DE4243346A1

DE4243346A1 - Method for determining path of vessel, involves measuring magnetic field in phase at constant points of time lying at distance from vessel, if it travels though measuring base

Info

Publication number: DE4243346A1
Application number: DE19924243346
Authority: DE
Inventors: Paul Penven; Philippe Ecoublet
Original assignee: Thomson CSF SA
Current assignee: Thales SA
Priority date: 1991-12-26
Filing date: 1992-12-21
Publication date: 2011-03-31
Also published as: GB9227025D0

Abstract

The method involves measuring (1) magnetic field in a phase at constant points of time lying at a distance from the vessel, if it travels though a measuring base, which contains magnetic field probe arranged longitudinal to a line, and determining (2) position of the vessel in another phase in a reference point connected to the measuring base.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Bestimmen der Bahn eines Wasserfahrzeugs und dessen Anwendung in einem Entmagnetisierungssystem.The invention relates to a method for determining the orbit of a watercraft and its application in a demagnetization system.

Es ist bekannt, daß die Anwesenheit ferromagnetischer Materialien in einem Wasserfahrzeug dieses mit Hilfe von Mitteln zum Erfassen seiner ”magnetischen Signatur” auffindbar machen. Diese Detektionsmittel können beispielsweise in Minen eingebaut sein oder von Flugkörpern getragen werden.It is known that the presence of ferromagnetic materials in a craft makes it detectable by means of detecting its "magnetic signature". These detection means may for example be installed in mines or carried by missiles.

Die magnetische Signatur eines Wasserfahrzeugs wird von seiner permanenten Magnetisierung und von seiner induzierten Magnetisierung gebildet. Die permanente Magnetisierung geht auf die ferromagnetischen Materialien zurück, die im Aufbau des Wasserfahrzeugs enthalten sind, sie ist im wesentlichen konstant.The magnetic signature of a vessel is formed by its permanent magnetization and its induced magnetization. The permanent magnetization is due to the ferromagnetic materials contained in the structure of the vessel, it is substantially constant.

Im Gegensatz dazu ist die induzierte Magnetisierung im wesentlichen variabel, und sie hängt im Falle eines Schiffs von dessen Orientierung im Erdmagnetfeld, von seinem Kurs und seiner auf das Rollen und Stampfen zurückzuführenden Neigung ab.In contrast, the induced magnetization is essentially variable, and in the case of a ship, it depends on its orientation in the earth's magnetic field, its course and its inclination due to roll and pitch.

Die magnetische Signatur des Schiffs ermöglicht somit seine Markierung und Verfolgung und gegebenenfalls das Lenken oder Beschießen mit Raketen, die dazu bestimmt sind, es zu zerstören. Es ist daher sehr wichtig, diese magnetische Signatur zu minimieren oder sogar auszulöschen, um seine Erfassung durch ein magnetisches Verfahren zu verhindern.The magnetic signature of the ship thus allows it to be tagged and tracked and, if necessary, guided or shot at by missiles intended to destroy it. It is therefore very important to minimize or even cancel out this magnetic signature to prevent its detection by a magnetic process.

Diese Entmagnetisierungsoperation erfolgt dadurch, daß im Volumen des Wasserfahrzeugs ein Magnetfeld erzeugt wird, das dessen Magnetfeld kompensiert, damit seine magnetische Signatur gelöscht wird. Zu diesem Zweck wird das Wasserfahrzeug mit einer Gruppe von Schaltungen ausgestattet, die als Entmagnetisierungsschleifen bezeichnet werden und die von einem einstellbaren elektrischen Gleichstrom durchlaufen werden. Zum Einstellen dieser Ströme im Hinblick auf die Erzielung einer minimalen Signatur wird das Magnetfeld des Wasserfahrzeugs im Meer mit Hilfe einer Meßbasis gemessen, die von Magnetfühlern gebildet wird, die längs einer Linie auf dem Meeresboden in einer Tiefe von 8 bis 30 m angeordnet sind. Das Schiff fährt über diese Linie der Fühler längs einer im wesentlichen senkrecht zu dieser Linie verlaufenden Richtung, und es wird eine Magnetfeldkarte in einem orthogonalen Koordinatensystem mit den Achsen x und y erstellt, wobei die x-Achse einer parallel zur Linie der Fühler liegenden Richtung entspricht, während die y-Achse in einer senkrecht zur x-Achse verlaufenden Richtung verläuft und der Zeit entspricht. Zur Erstellung der Magnetfeldkarte muß jedoch an jedem Zeitpunkt die Position des Wasserfahrzeugs bezüglich der Meßbasis bekannt sein, d. h. seine Bahn muß bezüglich der Meßbasis bekannt sein.This demagnetization operation is accomplished by generating in the volume of the vessel a magnetic field that compensates for its magnetic field to erase its magnetic signature. For this purpose, the vessel is equipped with a group of circuits called degaussing loops, which are traversed by adjustable DC electrical current. For adjusting these currents with a view to obtaining a minimum signature, the magnetic field of the vessel is measured in the sea by means of a measuring base formed by magnetic sensors arranged along a line on the seabed at a depth of 8 to 30 m. The vessel travels along this line of probes along a direction substantially perpendicular to that line, and a magnetic field map is created in an orthogonal coordinate system with axes x and y, the x axis corresponding to a direction parallel to the line of the probes while the y-axis is in a direction perpendicular to the x-axis and corresponds to the time. To create the magnetic field map, however, the position of the vessel with respect to the measuring base must be known at all times, d. H. its path must be known with respect to the measuring base.

Die Bahn kann in bekannter Weise unter Verwendung optischer Mittel erhalten werden, die aus einem oder zwei, an einer terrestrischen Meßstation angebrachten Lasern und aus einem oder zwei, an Bord des Wasserfahrzeugs an vorbestimmten Stellen installierten Reflektoren bestehen. Die Laser werden den Reflektoren nachgeführt. Ein mittels der Laser in Richtung der Reflektoren durchgeführtes Anvisieren ermöglicht es, mit Hilfe von Informationsverarbeitungsmitteln, die in der terrestrischen Meßstation untergebracht sind, die die Laser von den Reflektoren trennenden Abstände sowie die Winkelkoordinaten der Reflektoren zu bestimmen und dann daraus die Bahn des Wasserfahrzeugs abzuleiten.The web may be obtained in a known manner using optical means consisting of one or two lasers mounted on a terrestrial measuring station and one or two reflectors installed on board the vessel at predetermined locations. The lasers are tracked to the reflectors. Sighting performed by means of the lasers in the direction of the reflectors makes it possible, with the aid of information processing means housed in the terrestrial measuring station, to determine the distances separating the lasers from the reflectors and the angular coordinates of the reflectors and then to derive therefrom the trajectory of the vessel.

Dieses Verfahren erfordert jedoch eine komplizierte und teure Anlage sowie einen Eingriff durch den Menschen. Außerdem ist dieses Verfahren bei eingeschränkter Sicht, insbesondere bei Nebelzeiten, unwirksam.However, this method requires complicated and expensive equipment as well as human intervention. In addition, this method is ineffective in limited visibility, especially in fogging times.

Es ist außerdem bekannt, die Bahn eines Wasserfahrzeugs mit Hilfe magnetischer Mittel zu bestimmen. Bei diesem Verfahren werden Magnetfeldmessungen ausgewertet, die mittels der Linie der Fühler durchgeführt wurden, jedoch ist die Durchführung dieses Verfahrens schwierig, da es erfordert, an Bord des Wasserfahrzeugs eine Magnetquelle anzubringen, die ein zweipoliges Feld aussendet.It is also known to determine the trajectory of a watercraft by means of magnetic means. In this method, magnetic field measurements made by means of the line of the probes are evaluated, but it is difficult to carry out this method because it requires to install on board the vessel a magnetic source which emits a bipolar field.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bestimmen der Bahn eines Wasserfahrzeugs, das einfach durchzuführen ist, jederzeit angewendet werden kann und nicht erfordert, an Bord des Wasserfahrzeugs zusätzliche Mittel zu installieren.The invention relates to a method for determining the trajectory of a vessel, which is simple to perform, can be applied at any time and does not require to install additional means aboard the vessel.

Das Verfahren besteht darin, die Position des Wasserfahrzeugs bezüglich der Linie der Fühler durch sukzessive Annäherung zu bestimmen, indem ein magnetisches Modell des Wasserfahrzeugs gesucht wird und indem Messungen ausgewertet werden, die von den am Grund des Wassers angebrachten Fühlern durchgeführt werden; ferner besteht es darin, die Position des Wasserfahrzeugs abhängig von der Zeit zu bestimmen, indem mit dem freien Auge oder mit Hilfe eines Videooperators die Zeitpunkte beobachtet werden, an denen der Bug und das Heck des Wasserfahrzeugs oberhalb der Linie der Fühler vorbeifahren. Die Bahn des Wasserfahrzeugs wird dabei unter der Annahme erstellt, daß das Wasserfahrzeug über dem Grund eine geradlinige Bahn beschreibt, daß seine Geschwindigkeit v konstant ist und daß sein Kurs θ ebenfalls konstant ist.The method is to determine the position of the vessel with respect to the line of probes by successive approximation by searching a magnetic model of the vessel and by evaluating measurements taken from the probes attached to the bottom of the water be performed; Further, it is to determine the position of the vessel depending on the time by watching with the naked eye or with the help of a video operator, the times when the nose and the stern of the vessel pass above the line of the sensor. The orbit of the vessel is thereby made on the assumption that the vessel above the ground describes a straight line, that its velocity v is constant, and that its heading θ is also constant.

Nach der Erfindung ist das Verfahren zum Bestimmen der Bahn eines Wasserfahrzeugs dadurch gekennzeichnet, daß es darin besteht, daß

– in einer ersten Phase an regelmäßig im Abstand voneinander liegenden Zeitpunkten Messungen des von dem Wasserfahrzeug hervorgerufenen Magnetfeldes durchgeführt werden, wenn es über eine Meßbasis fährt, die längs einer Linie angeordnete Magnetfühler enthält,
– in einer zweiten Phase die Position x_A des Wasserfahrzeugs in einem an die Meßbasis gebundenen Bezugspunkt bestimmt wird, wenn sich das Wasserfahrzeug auf der Vertikalen zur Linie der Fühler befindet, wobei diese Position bestimmt wird, indem ein magnetisches Modell des Wasserfahrzeugs gesucht wird und von den Fühlern durchgeführte Messungen des magnetischen Feldes ausgewertet werden,
– in einer dritten Phase die Bahn des Wasserfahrzeugs gebildet wird, indem angenommen wird, daß diese Bahn geradlinig verläuft und die Geschwindigkeit sowie der Kurs des Wasserfahrzeugs konstant sind und indem der Zeitpunkt t_A des Durchgangs der Mitte des Wasserfahrzeugs über der Vertikalen zur Linie der Fühler bestimmt wird, indem die Zeitpunkte beobachtet werden, an denen das Vorderende und das Hinterende des Wasserfahrzeugs die Vertikale zur Linie der Fühler passieren.

According to the invention, the method for determining the trajectory of a vessel is characterized in that it consists in that

In a first phase at regularly spaced points in time, measurements of the magnetic field produced by the vessel are made when traveling over a measuring base containing magnetic sensors arranged along a line,
In a second phase the position x _{A of} the vessel is determined in a reference point bound to the measuring base when the vessel is on the vertical to the line of the probes, this position being determined by looking for a magnetic model of the vessel and the measurements of the magnetic field made by the sensors are evaluated,
In a third phase, the trajectory of the vessel is formed by assuming that this trajectory is straight and the speed and heading of the vessel are constant and by the time t _{A of} the passage of the center of the vessel above the vertical to the line of the probes is determined by observing the times at which the leading and trailing ends of the vessel pass the vertical to the line of the probes.

Die Erfindung betrifft auch die Anwendung des Verfahrens in einem Entmagnetisierungssystem.The invention also relates to the use of the method in a demagnetization system.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden nicht einschränkenden Beispielsbeschreibung unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung. In der Zeichnung zeigen:Further features and advantages of the invention will become apparent from the following non-limiting example description with reference to the accompanying drawings. In the drawing show:

1 die verschiedenen Phasen des erfindungsgemäßen Verfahrens, 1 the different phases of the process according to the invention,

2 ein Flußdiagramm der Suche der Position des Wasserfahrzeugs, wenn es die Vertikale zur Linie der Fühler in einem auf die Meßbasis bezogenen Koordinatensystem passiert, 2 a flow chart of the search of the position of the vessel when it passes the vertical line to the line of the sensors in a coordinate system based on the measuring base,

3 ein Ausführungsbeispiel der Lage eines Wasserfahrzeugs in bezug auf die Fühler einer Meßbasis, wobei die zwei Ellipsen, die beiderseits einer Mittelposition liegen, einer hypothetisch angenommenen Position des Wasserfahrzeugs entsprechen, 3 an embodiment of the position of a vessel with respect to the sensors of a measuring base, wherein the two ellipses, which lie on both sides of a central position, correspond to a hypothetical assumed position of the vessel,

4 ein Flußdiagramm des Verfahrens zum Optimieren eines Modells des Wasserfahrzeugs, 4 a flowchart of the method for optimizing a model of the vessel,

5 und 6 zwei Beispiele für Bahnen eines Wasserfahrzeugs in einem auf die Meßbasis bezogenen Koordinatensystem. 5 and 6 two examples of orbits of a watercraft in a based on the measuring base coordinate system.

Zur Bestimmung der Bahn eines Wasserfahrzeugs in bezug auf eine Meßbasis mit Magnetfühlern, die längs einer Linie auf dem Meeresboden angeordnet sind, weist das Verfahren drei Phasen auf, wie in 1 dargestellt ist. In einer ersten Phase l des Verfahrens werden Messungen des Magnetfelds durchgeführt, das von dem Wasserfahrzeug erzeugt wird, wenn dieses über die Meßbasis fährt. Die Messungen werden mit Hilfe der Magnetfühler an verschiedenen, in regelmäßigen Abständen liegenden Zeitpunkten durchgeführt, während das Wasserfahrzeug seine Fahrt fortsetzt; die Dauer der Aufzeichnung der Meßwerte kann zehn Minuten dauern. Wenn die Meßfühler dreiachsig sind, werden die drei Komponenten Hx, Hy, Hz des Magnetfeldes an den verschiedenen Lagepunkten der Fühler gemessen.For determining the trajectory of a watercraft with respect to a measuring base with magnetic sensors arranged along a line on the seabed, the method has three phases, as in FIG 1 is shown. In a first phase l of the method, measurements are made of the magnetic field generated by the vessel as it travels over the measurement base. The measurements are taken with the help of the magnetic sensors at various, regularly spaced times while the vessel continues its journey; the duration of the recording of the measured values can take ten minutes. When the probes are triaxial, the three components Hx, Hy, Hz of the magnetic field are measured at the various locations of the probes.

Eine zweite Phase 2 besteht darin, die Position des Wasserfahrzeugs bezüglich der Linie Ox der Fühler zu bestimmen, wenn sich das Fahrzeug in der Vertikalen zur Linie der Fühler befindet.A second phase 2 is to determine the position of the vessel with respect to the line Ox of the sensors when the vehicle is in the vertical line to the line of the sensors.

Es handelt sich dabei um die Bestimmung des Schnittpunkts der Linie der Fühler und der auf den Meeresgrund projizierten Bahn des Wasserfahrzeugs. Die Position des Wasserfahrzeugs wird durch sukzessive Annäherungen ausgehend von einer willkürlich gewählten Anfangsposition erhalten, indem ein magnetisches Modell des Wasserfahrzeugs gesucht wird, das dessen geometrische Abmessungen und die von ihm getragenen magnetischen Massen berücksichtigt und ermöglicht, einen Meßfehler zwischen dem von dem Modell abgeleiteten theoretischen Magnetfeld und dem von den Fühlern gemessenen Magnetfeld auf ein Minimum zu verringern. Die magnetischen Massen werden von ferromagnetischen Materialien gebildet, die an verschiedenen Stellen des Wasserfahrzeugs angebracht sind; diese magnetischen Massen sind insbesondere der Rumpf des Wasserfahrzeugs, wenn dieser aus Metall besteht, sowie der Motor. Das Wasserfahrzeug kann also durch eine Gruppe von Magnetquellen nachgebildet werden, die im Inneren eines Volumens enthalten sind, das beispielsweise ellipsenförmig und mit solchen Abmessungen gewählt werden kann, daß die Länge, die Breite und die Höhe dieses Volumens gleich den Abmessungen des Wasserfahrzeugs sind. Die Magnetquellen können Dipole, Mehrpole, Ellipsoide, magnetische Massen oder Oberflächenströme sein. Die Quellen werden als punktförmig angenommen, jedoch ist ihre Position im allgemeinen nicht bekannt.This involves determining the intersection of the line of the probes and the orbit of the vessel projected onto the seabed. The position of the vessel is obtained by successive approximations from an arbitrarily chosen initial position by searching for a magnetic model of the vessel that takes into account its geometric dimensions and the magnetic masses it carries, and allows a measurement error between the theoretical magnetic field derived from the model and the magnetic field measured by the sensors to a minimum. The magnetic masses are formed by ferromagnetic materials mounted at various locations on the vessel; these magnetic masses are particular the hull of the vessel, if made of metal, and the engine. Thus, the vessel can be modeled by a group of magnetic sources contained within a volume which may be elliptical in shape and dimensioned such that the length, width and height of that volume are equal to the dimensions of the vessel. The magnetic sources may be dipoles, poles, ellipsoids, magnetic masses or surface currents. The sources are assumed to be punctiform but their position is generally unknown.

2 zeigt ein Flußdiagramm der Suche der Position des Wasserfahrzeugs in einem auf die Meßbasis bezogenen Koordinatensystem, wenn es die Vertikale zur Linie der Fühler passiert. 2 Figure 11 is a flow chart showing the search of the position of the vessel in a coordinate system related to the measuring base as it passes the vertical line to the line of the probes.

Das Wasserfahrzeug wird durch einen Ellipsoid mit der Breite l in der Richtung Ox repräsentiert. In einem ersten Schritt 11 wird für eine gegebene Iterationsstufe k eine hypothetische Annahme über die Position des Wasserfahrzeugs gebildet; diese hypothetische Annahme wird als x_k bezeichnet.The vessel is represented by an ellipsoid of width l in the direction Ox. In a first step 11 for a given iteration stage k, a hypothetical assumption about the position of the vessel is made; this hypothetical assumption is called x _k .

Beispielsweise wird angenommen, daß sich das Wasserfahrzeug in der Mitte der Meßbasis befindet.For example, it is assumed that the vessel is at the center of the measurement base.

Ausgehend von dieser Hypothese werden zwei Ellipsoide mit der Breite l betrachtet. Die Mitten dieser zwei Ellipsoide sind um eine Strecke l versetzt, die der Breite des Wasserfahrzeugs beiderseits seiner angenommenen Position entspricht. Ihre Position beträgt somit (x_k – l) bzw. (x_k + l). 3 zeigt ein Beispiel dieser tatsächlichen Anordnung eines Wasserfahrzeugs in bezug auf die Fühler einer Meßbasis sowie die zwei Ellipsoide, die beiderseits einer hypothetischen Annahme x_k betrachtet werden, die bezüglich der Position des Wasserfahrzeugs gemacht wurde.On the basis of this hypothesis two ellipsoids with width l are considered. The centers of these two ellipsoids are offset by a distance l which corresponds to the width of the vessel on either side of its assumed position. Their position is thus (x _k - l) or (x _k + l). 3 Figure 4 shows an example of this actual arrangement of a vessel with respect to the sensors of a measurement base as well as the two ellipsoids viewed on either side of a hypothetical assumption x _{k made} with respect to the position of the vessel.

In dieser 3 weist die Meßbasis sieben Magnetfühler C1 bis C7 auf, die in einer Richtung Ox in einer Linie im Abstand Δx liegen. Die tatsächliche Position des Wasserfahrzeugs 20 liegt nahe bei der Position des sechsten Fühlers. Die angenommene Position des Wasserfahrzeugs, die durch einen Ellipsoid 21 dargestellt ist, liegt in der Mitte der Meßbasis. Die zwei berücksichtigten Ellipsoide 22 und 23 liegen mit ihren Mitten um eine Strecke l versetzt beiderseits der angenommenen Position des Wasserfahrzeugs. Diese Strecke l ist gleich der Breite des Wasserfahrzeugs.In this 3 The measuring base has seven magnetic sensors C1 to C7, which lie in a direction Ox in a line at a distance Δx. The actual position of the vessel 20 is close to the position of the sixth sensor. The assumed position of the vessel, represented by an ellipsoid 21 is shown in the middle of the measuring base. The two considered ellipsoids 22 and 23 lie with their centers by a distance l offset on both sides of the assumed position of the vessel. This distance l is equal to the width of the watercraft.

Mit den zwei auf diese Weise definierten Ellipsoiden werden parallel in den Schritten 12 und 13 zwei Modelle gebildet. Jede Modellbildung besteht darin, die optimale Position der Magnetquellen im Inneren jedes Ellipsoids zu berechnen, wobei die Quellen als punktförmig angenommen werden.Using the two ellipsoids defined in this way will be parallel in the steps 12 and 13 two models formed. Each modeling is to calculate the optimum position of the magnetic sources inside each ellipsoid, assuming the sources as punctiform.

Diese optimale Position entspricht einem minimalen Modellfehler, wobei der Modellfehler gleich der Differenz zwischen dem vom Modell abgeleiteten theoretischen Magnetfeld und dem von den Fühlern der Meßbasis gemessenen Magnetfeld ist. Das theoretische Magnetfeld wird an verschiedenen Punkten entsprechend den Positionen der Fühler berechnet.This optimum position corresponds to a minimum model error, the model error being equal to the difference between the theoretical magnetic field derived from the model and the magnetic field measured by the sensors of the measurement base. The theoretical magnetic field is calculated at various points according to the positions of the probes.

Diese optimale Position wird durch einen iterativen Prozeß erhalten, der darin besteht, die Quellen im Inneren des ellipsenförmigen Volumens auf Zufallsbasis zu verschieben, bis ein minimaler Modellfehler erhalten wird.This optimal position is obtained by an iterative process consisting of randomly shifting the sources inside the ellipsoidal volume until a minimum model error is obtained.

4 zeigt ein Flußdiagramm des Prozesses der Optimierung eines Modells des Wasserfahrzeugs. 4 shows a flowchart of the process of optimizing a model of the vessel.

Der Optimierungsprozeß des Modells des Wasserfahrzeugs wird für eine bestimmte Auswahl magnetischer Quellen durchgeführt, deren Anzahl willkürlich festgelegt ist. Die gewählten Quellen können beispielsweise Dipole sein, wobei die Anzahl der Quellen mit p angegeben ist.The optimization process of the model of the vessel is performed for a particular selection of magnetic sources, the number of which is arbitrarily set. The selected sources may be, for example, dipoles, the number of sources being indicated by p.

In einem ersten Schritt 30 wird die Position der Quellen im Inneren des ellipsenförmigen Volumens initialisiert. Wenn nichts über das Wasserfahrzeug bekannt ist, wird diese Anfangspositionierung völlig empirisch gewählt.In a first step 30 the position of the sources inside the ellipsoidal volume is initialized. If nothing is known about the vessel, this initial positioning is chosen entirely empirically.

Ausgehend von dieser Positionierung werden in einem Schritt 31 die Magnetisierungen Mx, My, Mz jedes Dipols in den drei Richtungen x, y, z des Raums berechnet, in dem die Werte der gemessenen Magnetfelder benutzt werden und ein System von m Gleichungen mit n Unbekannten gelöst wird, wobei m die gesamte Anzahl der magnetischen Messungen ist, während n die Anzahl der zu bestimmenden Magnetisierungen ist, nämlich drei Magnetisierungen pro Dipol. Sobald die Magnetisierungen bestimmt sind, werden die theoretischen Magnetfelder abgeleitet.Starting from this positioning will be in one step 31 the magnetizations Mx, My, Mz of each dipole are calculated in the three directions x, y, z of the space in which the values of the measured magnetic fields are used and a system of m equations with n unknowns is solved, where m is the total number of magnetic Measurements, while n is the number of magnetizations to be determined, namely three magnetizations per dipole. Once the magnetizations are determined, the theoretical magnetic fields are derived.

In einem Schritt 32 erfolgt die Berechnung des Modellbildungsfehlers, indem die Werte der abgeleiteten Magnetfelder des Modells mit den von den Magnetfühlern gemessenen Werten verglichen werden. Der betrachtete Fehler kann entweder ein Spitzenfehler sein, der gleich der größten Abweichung zwischen den gemessenen Magnetfeldwerten und den vom Modell abgeleiteten Magnetfeldwerten ist, oder er kann ein RMS-Fehler sein, der gleich der mittleren quadratischen Abweichung zwischen den gemessenen Magnetfeldwerten und den vom Modell abgeleiteten Magnetfeldwerten ist. Der Fehler wird normiert, indem sein Wert durch den gemessenen Maximalwert des Magnetfeldes während der gesamten Aufzeichnungszeit der Meßwerte geteilt wird. In one step 32 the modeling error is calculated by comparing the values of the derived magnetic fields of the model with the values measured by the magnetic sensors. The considered error may either be a peak error equal to the largest deviation between the measured magnetic field values and the model derived magnetic field values, or it may be an RMS error equal to the mean square deviation between the measured magnetic field values and those derived from the model Magnetic field values. The error is normalized by dividing its value by the measured maximum value of the magnetic field during the entire recording time of the measured values.

In einem Schritt 33 wird ein Test durchgeführt. Dieser Test besteht darin, den Modellbildungsfehler mit einem von der Bedienungsperson fest eingestellten Schwellenwert zu vergleichen. Wenn der Fehler größer als der Schwellenwert ist, werden die Quellen im Schritt 34 im Inneren des ellipsenförmigen Volumens willkürlich verschoben, und die Schritte 31 bis 33 werden erneut ausgeführt. Wenn der Modellbildungsfehler kleiner als der Schwellenwert ist, wird die Position der Quellen als optimal betrachtet, und der Algorithmus der Modellbildung des Wasserfahrzeugs wird beendet. Der Wert der Schwelle kann beispielsweise ein von der Bedienungsperson willkürlich festgelegter Wert sein oder er kann gleich dem größten normierten Fehler gewählt werden, der am Anfang der Modellbildung erhalten wird. Gemäß einer abgewandelten Ausführung kann die Wahl eines Schwellenwerts durch eine maximale Anzahl von Iterationen ersetzt werden. In diesem Fall geht der Algorithmus der Modellbildung zu Ende, wenn diese maximale Anzahl von Iterationen erreicht ist, und die optimale Position der Quellen ist diejenige, die es ermöglicht, einen minimalen Fehlerwert zu erzielen.In one step 33 a test is carried out. This test consists of comparing the modeling error with a threshold set by the operator. If the error is greater than the threshold, the sources in step 34 in the interior of the elliptical volume arbitrarily shifted, and the steps 31 to 33 will be executed again. If the modeling error is less than the threshold, the position of the sources is considered optimal and the watercraft modeling algorithm is terminated. The value of the threshold may be, for example, a value arbitrarily set by the operator, or it may be chosen equal to the largest normalized error obtained at the beginning of the modeling. According to a modified embodiment, the selection of a threshold value can be replaced by a maximum number of iterations. In this case, the modeling algorithm comes to an end when this maximum number of iterations is reached, and the optimal position of the sources is that which makes it possible to achieve a minimum error value.

Wenn die zwei Modellbildungen beendet sind, sind zwei Fehlerwerte e₁ und e₂ erhalten, die jeweils den Ellipsoiden 21 und 22 entsprechen, die um eine Strecke l beiderseits der angenommenen Position des Wasserfahrzeugs verschoben sind. Wenn das Wasserfahrzeug eine Bahn verfolgt hat, die der formulierten Hypothese entspricht, d. h. in der Mitte der zwei durch Modellbildung festgelegten Positionen verläuft und der Mitte der Meßbasis entspricht, haben die Fehler e₁ und e₂ aus Gründen der Symmetrie nahe beieinanderliegende Werte. Im gegenteiligen Fall haben die Fehler e₁ und e₂ unterschiedliche Werte. Das Vorzeichen der Differenz der Fehler (e₁ – e₂) ist eine Anzeige der Seite, auf der sich das Wasserfahrzeug bezüglich der formulierten hypothetischen Annahme befindet. Im Schritt 14 wird das Vorzeichen der Differenz der Fehler (e₁ – e₂) bestimmt. Im Schritt 15 wird geprüft, ob bei der betrachteten Iterationsstufe k eine Umkehrung des Vorzeichens der Differenz (e₁ – e₂) in bezug auf die vorhergehende Iterationsstufe (k – 1) stattgefunden hat.When the two models are completed, two error values e ₁ and e ₂ are obtained, each of the ellipsoids 21 and 22 which are shifted by a distance l on both sides of the assumed position of the vessel. If the vessel has followed a trajectory that conforms to the formulated hypothesis, ie, is in the middle of the two modeling positions and corresponds to the center of the measurement base, the errors e ₁ and e _{2 will be} close to each other for symmetry. In the opposite case, the errors e ₁ and e _{2 have} different values. The sign of the difference of the errors (e ₁ -e ₂ ) is an indication of the side on which the vessel is located with respect to the formulated hypothetical assumption. In step 14 the sign of the difference of the errors (e ₁ - e ₂ ) is determined. In step 15 a check is made as to whether the sign of the difference (e ₁ -e ₂ ) with respect to the preceding iteration stage (k-1) has reversed at the considered iteration stage k.

Wenn keine Vorzeichenumkehr stattgefunden hat, wird in einem Schritt 16 geprüft, ob das Vorzeichen der Differenz (e₁ – e₂) positiv oder negativ ist. Wenn das Vorzeichen negativ ist, wird in einem Schritt 17 die angenommene Position des Wasserfahrzeugs um eine Strecke Δx nach links bezüglich der derzeitigen Position verschoben, wobei diese Position dann eine neue hypothetische Annahme für die Position des Wasserfahrzeugs darstellt; wenn das Vorzeichen positiv ist, wird in einem Schritt 18 die angenommene Position des Wasserfahrzeugs um eine Strecke Δx bezüglich der derzeitigen Position nach rechts verschoben, wobei diese neue Position dann eine neue hypothetische Annahme der Position des Wasserfahrzeugs darstellt. Die Strecke Δx kann beispielsweise so gewählt werden, daß sie gleich dem Abstand zwischen zwei aufeinanderfolgenden Fühlern ist. Die Iterationsstufe wird dann fortgeschaltet, und die Schritte 12 bis 18 der zweiten Phase des Verfahrens zur Bahnbestimmung werden wiederholt, bis die Prüfung im Schritt 15 zur Feststellung einer Vorzeichenumkehr der Fehlerdifferenz e₁ – e₂ ein positives Ergebnis hat. Wenn eine Vorzeichenumkehr bei der Iterationsstufe k = i stattfindet, wird in einem Schritt 19 eine Schätzung der Position des Wasserfahrzeugs durchgeführt, wenn sich dieses in der Nähe der Vertikalen zur Meßbasis befindet, indem eine lineare Approximation zu den beiden letzten Rekursionen entsprechend der folgenden Gleichung ausgeführt wird:

If no sign reversal has taken place, in one step 16 checked whether the sign of the difference (e ₁ - e ₂ ) is positive or negative. If the sign is negative, it will be in one step 17 shifted the assumed position of the vessel by a distance Δx to the left relative to the current position, this position then representing a new hypothetical assumption for the position of the vessel; if the sign is positive, it will be in one step 18 the assumed position of the vessel is shifted to the right by a distance Δx with respect to the current position, this new position representing a new hypothetical assumption of the position of the vessel. For example, the distance Δx may be chosen to be equal to the distance between two consecutive probes. The iteration stage is then advanced, and the steps 12 to 18 The second phase of the web determination procedure is repeated until the test in step 15 for determining a sign reversal of the error difference e ₁ - e _{2 has} a positive result. If a sign reversal takes place at the iteration stage k = i, it becomes in one step 19 an estimate of the position of the vessel is taken when it is close to the vertical to the measurement base by performing a linear approximation to the last two recursions according to the following equation:

x_i ist dabei die angenommene Position des Wasserfahrzeugs bei der i-ten Rekursion.x _i is the assumed position of the vessel at the ith recursion.

In einer dritten Phase 3 erfolgt die Erstellung der Bahn in der anschließend unter Bezugnahme auf die 5 und 6 beschriebenen Weise, in denen zwei Beispiele von Bahnen eines Wasserfahrzeugs in einem Koordinatensystem (y_A; x, y) bezogen auf die Meßbasis dargestellt sind. y_A entspricht dem Zeitpunkt, an dem das Wasserfahrzeug die Vertikale zur Linie der Fühler passeirt, während die x-Achse der Richtung der Linie der Fühler entspricht und die y-Achse der Zeitachse entspricht. Zur Bildung der Bahn des Wasserfahrzeugs wird dessen Abdrift als genügend gering angenommen, während die Geschwindigkeit und der Kurs des Wasserfahrzeugs als konstant angenommen werden. Die Geschwindigkeit wird in bekannter Weise gemessen, und der Kurs wird gemessen oder von der Bedienungsperson eingegeben.In a third phase 3, the creation of the web in the following with reference to the 5 and 6 described manner in which two examples of orbits of a watercraft in a coordinate system (y _A , x, y) are shown relative to the measuring base. y _A corresponds to the time at which the vessel passes the vertical to the line of the probes, while the x-axis corresponds to the direction of the line of the probes and the y-axis corresponds to the time axis. In order to form the orbit of the vessel, its drift is assumed to be sufficiently low, while the speed and heading of the vessel are assumed to be constant. The speed is measured in a known manner and the course is measured or entered by the operator.

Die Bildung der Bahn erfolgt mittels einer Änderung des Bezugssystems. Es handelt sich dabei um einen Übergang vom Bezugssystem (y_A; x, y), das auf die Meßbasis bezogen ist, auf das Bezugssystem (x_A; X, Y), das auf das Wasserfahrzeug bezogen ist. x_A entspricht der in der zweiten Phase des Verfahrens berechneten Position, wobei die Y-Achse dem Kurs des Wasserfahrzeugs entspricht, während die X-Achse in einer senkrecht zum Kurs des Wasserfahrzeugs verlaufenden Richtung liegt.The formation of the web takes place by means of a change of the reference system. It is a transition from the reference system (y _A , x, y), which is related to the measuring base, to the reference system (x _A , X, Y), which is related to the vessel. x _A corresponds to the position calculated in the second phase of the method, where the Y axis corresponds to the heading of the vessel while the X axis is in a direction perpendicular to the heading of the vessel.

Die geradlinige Bahn (T'T) des Wasserfahrzeugs bildet in bezug auf die senkrecht zur Meßbasis verlaufende Richtung einen Winkel α, während der Kurs des Wasserfahrzeugs zu der zur Meßbasis senkrechten Richtung einen Winkel θ bildet.The straight line (T'T) of the vessel forms an angle α with respect to the direction perpendicular to the measuring base, while the heading of the vessel makes an angle θ to the direction perpendicular to the measuring base.

In 6 ist das Wasserfahrzeug durch ein gleichschenkliges Dreieck mit der Höhe L und der Basisbreite l dargestellt, und die Bahn entspricht einer Verschiebung eines in der Mitte der Höhe L liegenden Punkts. Unter diesen Bedingungen wird die Änderung des Bezugssystems erhalten, indem das folgende Matrixprodukt gebildet wird:

In 6 For example, the vessel is represented by an isosceles triangle of height L and base width l, and the lane corresponds to a displacement of a mid-height L point. Under these conditions, the change of the reference system is obtained by forming the following matrix product:

In diesem Matrixprodukt ist x bekannt, da dieser Wert der Position der Fühler entspricht; y = vtcosα, wobei t den Abtastzeitpunkten der von den Fühlern durchgeführten Messungen entspricht. Die Unbekannten sind vcosα (oder cosα, wenn die Geschwindigkeit über Grund mit Hilfe eines Meßgeräts beispielsweise vom Typ ”Doppler-Log” gemessen wird) und die Koordinaten x_A, y_A des Überschneidungspunkts der Bahn des Wasserfahrzeugs mit der Linie der Fühler.In this matrix product, x is known since this value corresponds to the position of the probes; y = vtcosα, where t equals the sampling instants of the measurements made by the probes. The unknowns are vcosα (or cosα when the ground speed is measured by means of a Doppler-Log gauge, for example) and the coordinates x _A , y _{A of} the intersecting point of the orbit of the vessel with the line of the probes.

Der Wert von x_A ist der in der zweiten Phase des Verfahrens bestimmte Wert.The value of x _A is the value determined in the second phase of the process.

Um den Wert von vcosα zu erhalten, wird ein optisches Anvisieren beispielsweise mittels eines ”Video-Operators” durchgeführt, der die Zeitpunkte t_AV und t_AR des Durchgangs des Bugs bzw. des Hecks des Wasserfahrzeugs über der Linie der Fühler meldet.In order to obtain the value of vcosα, optical sighting is performed, for example, by means of a "video operator" which reports the times t _AV and t _{AR of} the passage of the bow or tail of the vessel over the line of the sensors.

Unter Bezugnahme auf 6 wird vcosα durch den folgenden Ausdruck erhalten:

With reference to 6 vcosα is obtained by the following expression:

Die Messungen von t_AV und Δt ermöglichen die Berechnung des Zeitpunkt t_A des Durchgangs der Mitte des Schiffs über die Linie der Fühler gemäß dem folgenden Ausdruck:

The measurements of t _AV and Δt allow the calculation of the time t _{A of} the passage of the center of the ship across the line of the probes according to the following expression:

Der Wert von y_A ist gleich vt_Acosα.The value of y _A is equal to vt _A cosα.

Die Erfindung ist nicht auf das oben beschriebene Verfahren beschränkt. Wenn die Position der tatsächlichen Magnetquellen des Wasserfahrzeugs von vornherein bekannt ist, wird insbesondere die anfängliche Positionierung der Quellen im Inneren des ellipsenförmigen Raums bei der Modellbildung des Wasserfahrzeugs nicht empirisch gewählt, sondern in Abhängigkeit von der tatsächlichen Positionierung dieser Quellen.The invention is not limited to the method described above. In particular, if the position of the actual magnetic sources of the vessel is known in advance, the initial positioning of the sources inside the elliptical space will not be chosen empirically in the modeling of the vessel, but depending on the actual positioning of those sources.

Claims

Method for determining the orbit of a watercraft, characterized in that it consists in that - in a first phase ( 1 ) at regularly spaced points in time measurements of the magnetic field caused by the vessel are made when traveling over a measuring base containing magnetic sensors arranged along a line, - in a second phase ( 2 ) the position x _{A of} the vessel is determined in a reference point bound to the measurement base when the vessel is on the vertical to the line of sensors, this position being determined by searching a magnetic model of the vessel and measurements taken by the sensors of the magnetic field are evaluated, - in a third phase ( 3 ) the lane of the vessel is formed by assuming that this lane is straight and the speed and heading of the vessel are constant and by determining the time t _{A of} the passage of the center of the vessel over the vertical to the line of the sensors by the time when the bow and the stern of the vessel pass the vertical line to the line of the sensors is observed.

Method according to claim 1, characterized in that the position x _{A of} the vessel, when it is above the vertical of the line of the probes, is determined on the basis of an arbitrarily chosen initial position by an iterative process consisting in each stage of the iteration k, in two positions lying at a distance l on either side of a central position corresponding to a hypothetical assumption of the position of the vessel at the iteration stage k, two models of the vessel are formed, where l equals the width of the vessel, - that for each of the models two corresponding model errors e ₁ and e ₂ are calculated at the difference between the theoretical model-derived magnetic field and the magnetic field measured by the sensors, - that the sign of the error difference (e ₁ - e ₂ ) is determined, - then if a change of the sign with respect to the preceding iteration stage k-1 ie, the assumed position of the vessel, depending on whether the sign of the difference (e ₁ - e ₂ ) is negative or positive, is shifted to this position to the left or to the right, with these to the left or to the right with respect to new position offset from the previous position is then taken as the new hypothetical assumption of the position of the vessel at the next iteration stage (k + 1), - then, when there is a change in the sign with respect to the previous iteration stage k-1, the real position of the vessel is estimated by performing a linear approximation on the two most recent recursions.

Method according to Claim 2, characterized in that, for each new iteration, the new position regarded as a hypothetical assumption is displaced to the right or left by a distance Δx with respect to the preceding hypothetical position equal to the distance between two successive probes of the measuring base.

Method according to claim 2 or 3, characterized in that the searching of a magnetic model of the vessel, which is carried out in each hypothetical assumption of the position of the vessel, consists in that - the craft is set equal to a volume which takes into account the geometrical dimensions of the vessel and inside which magnetic sources are contained, The location of the magnetic sources is optimized in an iterative process consisting of randomly shifting the sources inside the volume until a minimum error is obtained in the modeling, this modeling error being a measure of error between that of the sensors measured magnetic field and the theoretical field derived from the model.

Application of the method according to one of the preceding claims in a demagnetization system, characterized in that the trajectory of the vessel is used for generating the map of the magnetic field generated by the vessel with a view to minimizing its magnetic signature.