DE2901293C2

DE2901293C2 - Dopplerlog

Info

Publication number: DE2901293C2
Application number: DE2901293A
Authority: DE
Inventors: Horst Dipl.-Ing. 2800 Bremen Helms
Original assignee: Fried Krupp AG
Current assignee: Fried Krupp AG
Priority date: 1979-01-13
Filing date: 1979-01-13
Publication date: 1986-04-17
Also published as: NO800015L; FR2446489A1; NO148654B; NL8000016A; US4282586A; AU5443880A; FR2446489B1; NO148654C; GB2040454A; DE2901293A1; GB2040454B; AU531112B2

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Dopplerlog für ein Fahrzeug mit Sende- und Empfangseinrichtungen auf zwei einander kreuzenden Meßachsen der im Ober-■'begriff des Anspruchs 11 genannten Art.

Es ist bekannt, die Geschwindigkeit eines Fahrzeugs mit einem Dopplerlog zu bestimmen. Dabei wird, wie es z. B. in der DE-PS 17 98 276 beschrieben ist, Schallenergie bekannter Sendeffequenz f_s unter einem Abstrahlwinkel χ zur Horizontalen ausgesendet, vom Gelände unter dem Fahrzeug (bei Schiffen vom Meeresboden) = 2— - f_s - cos«,

wobei c die Schallgeschwindigkeit im betreffenden Medium ist

Bei der Verwendung eines Dopplerlogs zur Navigation eines Fahrzeugs ist es von großer Bedeutung, daß sich die Führung des Fahrzeugs jederzeit auf die Angaoen des Dopplerlogs verlassen kann und daß Störungen sofort angezeigt werden. Eine Störung liegt beispielsweise dann vor, wenn ein Fischschwarm den Kurs des Schiffes kreuzt und deshalb die Geschwindigkeit des Schiffes über Grund nicht gemessen werden kann. Eine solche Störung tritt sehr kurzzeitig auf. Eine Prüfung der Schaltung mit Hilfe von Testgeräten außerhalb des Meßbetriebs verbietet sich somit.

Besonders wichtig ist eine Aussage über die Richtigkeit des momentanen Meßergebnisses des Dopplerlogs, wenn das Dopplerlog zusammen mit einem Kompaß als Navigationssystem zum Bestimmen nordbezogener Wegstrecken verwendet wird, wobei die Integration der Geschwindigkeit über gleiche Zeitintervalle Wegstrekken liefert (DE-AS 22 11 063).

Eine Überprüfung der Meßergebnisse des Dopplerlogs könnte hier mit einem anderen, ggf. an Bord befindlichen Navigationssystem, z. B. einem Funknavigationssystem, erfolgen. Ein Vergleich der Geschwindigkeits· angabe des Dopplerlogs über Koppelnavigation mit innerhalb vorgegebener Zeiten zurückgelegten Wegstrecken, die mit dem zusätzlichen NavigationsEystem bestimmt worden sind, ist jedoch zeitraubend und aufwendig. Außerdem wäre dadurch nur eine prinzipielle Obereinstimmung der Gesannanlagen im Rahmen der .vorhandenen Meßwerttoleranzen feststellbar, jedoch nicht unbedingt eine Aussage über die Richtigkeit und Genauigkeit der momentanen Geschwindigkeitsangaben.

Aus der DE-PS 20 59 846 ist bereits eine Anordnung zum Überprüfen der Funktion eines Dopplerlogs bekannt. Hierzu werden Spektralbreiten der Dopplersignale bestimmt, die mit einer maximal zugelassenen Spektralbreite verglichen werden. Bei Überschreiten dieses Schwellwerts wird die Auswertung der Dopplersignale unterbrochen. Dieses Prüfkriterium ist jedoch von der Geschwindigkeit des Wasserfahrzeugs abhängig und setzt voraus, daß nur geringe Geschwindigkeitsänderungen des Fahrzeugs vorkommen können. Diese Voraussetzung ist bei vielen schnellen Fahrzeugen, insbesondere militärischen Fahrzeugen, nicht erfüllt. Andererseits bedarf ein Dopplerlog auch dann einer Überprüfungsmöglichkeit, wenn das Fahrzeug ankert oder im Hafen bzw. an einem Anleger liegt und dabei dümpelt. Wird in diesem Fall das Dopplerlog z. B. zu einer allgemeinen Gerätekontrolle eingeschaltet, so kann in Fällen ungleicher/Reflexion durch die empfangenen 'Dopplersignale eine Geschwindigkeit ^vorgetäuscht werden, deren zugehörige Spektralbreite unter dem zulässigen Schwellwert liegt, und zu einer Geschwindigkeitsangabe fijhren, obwohl bekannt ist, daß das Wasserfahrzeug keine Fahrt macht.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vor-

29 Ol

richtung zum Prüfen der Funktion eines Dopplerlogs der beschriebenen Art zu schaffen, die eine ständige, von der Geschwindigkeit des Fahrzeugs unabhängige Angabe über die Funktionstüchtigkeit des Dopplerlogs liefert.

Diese Aufgabe wird erfmdungsgemäß dadurch gelöst, daß jeweils für die A.usgangssignale, die aus den reflektierten Anteilen der Schallenergie längs einer Meßachse gebildet sind, ein Summenbildner vorgesehen ist, der ausgangsseiüg mit einem Multiplizierer zur Multiplikation der Summen der Ausgangssignale mit dem Reziprokwerk des Sinus des zugehörigen Abstrahlwinkels verbunden ist, daß den Multiplizieren! eine Prüfschaltung nachgeschaltet ist, dia bei Gleichheit ihrer Eingangssignale ein Signal für die einwandfreie Funktion des Dopplerbgs abgibt

Die Ausgänge der Multiplizierer geben geschwindigkeitsproportionale Werte des Fahrzeugs in senkrecht auf den beiden Meßachsen liegenden Hochachsen an. Diese Werte müssen bei einwandfreier Funktion des Dopplerlcgs für beide Meßachsen gleich sein, auch bei Roll- und Stampfbewegung, bei Schlingern und bei falscher Trimmlage des Fahrzeugs, da das Fahrzeug naturgemäß nur eine einzige Geschwindigkeitskomponente in seiner Hochachse aufweisen kann, diese kann unter Berücksichtigung der Schallgeschwindigkeit aus den Werten bestimmt werden.

In einer V/eiterbildung dieser Erfindung ist die Prüfschaltung als Vergleichsschaltung ausgebildet, deren beide Eingänge mit den Ausgängen der beiden Multiplizierer verbunden sind. An einem Ausgang der Vergleichsschaltung erscheint bei Gleichheit ihrer Eingangssignale ein Gutanzeigesignal als Signal der Prüfschaltung. An einem zweiten Ausgang meldet ein Fehleranzeigesignal den Ausfall des Dopplerlogs, wenn die Eingangssignale nicht gleich groß sind.

Die Geschwindigkeiten des Fahrzeugs in seinen beiden Meßachsen werden in zwei Differenzbildnern für die Quotienten und nachgeschalteten Rechenschaltungen ermittelt, 'ndern die Dopplerfrequenzen, bezogen auf die zugehörige Sendefrequenz je Meßachse, voneinander abgezogen werden und mit dem Reziprokwert des Cosinus des zugehörigen Abstrahlwinkels multipliziert werden. In einer vorteilhaften Weiterbildung dieser Erfindung ist es vorgesehen, diese Geschwindigkeiten über eine Torschaltung in einen Zwischenspeicher zu speichern, der mit einer Anzeige verbunden ist. Das Gutanzeigesignal von der Vergleichsschaltung dient als Torsignal. Werte von fehlerhaften Messungen des Dopplerlogs werden nichi eingespeichert und angezeigt, da kein Gutanzeigesignal die Torschaltung öffnet. Es bleibt die Anzeige der züetzt ermittelten richtigen Geschwindigkeiten erhalten und der Ausfall des Dopplcrlogs wird durch das Fehleranzeigesignal angezeigt, das beispielsweise eine Warneinrichtung ansteuert.

Besonders vorteilhaft ist eine Verwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung für ein Dopplerlog, das in einem Koppel-Navigationssystem entsprechend der deutschen Auslegeschrift 22 11 063 verwendet wird, um fehlerhafte Meßwerte des Dopplerlogs für die Positionsberechnung ausscheiden zu können. Zu äquidistantcn Zeitpunkten werden die Geschwindigkeiten des Fahrzeugs gemessen und daraus der zurückgelegte Weg errechnet. Wenn mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung ein Ausfall des Dopplerlogs gemeldet wird, kann die Koppel-Navigation trotzdem aufrechterhalten bleiben, indem das Fahrzer/^.so lange mit unveränderter Geschwindigkeit seinen Kurs hält und der zurückgelegte Weg aus den zuletzt iichtig ermittelten Meßwerten für die Geschwindigkeit durch Integration über eine Zeit ermittelt wird, bis das Dopplerlog wieder richtig arbeitet.

Der besondere Vorteil der erfindungsgemäßen Vorrichtung liegt darin, daß durch einfaches Bestimmen von Geschwindigkeitskomponenten in Hochachse des Fahrzeugs, aus den für die Geschwindigkeitsangabe ohnehin bestimmten Quotienten aus Dopplerfrequenz und Sendefrequenz je Meßachse eine Angabe über die Funktionstüchtigkeit der gesamten Anlage während des Betriebs des Dopplerlogs möglich ist und bei Ausfall des Dopplerlogs eine Warneinrichtung angesteuert werden kann.

Der Erfindungsgegenstand ist in einem Ausführungsbeispiel in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben:

Ein Dopplerlog besitzt vier Sendeemrichtungen 11, 12,13,14 zum gerichtetes Aussenden von Schallenergie, deren Richtungen I, II. Ill, IV längs zweier einander kreuzenden Meßachsen um AbstrahK .ikel a,/"gegen die Meßachsen geneigt sind. Dabei sind zu ;i Sendeemrichtungen 11,12 bzw. 13, 14 für jede Meßachse vorgesehen. Für eine Meßachse — beispielsweise die Längsachse 21 eines Fahrzeugs 23 — wird Schallenergie nach vorne und nach achtern, längs der anderen Meßachse — beispielsweise der Querachse 22 — wird Schallenergie nach rechts und links ausgestrahlt. (Die Zuordnung der Sendeeinrichtungen 11,12,13,14 zu den Meßachsen ist nicht dargestellt.)

Die beiden Sendeeinrichtungen 11,12 bzw. 13,14, die längs einer Meßachse aussenden, werden von einem gemeinsamen Oszillator 25 bzw. 26 zum Erzeugen der Sendefrequenz /_s bzw. /",' angesteuert, da üblicherweise die gleiche Sendefrequenz /_s bzw. f,' für das Aussenden längs einer Meßachse verwendet wird. Sollte aber in jede Richtung i, il, iii, i'v mit einer anderen Sendefrequenz gesendet werden, müßte jede Sendeeinrichtung 11,12,13, 14 von einem eigenen Oszillator angesteuert werden.

Zum Empfangen reflektierter Anteile der Schallenergie aus den vier Richtungen I, II, III, IV sind den vier Sendeeinrichtungen 11,12,13,14 vier Empfangseinrichtungen 31, 32, 33, 34 zugeordnet, denen Dopplerfrequenzanalysatoren 41,42,43,44 nachgeschaltet sind, die mit ihrem zweiten Eingang mit dem zu den Richtungen I, II bzw. IU, IV gehörenden Oszillatoren 25 bzw. 26 verbunden sind. Durch Ermitteln der Differenz zwischen den jeweils empfangenen Frequenzen /31, /32 bzw. /33, /34 und den Sendefrequenzen /, bzw. /",' werden Dopplerfrequenzen /'03t, /032 bzw. fön, fan bestimmt. Nachgeschaltete Verhältnisbildner 51, 52, 53, 54 bilden Ausgangssignale S<,\, S52, S53, Sm, die den Quotienten aus Dopplei frequenz fp s\. /o 32 bzw. ίο 3·>, fp α und Sendefrequenz /_s bzw. fs angeben.

Den beiden Verhältnisbildnern 51, 52 bzw. 5>, 54, die mit einem der beiden Oszillatoren 25 bzw. 26 verbunden sind, sind über Summenbildner 61 bzw. 62 Multiplizierer 66 bzw. 67 nachges^haltet, in denen die Summen der Quotienten

/θ 31
fs

/θ 32
fs

fs

mit dem Reziprokwer. des Sinus des betreffenden Abstrahlwinkels α bzw. β der Schallenergie multipliziert werden. Die Multiplizierer 66, 67 sind auf Eingänge einer Vergleichsschaltung 70 geschaltet, in der ihre beiden

29 Ol 293

Eingangssignale auf Gleichheit geprüft werden. Um geringfügige Toleranzen, wie sie bei Meßwertschwankungen vorkommen können, nicht zu bewerten, enthält die Vergleichsschaltung 70 ein Toleranzfenster vorgegebener Größe.

Die Vergleichsschaltung 70 besitzt zwei Ausgänge 71, 72, am ersten Ausgang 71 steht ein Gutanzeigesignal Si an, wenn die beiden Eingangssignale gleich sind oder eine innerhalb der Toleranz liegende Abweichung voneinander aufweisen, andernfalls wird am zweiten Ausgang 72 ein Fehleranzeigesignal S2 abgegeben.

Den beiden Summenbildnern 61,62 sind eingangsseitig zwei Differenzbildner 81, 82 parallelgeschaltet, denen Rechenschaltungen 86, 87 zur Berechnung der Geschwindigkeit des Fahrzeugs 23 in der Längs- und Querachse 21, 22 nachgeschaltet sind. Die Rechenschaltungen 86, 87 sind über eine Torschaltung 91 auf einen Zwischenspeicher 92 geschaltet, wobei die Torschaltung 91 vom Gutanzeigesignal S\ als Torsignal angesteuert wird. Bei Erscheinen des Gutanzeigesignals S\ werden die von den Rechenschaltungen 86, 87 ermittelten Geschwindigkeiten in den Zwischenspeicher 92 eingespeichert. Eine dem Zwischenspeicher 92 nachgeschaltete Anzeige 93 zeigt die Geschwindigkeiten an. Erscheint das Gutanzeigesignal S₁ nicht, so bleibt die Torschaltung 91 gesperrt und die Anzeige 93 gibt unverändert die in den Zwischenspeicher 92 zuletzt eingespeicherten Geschwindigkeiten an. Gleichzeitig erscheint das Fehleranzeigesignal Sz und steuert eine Warneinrichtung 96 an, die angibt, daß die Meßwerte vom Dopplerlog momentan keine richtigen Geschwindigkeitsangaben liefern.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

35

40

45

60

65

Claims

29 Ol 293 Patentansprüche:

1. Dopplerlog für ein Fahrzeug mit Sende- und Empfangseinrichtungen auf zwei einander kreuzenden Meßachsen, die parallel zu einer Ebene liegen, die durch die Längs- und Querachse des Fahrzeugs aufgespannt ist, zum Aussenden gebündelter Schallenergie, deren Richtungen längs der Meßachsen um einen bekannten gegen die beiden Meßachsen ggf. unterschiedlichen Abstrahlwinkel geneigt und zum Lot auf die Meßachsen symmetrisch sind, wobei die Sendeeinrichtungen mit bekannten, ggf. für die verschiedenen Richtungen unterschiedlichen Sendefrequenzen arbeiten, und zum Empfangen der reflektierten Anteile der Schallenergie aus den verschiedenen Richtungen, wobei jeder Empfangseinrichtung ein Dopplerfrequenzanalysator und ein Verhältnisbildner nachgeschaltet ist, der mit der Sendeeinrichtung für die gleiche Richtung verbunden ist und dessen Ausgangssignal einen Quotienten aus Dopplerfrequenz und Sendefrequenz angibt, und wobei den jeder Meßachse zugeordneten Verhältnisbildnern jeweils ein Differenzbildner mit nachgeschalteter Rechenschaltung zur Berechnung der Geschwindigkeit des Fahrzeugs und Anzeige nachgeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils für die Ausgangssignale (S51, 532 bzw. 553, S54), die aus den reflektierten Anteilen der Schallenergie längs einer Meßachse gebildet sind, ein Summenbildner (61,62) vorgesehen ist. der ausgangsseitig mit einem Multipliziere. (66, 67) zur Multiplikation der Summen der Ausgangssign-.Ie mit i;m Reziprokwert des Sinus des zugehörigen ^bstrahlwinkels (λ, β) verbunden ist, daß den Muiiipliz "irern (66, 67) eine Prüfschaltung (Vergleichsschaltung 70) nachgeschaltet ist, die bei Gieichheii ihrer Eingangssignaie ein Signa! für die einwandfreie Funktion des Dopplerlogs abgibt.

2. Dopplerlog nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Prüfschaltung eine Vergleichsschaltung (70) mit zwei Ausgängen (71, 72) ist, deren erster Ausgang (71) als Signal der Prüfschaltung eii) Gutanzeigesignal (Si) abgibt, und deren zweiter Ausgang (72) ein Fehleranzeigesignal (S?) abgibt, wenn die beiden Eingangssignale der Vergleichsschaltung (70) nicht gleich sind.

3. Dopplerlog nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Torschaltung (91) mit nachgeordnetem Zwischenspeicher (92) zwischen die Rechenschaltungen (86,87) und die Anzeige (93) geschaltet ist und daß die Iorschaltung (91) durch das Gutanzeigesignal (St) der Vergleichsschaltung (70) ansteuerbar ist.

reflektiert und die reflektierten Anteile der Schallenergie wieder empfangen, die in ihrer Frequenz gegenüber der Sendefrequenz f_s um die sogenannte Dopplerfrequenz fo verschoben sind. Aus der Dopplerfrequenz fp wird die Geschwindigkeit ν des Fahrzeugs nach folgender Formel berechnet: