik B37 zugehörigen Gruppensignals gespeichert und in Darstellung von 4, oben, eingetragen. Ferner werden die Amplitudenwerte der zu beiden Seiten benachbarten Gruppensignale, deren Richtcharakteristiken B₂₉, B₃₁ und B₃₄ sowie B₄₀, B₄₃ und B₄₆ in die zuvor ermittelte Signalrichtung 31 hineinreichen gespeichert und ebenfalls in 4, oben, graphisch eingetragen. Die entsprechenden Amplitudenwerte M29, ..., M46 werden auch als y-Werte bezeichnet.
Auf gleiche Weise werden die rechnerisch ermittelten Amplitudenwerte der Richtcharakteristiken B₂₉, B₃₁ und B₃₄ sowie B₄₀, B₄₃ und B₄₆ zur angenommenen Signalrichtung 31 festgehalten. Der zu dieser Signalrichtung 31 gehörende Amplitudenwert der Richtcharakteristik B₃₇ sowie die Amplitudenwerte der von beiden Seiten benachbarten Richtcharakteristiken B₂₉ bis B₄₆, die in die zuvor ermittelte Signalrichtung hineinreichen, werden gespeichert und graphisch in 4, unten, aufgetragen. Diese Amplitudenwerte R29, ..., R46 werden auch als x-Werte bezeichnet.
In diesem Beispiel des erfindungsgemäßen Verfahren aus 4 bilden somit die Amplitudenwerte (R29/M39), (R31/M31), (R34/M34), (R37/M37), (R40/M40), (R46/M46) Wertepaare (x_i|y_i), wobei ein ganzzahliger Index i für die entsprechende Nummerierung der Richtcharakteristik B_i steht.
5 zeigt eine Graphik mit die Wertepaare (x_i|y_i) veranschaulichenden Punkten 50 der zuvor ermittelten Amplitudenwerte. Da alle Punkte 50 annähernd als auf einer Gerade liegend beschrieben werden können, liegt ein im Wesentlichen linearer Zusammenhang zwischen den Variablen x und y vor. Es ist daher möglich eine Regressionsgerade 52 zu ermitteln für die gilt, dass eine Summe der quadrierten Abstände aller Punkte 50 zur Gerade 52 möglichst gering ist.
Im Anschluss daran wird die Regression hinsichtlich ihrer Güte untersucht. Dazu wird zunächst eine Varianz der Variablen y berechnet. Sie ist ein Maß für eine Streuung und wird berechnet, indem man die Abstände der Messwerte vom Mittelwert quadriert, die somit erhaltenen Quadrate addiert und durch die Anzahl der Messwerte N teilt:
Für jeden einzelnen Datenpunkt y_i existiert eine zugehörige Schätzung y ^_i auf der Regressionsgeraden. Folglich existiert eine Varianz der Schätzung y ^ gemäß:
Das Bestimmtheitsmaß R² der Regression ergibt sich aus dem Verhältnis der Varianz der Schätzungen zur Varianz der Variablen y:
Es gilt, je näher der Wert des Bestimmtheitsmaßes bei 1 ist, umso größer ist die Güte der Regression. Das Bestimmtheitsmaß liefert somit einen Gütewert für die Güte der Regression.
Die angenommene Signalrichtung 31 wird nun in kleinen Winkelschritten in eine oder beide Richtungen, d. h. zu kleineren bzw. größeren Winkeln, verändert. Für jede veränderte Signalrichtung erfolgt die vorstehend beschriebene Regressionsrichtung sowie die Ermittlung eines jeweiligen Gütewertes. Die Veränderung der Signalrichtung in diesen kleinen Winkelschritten erfolgt innerhalb eines vorbestimmten Bereichs. Aus allen auf diese Weise ermittelten Gütewerten wird derjenige Gütewert ausgewählt, welcher eine maximale Güte der Regression angibt. Dies kann ein Maximalwert oder ein Minimalwert sein, je nachdem ob das Bestimmtheitsmaß oder beispielsweise dessen Kehrwert herangezogen wird. Alternativ kann ein derartiger Maximalwert oder Minimalwert auch durch rückgekoppelte Iteration ermittelt werden. Dabei wird die angenommene Signalrichtung in die Richtung verändert, in der eine Annäherung an den Maximalwert bzw. Minimalwert erwartet wird.
Zu einem auf diese Weise erhaltenen Extremwert gehört eine spezielle Regressionsrechnung mit einer bestimmten angenommenen Signalrichtung. Diese Signalrichtung wird schließlich als wahre Signalrichtung angenommen. Da im Allgemeinen jedoch aufgrund von Messungenauigkeiten und stochastischen Prozessen die wahre Signalrichtung nicht erhalten werden kann, liegt jedoch eine der wahren Signalrichtung nahekommende optimierte Signalrichtung vor.
Anhand der Güte wird zu der zuvor ermittelten, optimierten Signalrichtung ein Qualitätsmerkmal für die erhaltenen Rohdaten geliefert. Die Steigung der Regressionsgeraden 52 liefert nämlich eine Signalinformation bezüglich der Amplitude für die empfangenen Schallwellen.
Eine konstante vertikale Verschiebung der Regressionsgeraden 52 gibt ein weiteres Qualitätsmerkmal an. Diese Verschiebung liefert einen Wert für einen Gleichanteil der Amplituden aller Richtcharakteristiken B_i und kann somit als Maß für Rauschen verwendet werden.
Dank der Erfindung kann die Messgenauigkeit von Fächerlotsystemen ohne signifikanten zusätzlichen apparativen Aufwand erhöht werden, indem die Richtcharakteristiken gegenüber vergleichbaren Fächerlotsystemen derart breit gewählt werden, dass es zu signifikanten Überlappungen mehrerer Richtcharakteristiken kommt, so dass signifikante Messwerte in den diese Richtcharakteristiken zugeordneten Gruppensignalen ermittelt und im Wege der linearen Regression in Bezug zu theoretischen, rechnerisch ermittelten Amplitudenwerten für Signale aus einer angenommenen Signalrichtung bestimmt werden können. Durch Verschiebung der angenommenen Signalrichtung erhält man eine optimierte Lösung für die Signalrichtung der reflektierten Schallwellen.
Alle in der vorgenannten Figurenbeschreibung, in den Ansprüchen und in der Beschreibungseinleitung genannten Merkmale sind sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination miteinander einsetzbar. Es sind alle Merkmalskombinationen als offenbart zu betrachten.

Claims

Verfahren zum akustischen Vermessen eines Gewässergrundes (16) mittels Fächerlotung, bei dem Schallimpulse ausgesendet werden, welche als reflektierte Schallwellen über eine Empfangsanordnung (17), die einen aus einer Vielzahl (N) von gegeneinander verschwenkten, sich überlappenden Richtcharakteristiken (B_i) bestehenden Lotfächer bildet, empfangen werden, wobei jeder Richtcharakteristik (B_i) ein Gruppensignal zugeordnet ist, und das Verfahren folgende Schritte aufweist: a) Ermitteln einer ersten Signalrichtung (31), bei der das zu dieser Signalrichtung (31) gehörende Gruppensignal eine maximale Amplitude aufweist, b) Ermitteln des zu der im Schritt a) ermittelten Signalrichtung (31) gehörenden Amplitudenwertes des Gruppensignals sowie der Amplitudenwerte der Gruppensignale, deren Richtcharakteristiken (B_i) zu beiden Seiten in die im Schritt a) ermittelte Signalrichtung (31) hineinreichen, c) rechnerisches Ermitteln eines zu der im Schritt a) ermittelten Signalrichtung (31) gehörenden, nachfolgend als ”rechnerisch ermittelten Amplitudenwert” bezeichneten Amplitudenwertes der Richtcharakteristik (B_i) sowie der rechnerisch ermittelten Amplitudenwerte der zu beiden Seiten benachbarten Richtcharakteristiken (B_i), welche in die unter a) ermittelte Signalrichtung (31) hineinreichen, d) Durchführen eines Mustervergleichs mittels linearer Regression, bei der die in den Schritten b) und c) ermittelten Amplitudenwerte Wertepaare (50) aus jeweils einem Amplitudenwert eines Gruppensignals und einem rechnerisch ermittelten Amplitudenwert einer Richtcharakteristik bilden, mit anschließender Bestimmung eines die durchgeführte Regression charakterisierenden Gütewerts, e) mehrfaches Wiederholen der Schritte c) und d) mit in Winkelschritten gegenüber der im Schritt a) ermittelten ersten Signalrichtung (31) veränderter Signalrichtung für die rechnerische Ermittlung der Amplitudenwerte gemäß Schritt c), f) Bestimmen einer optimierten Signalrichtung anhand eines einer maximalen Güte entsprechenden Extremwerts der Gütewerte der durchgeführten linearen Regressionen.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Richtcharakteristiken (B_i) derart angeordnet sind, dass sich mindestens sechs Richtcharakteristiken (B_i) derart überlappen, dass mindestens drei Schnittpunkte der Richtcharakteristiken (B_i) entstehen.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass für die zur optimierten Signalrichtung gemäß Schritt f) gehörende, durchgeführte lineare Regression eine Steigung der zugehörigen Regressionsgeraden (52) ermittelt wird und diese Steigung als eine Signalinformation bezüglich der Amplitude der empfangenen Schallwellen aus der im Schritt f) bestimmten optimierten Signalrichtung herangezogen wird.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine konstante vertikale Verschiebung der Regressionsgeraden (52) für die zur optimierten Signalrichtung gemäß Schritt f) gehörende, durchgeführte lineare Regression ermittelt wird und diese Verschiebung als Wert für einen Gleichanteil der Amplituden aller Richtcharakteristiken (B_i) herangezogen wird.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein ein Rollen der Empfanganordnung charakterisierender Rollwinkel ermittelt wird und die im Schritt f) bestimmte optimierte Signalrichtung der Schallwellen in Abhängigkeit des Rollwinkels bestimmt wird.
Fächerloteinrichtung zum akustischen Vermessen eines Gewässergrundes (16) mittels Fächerlotung, bei dem Schallimpulse aussendbar sind, welche als reflektierte Schallwellen über eine Empfangsanordnung, die einen aus einer Vielzahl von gegeneinander verschwenkten, sich überlappenden Richtcharakteristiken (B_i) bestehenden Lotfächern bildet, empfangbar sind, wobei jeder Richtcharakteristik (B_i) ein Gruppensignal zugeordnet ist, mit – einem Signalrichtungsmodul zum Ermitteln einer ersten Signalrichtung (31), bei der das zu dieser Signalrichtung (31) gehörende Gruppensignal eine maximale Amplitude aufweist, – einem Messmodul zum Ermitteln des zu der mit dem Berechnungsmodul ermittelten Signalrichtung (31) gehörenden Amplitudenwertes des Gruppensignals sowie der Amplitudenwerte der Gruppensignale, deren Richtcharakteristiken (B_i) zu beiden Seiten in die mit dem Berechnungsmodul ermittelte Signalrichtung (31) hineinreichen, – einem Berechnungsmodul zum rechnerischen Ermitteln eines zu der mit dem Signalrichtungsmodul ermittelten Signalrichtung (31) gehörenden, nachfolgend als ”rechnerisch ermittelten Amplitudenwert” bezeichneten Amplitudenwertes der Richtcharakteristik (B_i) sowie der rechnerisch ermittelten Amplitudenwerte der zu beiden Seiten benachbarten Richtcharakteristiken (B_i), welche in die mit dem Signalrichtungsmodul ermittelte Signalrichtung (31) hineinreichen, – einem Analysemodul zum Durchführen eines Mustervergleichs mittels linearer Regression, bei der die mittels des Messmoduls und des Berechnungsmoduls ermittelten Amplitudenwerte Wertepaare (50) aus jeweils einem Amplitudenwert eines Gruppensignals und einem rechnerisch ermittelten Amplitudenwert einer Richtcharakteristik bilden, und zum anschließenden Bestimmen eines die durchgeführte Regression charakterisierenden Gütewerts, wobei das Analysemodul zur mehrfachen Wiederholung des Mustervergleichs ausgebildet ist und zwar mit einer in Winkelschritten gegenüber der vom Signalrichtungsmodul ermittelten ersten Signalrichtung veränderbaren Signalrichtung für die rechnerische Ermittlung der Amplitudenwerte der Richtcharakteristiken (B_i) mittels des Berechnungsmoduls, – einem Bestimmungsmodul zum Bestimmen einer optimierten Signalrichtung anhand eines einer maximalen Güte entsprechenden Extremwerts der Gütewerte der linearen Regressionen.
Fächerloteinrichtung nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch, eine Anordnung der Richtcharakteristiken (B_i) derart, dass sich mindestens sechs Richtcharakteristiken (B_i) derart überlappen, dass mindestens drei Schnittpunkte der Richtcharakteristiken (B_i) entstehen.
Fächerloteinrichtung nach einer der vorherigen Ansprüche, gekennzeichnet durch ein Modul zum Ermitteln einer Steigung einer Regressionsgeraden (52) zu der zur optimierten Signalrichtung gehörenden linearen Regression.
Fächerloteinrichtung nach einer der vorherigen Ansprüche, gekennzeichnet durch ein Modul zum Ermitteln einer konstanten vertikalen Verschiebung der Regressionsgeraden (52) zu der zur optimierten Signalrichtung gehörenden linearen Regression.
Fächerloteinrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, gekennzeichnet durch ein weiteres Modul zum Ermitteln eines ein Rollen der Empfangsanordnung charakterisierenden Rollwinkels, wobei dieser Rollwinkel dem Bestimmungsmodul zuführbar ist und das Bestimmungsmodul die optimierte Signalrichtung unter Berücksichtigung des Rollwinkels bestimmt.