DE3213709A1

DE3213709A1 - Vorrichtung zur erfassung eines im wasser befindlichen objektes und zur relativen vermessung des objektes unter ausnutzung von referenzobjekten

Info

Publication number: DE3213709A1
Application number: DE19823213709
Authority: DE
Inventors: Heinz 2161 Fredenbeck May; Hans-Heiner 2084 Rellingen Merz; Gerhard Dipl.-Ing. 2000 Wedel Schöne
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Priority date: 1982-04-14
Filing date: 1982-04-14
Publication date: 1983-10-20

Description

"Vorrichtung zur Erfasssung eines im Wasser befindlichen Objektes
und zur relativen Vermessung des Objektes unter Ausnutzung von Referenzobjekten" Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1.
Zur Erfassung von Gegenständen unter Wasser ist es bekannt, Unterwassersonargeräte zu verwenden. Ein bekanntes Gerät (Modell 40 59 OAS-System der Edo Western Corporation, Handbuch, Bericht-Nr. 13 256 RevA, Sektion 1.0, Seiten 1-1 bis 1-4, Sektion 2.0, Seite 2-8) besteht im wesentlichen aus einem Meßwertaufnehmer, einer Elektronikeinheit, einem Multiplexer, einer Steuereinheit, einer Bildverarbeitungseinrichtung, einem Monitor und zugehörenden Kabeln. Der Meßwertaufnehmer ist als Abtast-Sonar-Sensor ausgebildet, der einen vorgegebenen Unterwassersektor abtastet. Über einen Positionszähler wird ein die Stellung des Sensors anzeigender Digital-Code erzeugt. Die dem Sensor nachgeschaltete Elektronikeinheit übernimmt von der Steuereinheit serielle digitale Daten, um die Art des Betriebes, des Sek,torabtastwinkels, des Pegels usw. zu steuern. Die Elektronikeinheit enthält auch den Steuerschaltkreis für den Abtastmotor, den Sonar-Ubertrager und den Empfänger.
Das eigentliche Kernstück des Gerätes ist die Steuereinheit, die alle notwendigen Schalter, Potentiometer usw. verbindet, um den Betrieb des OAS-Systems zu steuern. Die Steuereinheit empfängt, verarbeitet und speichert die Echo-Informationen, die von dem Sensor an die Elektronikeinheit abgegeben werden und die von der Elektronikeinheit über den Multiplexer der Steuereinheit zugeführt werden. Der Steuereinheit ist die Bildverarbeitungseinrichtung zum Empfang von Bildinformationen nachgeschaltet, die in einer Speicherröhre abgespeichert werden.
Die gespeicherten Bildinformationen werden im TV-Format ausgelesen und auf einem Monitor dargestellt. Das bekannte Gerät ermöglicht auf die beschriebene Weise die Erfassung von unter Wasser befindlichen Gegenständen. Die Abmessung der Gegenstände selbst oder ihre Entfernungen zu irgendwelchen Referenzobjekten können mittels im Sichtschirm des Anzeigegerätes vorhandenen Entfernungsringen nur näherungsweise geschätzt werden. Eine exakte Vermessung der Gegenstände ist mit dem bekannten Gerät nicht möglich.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Erfassung von im Wasser befindlichen Objekten und zur exakten relativen Vermessung der Objekte unter Ausnutzung von Referenzobjekten zu schaffen.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale von Anspruch 1 gelöst.
Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen 2 bis 12 beschrieben.
Ein Vorteil der Erfindung ist in der technisch einfachen Bedienung und Überprüfbarkeit der Vorrichtung aufgrund der verwendeten Fernsehtechnik zu sehen. Weiterhin ist es vorteilhaft, daß beliebige Referenzobjekte willkürlich ausgesucht und benutzt werden können. Ein weiterer Vorteil ist in der mannigfaltigen Verwendbarkeit der erfin- dungsgemäßen Vorrichtung zu sehen, die sich z. B. auf die Positionierung von Tauchkörpern zur Vermessung und Erforschung eines gesunkenen Wracks, vorzugsweise von im Wrack vorhandenen Öffnungen, oder auf die Positionierung von Schiffen über Röhren, die auf dem Wassergrund verschüttet werden sollen, mit Hilfe eines Tauchkörpers erstrecken.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel nach der Erfindung dargestellt, und zwar zeigen Figur 1 eine gesamte Vorrichtung zur Erfassung eines im Wasser befindlichen Objektes, Figur 2 einen Tauchkörper, Figur 3 ein auf einem Monitor erzeugtes Szenenbild eines Objektes und eines Referenzobjektes mit zugeordneten Suchfenstern, und Figur 4 ein vor einer Meerenge befindliches Unterwasserfahrzeug, das mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung ausgerüstet ist.
In Figur 1 weist ein auf einer Wasseroberfläche schwimmendes Schiff 1 einen Kranausleger 2 auf, an dem eine ins Wasser abgelassene Kette 3 befestigt ist. Am unteren Ende der Kette 3 ist ein Tauchkörper 4 angeordnet, der mit einer zeichnerisch nicht dargestellten Fernsehkamera und einem ebenfalls nicht gezeichneten Richtscheinwerfer ausgerüstet ist. Der Richtscheinwerfer leuchtet mit seinem Scheinwerferkegel einen kreisförmigen Abschnitt 5 auf dem Wassergrund 8 aus. Innerhalb des kreisförmigen Abschnittes 5 befinden sich auf dem Wassergrund ein teilweise vom Wassergrund bedecktes zylinderförmiges Objekt sowie ein als Referenzobjekt dienender Anker 8. Beide Objekte 7 und 8 werden von dem Objektiv der Fernsehkamera erfaßt. Die Fernsehkamera gibt über eine Datenübertragungsleitung 9 Bildsignale an ein an Bord des Schiffes 1 angeordnetes Zielverfolgungssystem, das zeichnerisch nicht dargestellt ist und einen Korrelationstracker mit mindestens zwei Suchfenstern und mindestens zwei Speichern aufweist. Weiterhin ist an Bord des Schiffes eine Auswerteeinrichtung zur Ermittlung der gewünschten Ergebnisse vorhanden.
Anstelle des Schiffes 1 können auch andere Fahrzeuge als Träger für den Tauchkörper 4 und zur Aufnahme des Zielverfolgungssystems und der Auswerteeinrichtung herangezogen werden, z. B. Unterwasserfahrzeuge oder Hubschrauber. Auch ist es nicht erforderlich, daß der Tauchkörper 4 im Wasser oberhalb der Objekte 7 und 8 schwimmt. Vielmehr ist es denkbar, daß der Tauchkörper 4 auf dem Wassergrund 6 aufliegt und der Richtscheinwerfer und die Fernsehkamera sich oberhalb des Wassergrundes 6 befinden. Schließlich ist es möglich die TV-Kamera an Bord des Hubschraubers selbst zu installieren und eine relative Höhenvermessung durchzuführen.
Der Tauchkörper 4 kann die verschiedensten äußeren Formen besitzen.
In Figur 2 ist der abgebildetet Tauchkörper 4 als Hohlkugel ausgebildet, an dessen äußeren Umfang zwei sich gegenüberliegende Propellerantriebe 10 und 11 befestigt sind. Der Tauchkörper 4 weist zwei dicht nebeneinanderliegende Bullaugen 12 und 13 auf, wobei hinter dem Bullauge 12 eine zeichnerisch nicht dargestellte Fernsehkamera und hinter dem Bullauge 13 ein nicht gezeichneter Richtscheinwerfer im Innenraum des Tauchkörpers 4 angeordnet sind. Die Fernsehkamera und der Richtscheinwerfer können starr mit dem Tauchkörper verbunden sein. Auch ist es möglich, die Fernsehkamera und den Richtscheinwerfer auf getrennten Schwenk- und Neigeköpfen anzuordnen, mit denen synchrone rechnergeführte Schwenk- und Neigebewegungen der genannten Bauelemente ausgeführt werden können. Weiterhin ist es denkbar, den Richtscheinwerfer im Tauchkörper 4 wegzulassen und gegebenenfalls nur einen externen Scheinwerfer zu verwenden. Bei Verwendung eines Richtscheinwerfers oder eines Lasers kommt es besonders darauf an, daß dieser zur Fernsehkamera derart angeordnet ist, daß das Objekt der Fernsehkamera den vom Richtscheinwerfer auf dem Wassergrund 6 erzeugten kreisförmig ausgeleuchteten Abschnitt 5 erfaßt. Für die übrigen Bauelemente des kugelförmigen Tauchkörpers 4 sind die in Figur 1 verwendeten Bezugszeichen ebenfalls benutzt worden. Für größere Meßabstände und bei geringerer Durchlässigkeit des Wassers ist möglicherweise ein im grünen Spektralbereich arbeitender abtastender Laserbeleuchter erforderlich.
Das auf dem Schiff 1 angeordnete Zielverfolgungssystem empfängt über die Datenübertragungsleitung 9 die von der Fernsehkamera gelieferten Bildsignale. Dieses Zielverfolgungssystem weist im allgemeinen neben der Fernsehkamera als bilderzeugenden Sensor ein Servosystem zur Sensornachführung, einen Korrelationtracker mit mindestens zwei Suchfenstern und zwei Speichern sowie einen Monitor auf. Auf dem Monitor wird das von der Fernsehkamera gelieferte Szenenbild dargestellt. Ein Beispiel ist aus Figur 3 ersichtlich, wo das Szenenbild 14 die von der Fernsehkamera in Figur 1 erfaßte Szene im kreisförmigen Abschnitt 5 wiedergibt. Im Szenenbild 14 sind das Objekt 7 und das Referenzobjekt 8 deutlich zu erkennen, auf die jeweils ein Suchfenster 15 bzw. 16 des Korrelationstrackers aufgesetzt ist. Der Korrelationstracker kann weitere Suchfenster aufweisen, die auf andere willkürlich wählbare Referenzobjekte aufgesetzt werden können. Beim Aufschalten des Korrelationstrackers wird somit jedem Suchfenster 15 bzw. 16 ein Objekt 7 oder ein Referenzobjekt 8 zugewiesen, wobei der Korrelationstracker das oder die Referenzobjekte 8 automatisch selbst sucht, erkennt und verfolgt.
An Bord des Schiffes 1 ist weiterhin eine Auswerteeinrichtung vorgesehen, die dem Korrelationstracker und dem Monitor nachgeschaltet oder auch teilweise/vollständig in den Korrelationstracher integriert sein kann. Die Auswerteeinrichtung führt aus den Drehlagewerten der Such fenster 15 und 16, aus den Abstandswerten zwischen den Suchfenstern 15 und 16, sowie den Lagekoordinatenwerten des Tauchkörpers 4 zu dem Objekt 7 bzw. zu dem Referenzobjekt 8 eine relative Vermessung des Objektes 7 durch. In Abhängigkeit der ermittelten Daten kann unter Zuhilfenahme eines auf die Antriebe 10 bzw. 11 einwirkenden Reglers eine Regelung der Antriebe derart erfolgen, daß eine exakte Positionierung des Tauchkörpers 4 über dem Objekt 7 sichergestellt ist.
Auch ist auf diese Weise eine Regelung der Antriebe des Schiffes 1 oder eines anderen Fahrzeuges möglich. Weiterhin kann der Regelschaltkreis auch auf zusätzliche Rhderhilfsmittel, die an dem Tauchkörper 4, an dem Schiff 1 oder an einem anderen Fahrzeug vorhanden sind, in entsprechenden Weise einwirken.
Der in den Figuren 1 und 2 dargestellte Tauchkörper 4 kann auch zum Auffinden und zur Vermessung von Minenfeldern im Wasser herangezogen werdenkSierbei ist es zweckmäßig, den Tauchkörper 4 vor dem Schiff 1 herlaufen zu lassen, um ein Auflaufen des Schiffes 1 auf eine Mine zu vermeiden. In besonderen Fällen kann ein Auftreffen des Tauchkörpers 4 auf eine Mine und damit seine Zerstörung in Kauf genommen werden.
In Figur 4 ist eine Meerenge 17 von beispielsweise 1540 m Breite dargestellt, die von zwei natürlichen Felsen 18 und 19 gebildet wird.
Diese Meerenge 17 weist markante Punkte 20 und 21 auf, die etwa 900 m unter Wasser auseinanderliegen. Auf die Punkte 20 und 21 sind die Fenster 15 und 16 eines Zielverfolgungssystems 22 aufgesetzt, das sich an Bord eines Unterwasserfahrzeuges 23 befindet. Die von der Auswerteeinrichtung des Zielverfolgungssystems 22 ermittelten Entfernungswerte zwischen den markanten Punkten 20 und 21 untereinander bzw. zum Unterwasserfahrzeug 23 werden dazu verwendet, eine einwandfreie Positionierung des Unterwasserfahrzeuges 23 in Bezug auf die Meeresenge 17 oder eine sichere Durchfahrt des Unterwasserfahrzeuges 23 durch die Meerenge 17 zu gewährleisten.

Claims

PATENTANSPRÜCHE 1..Vorrichtung zur Erfassung eines im Wasser befindlichen Objektes und zur relativen Vermessung des Objektes unter Ausnutzung von Referenzobjekten und unter Verwendung eines, mit einem Fahrzeug, vorzugsweise mit einem an der Wasseroberfläche vorhandenen Schwimmkörper oder mit einem Wasserfahrzeug zusammenwirkenden Tauchkörpers, dadurch gekennzeichnet, daß der Tauchkörper (4) mit einer Fernsehkamera ausgerüstet ist, die als bilderzeugender Sensor Bestandteil eines Zielverfolgungssystems ist, daß das Zielverfolgungssystem einen Korrelationstracker mit mindestens zwei Suchfenstern (15, 16) und mindestens zwei Speichern aufweist, daß in dem von der Fernsehkamera gelieferten und auf einem Monitor dargestellten Szenenbild (14) ein Suchfenster (15) auf das Objekt (7) und mindestens ein weiteres Suchfenster (16) auf ein Referenzobjekt (8) aufgesetzt ist, und daß eine Auswerteeinrichtung vorgesehen ist, die aus den Drehlagewerten der Suchfenster (15, 16), aus den Abstandswerten zwischen den Suchfenstern (15, 16) sowie aus den Lagekoordinatenwerten des Tauchkörpers (4) zu dem Objekt (7) bzw. zu dem Referenzobjekt (8) eine relative Vermessung des Objektes (7) durch-führt.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Referenz eine vorgegebene Stelle des Objektes (7) dient, auf die das zweite Suchfenster (16) aufgesetzt ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch die Verwendung eines am Tauchkörper (4) angeordneten Richtscheinwerfers.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch die Verwendung eines im grünnen Spektralbereich arbeitenden Laserbeleuchters als Richtscheinwerf ers.
5. Vorrichtung nach Anspruch 1, 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Tauchkörper (4) zwei nebeneinanderliegende Bullaugen (12, 13) aufweist, hinter denen die Fernsehkamera und der Richtscheinwerfer im Innenraum des Tauchkörpers (4) angeordnet sind.
6. Vorrichtung nach Anspruch 2, 3, 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Fernsehkamera und/oder der Richtscheinwerfer auf getrennten Schwenk- und Neigköpfen angeordnet sind, mit denen synchrone rechnergeführte Schwenk- und Neigbewegungen ausführbar sind.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1, 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Zielverfolgungssystem zusammen mit der Auswerteeinrichtung auf dem Wasserfahrzeug (1) angeordnet und über eine Datenübertragungsleitung (9) mit der Fernsehkamera verbunden ist.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß ein auf die Antriebe (10, 11) des Tauchkörpers (4) wirkender Regler vorgesehen ist, der in Abhängigkeit von den von der Auswerteeinrichtung ermittelten Daten die Antriebe (10, 11) derart regelt, daß eine exakte Positionierung des Tauchkörpers (4) über dem Objekt (7) sichergestellt ist.
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß ein auf die Antriebe des Fahrzeuges (z.B. 1) wirkender Regler vorgesehen ist, der in Abhängigkeit von den von der Auswerteeinrichtung ermittelten Daten die Antriebe derart regelt, daß eine exakte Positionierung des Fahrzeuges (1) über dem Objekt (7) sichergestellt ist.
10. Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, gekennzeichent durch zusätzliche, von dem Regler geregelte Ruderhilfsmittel.
11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1, 3, 5 oder 8, gekennzeichnet durch die Verwendung des Tauchkörpers (4) zum Auffinden, zur Ausmessung und Zerstörung von Unterwasser-Minenfeldern.
12. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Fahrzeug und der Tauchkörper zu einem Unterwasserfahrzeug zusammengefaßt sind, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Suchfenster (15, 16) auf jeweils einen markanten Punkt (20, 21) von zwei, eine Meerenge (17) bildenden natürlichen oder künstlichen Körpern (18, 19) aufgesetzt sind, und daß die von der Auswerteeinrichtung ermittelten Entfernungswerte zwischen den markanten Punkten (20, 21) bzw. dem Unterwasserfahrzeug (23) und den Punkten (20, 21) dazu verwendet werden, eine einwandfreie Positionierung des Unterwasserfahrzeuges (23) in Bezug auf die Meerenge (17) bzw. eine sichere Durchfahrt des Unterwasserfahrzeuges (23) durch die Meerenge (17) zu gewährleisten.