EP0247367A1 - Method for setting a magnetic installation for self-protection to compensate the disturbing magnetic field of a vehicle, in particular a ship - Google Patents

Method for setting a magnetic installation for self-protection to compensate the disturbing magnetic field of a vehicle, in particular a ship Download PDF

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EP0247367A1
EP0247367A1 EP87106093A EP87106093A EP0247367A1 EP 0247367 A1 EP0247367 A1 EP 0247367A1 EP 87106093 A EP87106093 A EP 87106093A EP 87106093 A EP87106093 A EP 87106093A EP 0247367 A1 EP0247367 A1 EP 0247367A1
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EP
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coil
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mes
data
magnetic
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Johann Dr. Flecken
Rudolf Dipl.-Ing. Kock
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B63SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63GOFFENSIVE OR DEFENSIVE ARRANGEMENTS ON VESSELS; MINE-LAYING; MINE-SWEEPING; SUBMARINES; AIRCRAFT CARRIERS
    • B63G9/00Other offensive or defensive arrangements on vessels against submarines, torpedoes, or mines
    • B63G9/06Other offensive or defensive arrangements on vessels against submarines, torpedoes, or mines for degaussing vessels

Definitions

  • Every ship equipped with an MES system initially experiences a basic (initial) setting of the MES system based on a so-called magnetic measurement, in which an optimal compensation value is achieved by setting suitable winding currents.
  • the MES system then switched on controls the currents in the individual coils while driving so that the set compensation for the interference field is retained.
  • each ship must be magnetically measured again at certain intervals and the MES system may have to be readjusted accordingly (setting control).
  • the settings are disproportionately complex due to the strong magnetic interactions between the individual coils (and partial coils) of the MES system. Because of the irregular geometric shapes of the coils, the problem also eludes simple mathematical calculation methods, especially as far as the influence of ferromagnetic internals on the gastric field of the coils (real effects) is concerned. In addition, erroneous geometric data for specifying the coil position in the ship limit the usefulness of field calculations.
  • the invention has for its object to carry out the setting of the MES system of a vehicle with automatically obtained values for the compensation currents so that it is as realistic as possible and therefore accurate, so that the lowest possible mine threat is achieved.
  • This object is achieved in a method for setting an MES system for compensating for the magnetic interference field of a vehicle, in particular the ship according to the invention, in that - Each individual coil is acted upon by a standard current in a predetermined direction and at least one component of the associated magnetic field is measured, and that -
  • a first algorithm when correcting position coordinate errors - the "winding effect" of each coil, ie the difference between the real coil, whose field is influenced by ferromagnetic masses, and the corresponding undisturbed coil field (air flow) is determined iteratively and that -
  • optimal currents for approximating the coil system field to the vehicle interference field to be compensated are determined in a second algorithm.
  • FIG. 1-3 shows the large-scale, three-axis coil system of an MES system of a ship 1 (as an example of a vehicle as a ferromagnetic interference body).
  • This coil system consists of coils 3, 4, 5 in the three orthogonal axes.
  • Each coil 3 or 4 or 5 is usually divided into three sub-coils, which are no longer shown.
  • One coil serves to compensate for a permanent interference field component (and is fed with permanent current).
  • a second coil section is used to compensate for an interference field component induced by the earth field (and is supplied with current depending on the earth field and the course).
  • the X-Y-Z coordinate system is assumed to be fixed, i.e. is aimed at the generator of the magnetic interference field - in the exemplary embodiment the ship 1.
  • the coils are in turn named according to their main magnetic direction effects.
  • the coils 3 according to FIG. 1, which are parallel to the Y-Z plane, are the L coils (L-MES winding), whose magical axes of action lie in the longitudinal direction of the ship (X) (L corresponds to longitudinal).
  • the coils 4 according to FIG. 2 (only one is shown), which lie parallel to the X-Y plane, are the V-coils (V-MES winding) with vertical magnetic axes (V corresponds to vertical). 3, which are parallel to or in the X-Z plane, are the A-coils (A-MES winding) with the magnetic direction of action in the Y-direction (A corresponds to athwort-ship).
  • the coils 3, 4, 5 are fed with direct currents in different directions.
  • the positive current directions result from the positive directions of the coordinate system shown in FIG. 1.
  • the currents are set so that the interference field is optimally compensated for the magnetic field of the hull.
  • a controller ensures that the set current values are retained.
  • the invention relates to the magnetic measurement of a ship.
  • This measurement is carried out in the usual way that, according to FIG. 4, the ship 1 is brought into a measurement system with a measuring carpet of magnetic field measuring probes 2 and the coil currents are set in such a way that the interference field is optimally compensated for.
  • the determination of the optimal coil currents in the shortest possible time is the typical problem of magnetic measurement.
  • the measuring probes 2 are arranged in two different measuring levels in order to be able to make a statement at different measuring depths.
  • the measuring probes record the magnetic interference field of the ship 1 in size and direction.
  • the interference field of the ship 1 to be compensated is measured.
  • the interference field measured values are saved.
  • all the coils 3, 4, 5 of the MES system are charged with a current of a defined size and direction (standard current) and the magnetic interference fields of the respectively charged coils 3 or 4 or 5 are measured.
  • winding effect also called winding coefficient
  • the proportional change P i, k of the undisturbed coil field is referred to in the magnetics as the "winding effect".
  • this term also includes errors in the coil geometries.
  • the influence of errors in the coil geometry is generally of a disproportionate, ie serious, nature; these errors must therefore be “corrected”.
  • the “winding effect” thus corrected is then called the "winding coefficient”.
  • the magnetic field of a system consisting of several, in total Nsp coils, is obtained by summing up the fields of the individual coils at a point n according to location:
  • the algorithm should now - the position coordinate (nonlinear influencing variable) and - the proportionality parameter P i, k (linear influencing variable) Determine for each individual coil 3 or 4 or 5 of the system in such a way that the unit field measured values Bk n, i are approximated as closely as possible at the measurement locations Xm n, i .
  • an extended minimum least squares approach of the following form is used:
  • the measurement value scatter ⁇ serves as a weighting variable and has the effect that measurement values are taken into account less the larger their scatter.
  • the formula (1.11) represents a system of equations with which improvements ⁇ U can be calculated for a predefined approximation of the sought quantities U o (winding coefficients and coil position).
  • Formula (1.8) then gives the improved quantities U o + 1 , which in turn lead to the calculation of new improvements ⁇ U o + 1 .
  • This iteration - using convergence-securing procedures - must be repeated until a minimum of the mean square of error has been established or until two successive approximations no longer differ significantly from one another.
  • the result then consists in a corrected coil position coordinates and in the winding coefficients Pi for the respectively examined coil 3 or 4 or 5.
  • the compensation currents are now to be determined, ie the task of determining the currents I k in the individual coils of an MES coil system is concerned, so that the magnetic interference field measured in the "unprotected vehicle" state is canceled as well as possible .
  • the measured values are now also subject to a scatter ⁇ n, i ; the underlying measurement error distribution is normal with the mean o.
  • the sought compensation currents in the coils 3, 4, 5 are intended to generate a magnetic field which approximates or eliminates the measured interference field at the locations Xm in the sense of the smallest square of the error.
  • the process is repeated:
  • RS n, i represents the magnetic field generated by all coils of the system in the N measuring points; if you use the formula expression (1.6), the mean square of the error becomes:
  • the currents I k are obviously a linear influencing variable; the minimum of the mean square of the error is thus without iteration for a.
  • the method according to the invention determines the "winding effects", i.e. a value that takes into account the realities of the ship, which depends on the material properties of the outer wall to be penetrated in real terms and the real built-in parts, as well as obtaining a correction for inaccurate coil geometry data.
  • the winding effect ultimately describes the difference between a real coil 3 or 4 or 5 located in the ship 1, the field of which is changed by the ferromagnetic masses of built-in parts and the outer skin and a correspondingly undisturbed coil field (air coil).
  • the compensation that can be achieved by the method according to the invention is better adapted to reality (which cannot be represented so comprehensively in a mathematical model), ie it is essential Lich more precisely, especially since coil errors are also detected or corrected, which likewise cannot be taken into account in the case of a mathematical model.
  • Compensation currents are determined from the measured interference field of the ship 1 with the aid of the winding effects.
  • the super-positioned field of the individual MES coils gives the measured interference field with the opposite sign after one or more optimization steps (computational optimization).
  • the individual correction MES currents are thus determined, which must be added to the previously set MES currents with the correct sign.
  • the mutual influence of the coil fields is sufficiently known by measuring the coil fields with a measuring carpet and can be taken into account accordingly; so the risk of overcompensation has been countered.
  • essential data are stored in a database, for example the winding currents causing the compensation according to size and direction (switching state of the coils), the (corrected) coil data, the winding effects.
  • the induced fields not only have information value, but can also be used to determine errors.
  • the transmission functions for the compensation of the horizontal and vertical induced fields, once determined for a ship, are fixed and are only dependent on the disturbances "course" and "area of application”.
  • the MES control system is responsible for correcting the course dependency. If the area of application changes, the feeds of the MES to compensate for the induced components are easy to determine. If extensive conversions have been carried out on a ship, the induced field determination must be carried out again.
  • FIG. 5 shows a data flow plan "database creation" for a ship database 11.
  • This data flow plan contains, in addition to the actual technical values, also the necessary secondary data, steps for data checking and data management.
  • the identifiers and secondary data for statistical and control purposes are created, and thus a "profile ship".
  • a downstream test unit 7 checks the data for completeness and timeliness.
  • the data can be forwarded from the test device 7 to a document output 8 or a data management 9.
  • the data management 9 provides information for the surveyors and tests and plausibility checks of the measurements are carried out.
  • the data management 9 works together with a unit 10 containing the measurement program and the ship database 11.
  • the boat database 11 contains the identifiers, coil data, winding effects and the PJ separation.
  • the data flow is indicated by arrows between the different device units.
  • the switching states and coil currents of the MES system are transmitted to the measuring point 12 and measured with the ones stored in the ship database 11 until the measurement of the ship 1, as shown in FIG then compared current values.
  • MES setting The associated data flow diagram "MES setting" is shown in FIG. 7, with measured value transmission positions being identified by lightning symbols.
  • the ship is then measured with the MES system switched on and, if necessary, the information from the database is used to recalculate or reset the MES compensation currents in accordance with the method described in the third step of the initial setting with a subsequent control measurement to determine whether the desired minimization has been achieved an update of the ship's database.
  • the magnetic measurement and recording of the data can take place in a stationary system or in an overflow process in a land or ship-based probe system, with distance determination.
  • the setting data is expediently transferred using a display.
  • the setting data is expediently transferred to the automatic control cabinet in the ship or to the MES on-board computer.
  • the number of measurements can be limited to an arrival and a discharge measurement.
  • the MES systems it is advantageously possible for the MES systems to be set quickly, precisely and reproducibly even at measuring points which do not have a measuring carpet, or the method allows MES setting with a mobile measuring system, i.e. from a surveying ship with a route determination for the object to be surveyed.

Abstract

During the initial setting of the magnetic installation for self- protection, the disturbing field to be compensated is measured in at least one coordinate direction. In the next step, each of the coils of the installation for self-protection is loaded with a standard current of a certain size and direction, the magnetic field arising as a result is measured, and the winding effect of each coil, in conjunction with the coil data, is determined while correcting positional-coordinate errors in the coil data. In the next step, the coil currents (compensation currents), with the use of the disturbing- field measured values and the values for the winding effects, are determined according to size and direction in such a way that the resulting disturbing field is minimised. The data from the initial setting, in particular the winding effects, are stored in a data bank. During a check on the setting, which has to take place after certain operating periods, the actual data from the installation for self-protection are compared with the stored data, and the disturbing field is also measured; if need be the compensation currents are re-calculated and set with the use of the stored data. <IMAGE>

Description

Schiffe, Boote und andere Fahrzeuge der Bundeswehr, aber auch Handelsschiffe, werden von Minen und Torpedos mit magnetischen Sensoren direkt bedroht oder sind durch Ortungssysteme mit magne­tischen Sensoren aufzuspüren. Aus diesem Grund sind die zu schützenden Fahrzeuge mit einer MES-Anlage ausgerüstet, die die Aufgabe hat, das magnetische Eigenfeld und damit die Gefährdung herabzusetzen.Ships, boats and other Bundeswehr vehicles, as well as merchant ships, are directly threatened by mines and torpedoes with magnetic sensors or can be tracked down using magnetic sensors. For this reason, the vehicles to be protected are equipped with an MES system, which has the task of reducing the magnetic field and thus the hazard.

Derartige Anlagen sind in der Literatur hinlänglich beschrieben (z.B. Kosack und Wangerin, "Elektrotechnik auf Handelsschiffen", Springer Verlag 1956, Seite 255-257 (Abb.234), so daß auf eine nähere Beschreibung des Prinzips und der Wirkung einer solchen Anlage hier nicht näher eingegangen zu werden braucht.Such systems are well described in the literature (eg Kosack and Wangerin, "Electrical engineering on merchant ships", Springer Verlag 1956, page 255-257 (Fig. 234)), so that a more detailed description of the principle and the effect of such a system is not here needs to be discussed in more detail.

Jedes mit einer MES-Anlage ausgerüstete Schiff erfährt zunächst aufgrund einer sogenannten magnetischen Vermessung eine Grund-­(Erst)-Einstellung der MES-Anlage, bei der durch Einstellen ge­eigneter Wicklungsströme ein optimaler Kompensationswert er­reicht wird. Die danach eingeschaltete Regelung der MES-Anlage steuert die Ströme in den individuellen Spulen im Fahrbetrieb so nach, daß die eingestellte Kompensation des Störfeldes erhalten bleibt. Im Laufe des Fahrbetriebes muß jedes Schiff in bestimmten Zeitabständen magnetisch erneut vermessen und die MES-Anlage ggf. entsprechend neu eingestellt werden (Einstel­lungskontrolle).Every ship equipped with an MES system initially experiences a basic (initial) setting of the MES system based on a so-called magnetic measurement, in which an optimal compensation value is achieved by setting suitable winding currents. The MES system then switched on controls the currents in the individual coils while driving so that the set compensation for the interference field is retained. During the course of operation, each ship must be magnetically measured again at certain intervals and the MES system may have to be readjusted accordingly (setting control).

Die Einstellungen sind wegen der starken magentischen Wechsel­wirkungen zwischen den einzelnen Spulen (und Teilspulen) der MES-Anlage unverhältnismäßig komplex. Durch die unregelmäßigen geometrischen Formen der Spulen entzieht sich das Problem auch einfachen mathematischen Berechnungsmethoden, insbes. was den Einfluß ferromagnetischer Einbauten auf das Magenetfeld der Spulen (reale Effekte) anbelangt. Außerdem schränken fehlerbe­haftete geometrische Daten zur Angabe der Spulenlage im Schiff die Brauchbarkeit von Feldberechnungen ein.The settings are disproportionately complex due to the strong magnetic interactions between the individual coils (and partial coils) of the MES system. Because of the irregular geometric shapes of the coils, the problem also eludes simple mathematical calculation methods, especially as far as the influence of ferromagnetic internals on the gastric field of the coils (real effects) is concerned. In addition, erroneous geometric data for specifying the coil position in the ship limit the usefulness of field calculations.

Es ist bekannt, daß Schiffe in bestimmte "magnetische Abschnitte" zu unterteilen und für diese die Amperewindungszahlen, d.h. die Wicklungsströme zu bestimmen sind, die zum Ausgleich des magne­tischen Eigenfeldes des Schiffes notwendig sind (Deutsche Marineräumdienstvorschrift Nr.16, 1946, insbes. Seite 9-13). Dieses Verfahren würde - im wirtschaftlichen Rahmen - bezogen auf die heutige Ansprechempfindlichkeit der Magnetzünder der Minen, keine ausreichende Kompensation bzw. keine ausreichende Minderung des Minenansprechrisikos mehr gewährleisten.It is known to divide ships into certain "magnetic sections" and for them the ampere turns, i.e. the winding currents are to be determined, which are necessary to compensate for the magnetic field of the ship (German naval clearance regulation No. 16, 1946, esp. Pages 9-13). In economic terms, this method would no longer guarantee adequate compensation or an adequate reduction in the mine response risk, based on the sensitivity of the magnetic detonators to the mines today.

Es ist auch bekannt, daß zunächst durch eine stark idealisierte Berechnung in grober Näherung eine Ausgangseinstellung vorge­nommen werden kann. Durch Iteration zwischen wiederholten Mes­sungen des Rest-Eigenfeldes und Veränderungen der MES-Einstel­lunen wird ein minimales Rest-Eigenfeld, das die ausreichende Gefährdungstiefe gewährleistet, erreicht. Dieser Iterations­prozeß ist ein vielschrittiges Probieren, bei dem nach jeder Stromänderung in der MES-Anlage eine erneute Vermessung erfolgt, bis das Eigenfeld minimiert ist (empirisches Vorgehen); dabei spielt die langjährige Erfahrung des Meßleiters der Schiffsver­messungsstelle eine wesentliche Rolle.It is also known that an initial setting can be made in a rough approximation by a strongly idealized calculation. By iteration between repeated measurements of the residual self-field and changes in the MES settings, a minimal residual self-field is achieved, which ensures the sufficient risk level. This iteration process is a multi-step trial, in which after each current change in the MES system, a new measurement is carried out until the self-field is minimized (empirical procedure); The many years of experience of the measurement manager at the ship surveying center play an important role.

Der Nachteil dieses praktizierten Verfahrens besteht in einem beträchtlichen Zeitaufwand, den Mängeln in der Genauigkeit und Reproduzierbarkeit der Einstellung und in der Abhängigkeit von der Erfahrung der Meßleiter. Die getroffenen Maßnahmen sind selbst bei guter Protokollführung in ihren Einzelschritten kaum nachzuvollziehen und stehen daher weder zum Erkenntnisgewinn noch zur Erzielung eines technischen Lerneffekts zur Verfügung. Genaue Schiffseinstellungen sind auf Überlaufmeßstrecken noch schwerer als auf stationären Meßanlagen zu erreichen, mobile Meßstrecken scheiden bisher für die Schiffseinstellung aus.The disadvantages of this practiced method are the considerable expenditure of time, the deficiencies in the accuracy and reproducibility of the setting and in the dependence on the experience of the measuring conductors. The measures taken are difficult to understand in their individual steps, even with good record keeping, and are therefore not available for gaining knowledge or for achieving a technical learning effect. Exact ship settings are even more difficult to achieve on overflow measuring sections than on stationary measuring systems; mobile measuring sections have so far been ruled out for ship setting.

Es ist auch ein Vorschlag bekannt geworden (DE-PS 31 32 933), die zur Kompensation erforderlichen Wicklungsströme selbsttätig aus einer Signalverarbeitungsanlage zu gewinnen, der Signale von Magnetfeld-Meßsonden und über den Ort des Schiffes zuge­führt sind, und die ein mathematisches Modell der magnetischen Wirkung der einzelnen MES-Wicklungen an den Raumpunkten, an denen sich die Meßsonden befinden, zugeordnet zu bestimmten Bereichen des Schiffes, enthält. Diese bekannte Methode unter Verwendung eines mathematischen Analogons in der Signalver­arbeitungsanlage hat folgende Nachteile: Die Annäherung des Modells (des Analogons) an die Schiffsrealität ist verhältnis­mäßig grob und ungenau, da die Einflüsse des Schiffes auf die magnetischen Wirkungen der (ungestörten) MES-Spulen (stark idealisiert) nur berücksichtigt werden können, indem die Schiffbereiche "blockweise" den jeweiligen Spulen zugeordnet und in deren Übertragungsfunktion berücksichtigt werden sowie in nur wenigen Nachbarbereichen in der Übertragungsfunktion, ebenfalls stark idealisiert, Berücksichtigung finden; damit bleibt der Einfluß von dem jeweiligen in der magnetischen Wirkung zu bestimmenden Schiffsabschnitt weit entfernteren MES-Spulen - um den Aufwand vertretbar zu halten - unberück­sichtigt. Ein Einfluß ferromagnetischer Einbauten auf das Magnetfeld der Spule kann nicht realitätsgetreu erfaßt werden; fehlerhafte geometrische Daten zur Angabe der Spulenlage im Schiff schränken die Brauchbarkeit der Feldberechnung, d.h. des Analogens, ebenfalls ein.
Das bekannte Verfahren ist daher nur beschränkt tauglich.
There is also a proposal known (DE-PS 31 32 933) to automatically obtain the winding currents required for compensation from a signal processing system, the signals from magnetic field probes and are supplied via the location of the ship, and a mathematical model of the magnetic Effect of the individual MES windings at the points at which the measuring probes are assigned to certain areas of the ship. This known method using a mathematical analogue in the signal processing system has the following disadvantages: The approximation of the model (the analogue) to the ship's reality is relatively coarse and imprecise, since the influence of the ship on the magnetic effects of the (undisturbed) MES coils (strong idealized) can only be taken into account by assigning the ship areas "block by block" to the respective coils and taking them into account in their transfer function, and also taking them into account in only a few neighboring areas in the transfer function, also highly idealized; this means that the influence of the MES coils which are more distant in terms of the magnetic effect to be determined - to keep the effort justifiable - is not taken into account. An influence of ferromagnetic internals on the Magnetic field of the coil cannot be detected realistically; incorrect geometrical data for specifying the position of the coil in the ship also limits the usefulness of the field calculation, ie the analogue.
The known method is therefore only of limited use.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Einstellung der MES-Anlage eines Fahrzeuges mit selbsttätig gewonnen Werten für die Kompensationsströme so auszuführen, daß sie möglichst realitätsgetreu und damit genau ist, so daß die niedrigst mögliche Minenbedrohung erreicht wird.The invention has for its object to carry out the setting of the MES system of a vehicle with automatically obtained values for the compensation currents so that it is as realistic as possible and therefore accurate, so that the lowest possible mine threat is achieved.

Die Lösung dieser Aufgabe gelingt bei einem Verfahren zur Ein­stellung einer MES-Anlage zur Kompensation des magnetischen Störfeldes eines Fahrzeuges, insbes. Schiffes gemäß der Erfin­dung dadurch, daß
- jede einzelne Spule mit einem Einheitsstrom vorgegebener Richtung beaufschlagt und mindestens eine Komponente des zugehörigen Magnetfeldes gemessen wird sowie daß
- durch einen ersten Algorithmus - bei Korrektur von Lage­koordinatenfehlern - der "Wicklungseffekt" jeder Spule, d.h. der Unterschied der realen Spule, deren Feld von ferromagne­tischen Massen beeinflußt ist, zu der entsprechenden unge­störten Spulenfeld (Luftstrom) iterativ ermittelt wird und daß
- unter Verwendung der korrigierten Spulengeometriedaten und der Wicklungseffekte optimale Ströme zur Annäherung des Spulensystemfeldes an das zu kompensierende Fahrzeugstör­feld in einem zweiten Algorithmus ermittelt werden.
This object is achieved in a method for setting an MES system for compensating for the magnetic interference field of a vehicle, in particular the ship according to the invention, in that
- Each individual coil is acted upon by a standard current in a predetermined direction and at least one component of the associated magnetic field is measured, and that
- By a first algorithm - when correcting position coordinate errors - the "winding effect" of each coil, ie the difference between the real coil, whose field is influenced by ferromagnetic masses, and the corresponding undisturbed coil field (air flow) is determined iteratively and that
- Using the corrected coil geometry data and the winding effects, optimal currents for approximating the coil system field to the vehicle interference field to be compensated are determined in a second algorithm.

Durch die Erfassung der "Wicklungseffekte" werden die realen Schiffsverhältnisse erfaßt; zusätzlich werden Ungenauigkeiten/­Fehler in den Spulengeometriedaten "korrigiert", so daß die Kompensation des Fahrzeugstörfeldes sehr genau wird.By recording the "winding effects", the real ship conditions are recorded; in addition, inaccuracies / errors in the coil geometry data are "corrected" so that the compensation of the vehicle interference field becomes very precise.

Durch die Erfassung der "magnetischen Wicklungseffekte" aus unmittelbaren Messungen und ihrer Speicherung in einer Daten­bank ist gemäß der Erfindung auch eine einfach durchzuführende Einstellkontrolle möglich. Die Speicherung der magnetischen Wicklungseffekte und der übrigen Daten bei der Ersteinstellung erlaubt bei der Einstellkontrolle einen schnellen Vergleich mit dem Zustand der MES-Anlage hinsichtlich des Eintrittes von Ver­änderungen und damit eine schnelle und eindeutige Ermittlung von ggf. neuen Kompensationsströmen.By recording the "magnetic winding effects" from direct measurements and storing them in a database, an adjustment control that is simple to carry out is also possible according to the invention. The storage of the magnetic winding effects and the other data during the initial setting allows a quick comparison with the state of the MES system with regard to the occurrence of changes and thus a quick and clear determination of any new compensation currents.

Anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbei­spieles wird die Erfindung näher erläutert. Es zeigt:

  • FIG 1 bis 3 das dreiachsige Spulensystem eines MES-Anlage in einem Schiffskörper,
  • FIG 4 die Vermessung eines Schiffes in zwei Meßebenen,
  • FIG 5 einen Datenflußplan für die Erstellung einer Datenbank,
  • FIG 6 das System der Datenübermittlung bei der Einstell­kontrolle,
  • FIG 7 den Datenflußplan der MES-Einstellung bei einer Einstellkontrolle.
The invention is explained in more detail with reference to an embodiment shown in the drawing. It shows:
  • 1 to 3 show the three-axis coil system of an MES system in a hull,
  • 4 shows the measurement of a ship in two measurement planes,
  • 5 shows a data flow plan for the creation of a database,
  • 6 shows the system of data transmission during setting control,
  • 7 shows the data flow diagram of the MES setting during a setting check.

In den FIG 1-3 ist das großräumige, dreiachsige Spulensystem einer MES-Anlage eines Schiffes 1 (als Beispiel eines Fahr­zeuges als ferromagnetischer Störkörper) dargestellt. Dieses Spulensystem besteht aus Spulen 3,4,5 in den drei orthogonalen Achsen. Jede Spulen 3 bzw.4 bzw.5 ist üblicherweise in drei - ­nicht mehr näher dargestellte - Teilspulen aufgeteilt. Die eine Teilspule dient zur Kompensation eines permanenten Störfeldan­teils (und wird mit permanentem Strom beschickt). Eine zweite Teilspule dient zur Kompensation eines vom Erdfeld induzierten Störfeldanteils (und wird erdfeld- und kursabhängig mit Strom beschickt).1-3 shows the large-scale, three-axis coil system of an MES system of a ship 1 (as an example of a vehicle as a ferromagnetic interference body). This coil system consists of coils 3, 4, 5 in the three orthogonal axes. Each coil 3 or 4 or 5 is usually divided into three sub-coils, which are no longer shown. One coil serves to compensate for a permanent interference field component (and is fed with permanent current). A second coil section is used to compensate for an interference field component induced by the earth field (and is supplied with current depending on the earth field and the course).

Da als Folge der Bewegung des Schiffes im Erdfeld in metalli­schen Teilen des Systems Wirbelfelder induziert werden, erfolgt deren Kompensation mit einer dritten Teilspule.As swirl fields are induced in metallic parts of the system as a result of the movement of the ship in the earth's field, their compensation is carried out with a third coil section.

Die magnetischen Schiffsfelder werden üblicherweise nach den Schiffskoordinaten wie folgt bezeichnet:
Längsschiffkomponente = X-Komponente
Querschiffskomponente = Y-Komponente
Vertikale Komponente = Z-Komponente

The magnetic ship fields are usually named according to the ship coordinates as follows:
Longitudinal ship component = X component
Transept component = Y component
Vertical component = Z component

Das X-Y-Z-Koordinatensystem wird als objektfest angenommen, d.h. ist auf den Erzeuger des magnetischen Störfeldes - im Aus­führungsbeispiel das Schiff 1 - ausgerichtet.The X-Y-Z coordinate system is assumed to be fixed, i.e. is aimed at the generator of the magnetic interference field - in the exemplary embodiment the ship 1.

Die Spulen wiederum werden entsprechend ihren magnetischen Hauptrichtungswirkungen bezeichnet. Die Spulen 3 nach FIG 1, die parallel zur Y-Z-Ebene liegen, sind die L-Spulen (L-MES-­Wicklung), deren magentische Wirkungsachsen in der Schiffs­längsrichtung (X) liegen (L entspricht longitudinal).The coils are in turn named according to their main magnetic direction effects. The coils 3 according to FIG. 1, which are parallel to the Y-Z plane, are the L coils (L-MES winding), whose magical axes of action lie in the longitudinal direction of the ship (X) (L corresponds to longitudinal).

Die Spulen 4 nach FIG 2 (nur eine ist dargestellt), die paral­lel zur X-Y-Ebene liegen, sind die V-Spulen (V-MES-Wicklung) mit vertikalen magnetischen Achsen (V entspricht vertikal). Die Spulen 5 nach FIG 3, die parallel zu oder in der X-Z-Ebene liegen, sind die A-Spulen (A-MES-Wicklung) mit der magnetischen Wirkungsrichtung in Y-Richtung (A entspricht athwort-ship).The coils 4 according to FIG. 2 (only one is shown), which lie parallel to the X-Y plane, are the V-coils (V-MES winding) with vertical magnetic axes (V corresponds to vertical). 3, which are parallel to or in the X-Z plane, are the A-coils (A-MES winding) with the magnetic direction of action in the Y-direction (A corresponds to athwort-ship).

Die Spulen 3,4,5 werden mit Gleichströmen in unterschiedlichen Richtungen beschickt. Die positiven Stromrichtungen resultieren dabei aus den positiven Richtungen des in FIG 1 dargestellten Koordinatensystems.The coils 3, 4, 5 are fed with direct currents in different directions. The positive current directions result from the positive directions of the coordinate system shown in FIG. 1.

In der Ersteinstellung und bei Einstellungskontrollen (magneti­sche Vermessung) werden die Ströme so eingestellt, daß für das magnetische Eigenfeld des Schiffskörpers, das Störfeld, mög­lichst optimal kompensiert wird. Im laufenden Betrieb (Fahrt) sorgt ein Regler dafür, daß die eingestellten Stromwerte erhalten bleiben.In the initial setting and during setting checks (magnetic measurement), the currents are set so that the interference field is optimally compensated for the magnetic field of the hull. During operation (travel), a controller ensures that the set current values are retained.

Die Erfindung bezieht sich auf die magnetische Vermessung eines Schiffes. Diese Vermessung erfolgt in üblicher Weise dadurch, daß gemäß FIG 4 das Schiff 1 in eine Vermessungsanlage mit einem Meßteppich von Magnetfeld-Meßsonden 2 gebracht wird und die Spulenströme so eingestellt werden, daß das Störfeld opti­mal kompensiert wird. Das Ermitteln der optimalen Spulenströme in möglichst kurzer Zeit ist, wie eingangs erläutert, das typische Problem der magnetischen Vermessung. In FIG 4 sind dabei die Meßsonden 2 in zwei unterschiedlichen Meßebenen ange­ordnet, um eine Ausage in unterschiedlichen Meßtiefen machen zu können. Die Meßsonden erfassen dabei das magnetische Störfeld des Schiffes 1 in Größe und Richtung.The invention relates to the magnetic measurement of a ship. This measurement is carried out in the usual way that, according to FIG. 4, the ship 1 is brought into a measurement system with a measuring carpet of magnetic field measuring probes 2 and the coil currents are set in such a way that the interference field is optimally compensated for. As explained at the beginning, the determination of the optimal coil currents in the shortest possible time is the typical problem of magnetic measurement. In FIG. 4, the measuring probes 2 are arranged in two different measuring levels in order to be able to make a statement at different measuring depths. The measuring probes record the magnetic interference field of the ship 1 in size and direction.

An sich ist eine Vermessung der drei Komponenten des Schiff­störfeldes möglich und würde zahlreiche Vorteile mit sich bringen. Für die Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist dies jedoch nicht zwingend erforderlich. Es reicht, wie in FIG 4 dargestellt, die Vermessung einer Komponenten aus.In itself, a measurement of the three components of the ship's interference field is possible and would bring numerous advantages. However, this is not absolutely necessary for the application of the method according to the invention. As shown in FIG. 4, it is sufficient to measure a component.

Das erfindungsgemäße Verfahren der magnetischen Vermessung bei einer Ersteinstellung wird wie folgt durchgeführt:The method of magnetic measurement according to the invention during an initial setting is carried out as follows:

Im ersten Schritt wird das zu kompensierende Störfeld des Schiffes 1 gemessen. Die Störfeld-Meßwerte werden abgespeichert.In the first step, the interference field of the ship 1 to be compensated is measured. The interference field measured values are saved.

Im zweiten Schritt werden nacheinander sämtliche Spulen 3,4,5 der MES-Anlage mit einem Strom definierter Größe und Richtung (Einheitsstrom) beschickt und die magnetischen Störfelder der jeweils beschickten Spule 3 bzw.4 bzw.5 gemessen.In a second step, all the coils 3, 4, 5 of the MES system are charged with a current of a defined size and direction (standard current) and the magnetic interference fields of the respectively charged coils 3 or 4 or 5 are measured.

Aus diesem gemessenen Magnetfeld (Einheits-Meßwert) und den bekannten geometrischen Abmessungen und Daten der erzeugenden Spule 3 bzw.4 bzw.5 (Lage und Wicklungszahl der Spulen sind bei der Konstruktion des Schiffes festgelegt) wird der sogenannte "Wicklungseffekt" (auch Wicklungskoeffizient genannt) wie folgt bestimmt:From this measured magnetic field (unit measured value) and the known geometric dimensions and data of the generating coil 3 or 4 or 5 (the position and number of coils of the coils are determined in the construction of the ship), the so-called "winding effect" (also called winding coefficient) ) determined as follows:

Bezüglich jedes Spulenfeldes gelte für das ungestörte, d.h. von ferromagnetischen Einbaueinflüssen freie Magnetfeld der k-ten-­Spule des Systems (Luftspule) in einem Meßpunkt n das Biot-­Savartsche Gesetz in der Form:

Figure imgb0001
mit: Index k  für die k-te Spule
    Index n  für den n-ten Aufpunkt Meßpunkt
    AWk  = Ik.Wk
    Wk  = Windungszahl der k-ten Spule
    Ik  = Strom (Ampere) in der k-ten Spule      (1.2)
Figure imgb0002
Regarding each coil field, the undisturbed magnetic field of the k-th coil of the system (air coil) in a measuring point n applies to the undisturbed, ie free of ferromagnetic installation influences: Biot-Savart's law in the form:
Figure imgb0001
with: index k for the kth coil
Index n for the nth measuring point
AW k = I k. W k
W k = number of turns of the kth coil
I k = current (ampere) in the kth coil (1.2)
Figure imgb0002

Für die Komponenten des ungestörten Magnetfeldes der k-ten Spule schreibt man nun zweckmäßigerweise (aus 1.1 und 1.2)

Figure imgb0003
mit Index i =1,2,3 ≙ X-, Y-, Z-Richtung.
Beeinflussen ferromagnetische Einbauteile/-massen das Magnet­feld der Spule, so nimmt man an, daß eine solche Störung eine proportionale Änderung des ungestörten Magnetfeldes bewirkt.For the components of the undisturbed magnetic field of the kth coil, it is now expedient to write (from 1.1 and 1.2)
Figure imgb0003
with index i = 1,2,3 ≙ X, Y, Z direction.
If ferromagnetic built-in parts / masses influence the magnetic field of the coil, it is assumed that such a disturbance causes a proportional change in the undisturbed magnetic field.

Also gilt für das veränderte Magnetfeld der k-ten Spule
Si,k,n = Hi,k,n·Pi,k      (1.5)
So the changed magnetic field of the kth coil applies
S i, k, n = H i, k, nPi, k (1.5)

Die proportionale Änderung Pi,k des ungestörten Spulenfeldes wird in der Magnetik als "Wicklungseffekt" bezeichnet. Dieser Begriff umfaßt allerdings neben dem Einfluß ferromagnetischer Einbauteile auch den von Fehlern in den Spulengeometrien. Der Einfluß von Fehlern in der Spulengeometrie ist jedoch in aller Regel von überproportionaler, also gravierender Natur; diese Fehler müssen daher "korrigiert" werden. Der so bereinigte "Wicklungseffekt" wird dann "Wicklungskoeffizient" genannt.The proportional change P i, k of the undisturbed coil field is referred to in the magnetics as the "winding effect". However, in addition to the influence of ferromagnetic components, this term also includes errors in the coil geometries. However, the influence of errors in the coil geometry is generally of a disproportionate, ie serious, nature; these errors must therefore be "corrected". The "winding effect" thus corrected is then called the "winding coefficient".

Das Magnetfeld eines Systems, aus mehreren, insges. Nsp Spulen, ergibt sich durch ortsgerechtes Aufsummieren der Felder der einzelnen Spulen in einem Aufpunkt n zu:

Figure imgb0004
The magnetic field of a system, consisting of several, in total Nsp coils, is obtained by summing up the fields of the individual coils at a point n according to location:
Figure imgb0004

Auf der Basis dieser Vorbetrachtung erfolgt die Bestimmung der Wicklungseffekte wie nachstehend:On the basis of this preliminary consideration, the winding effects are determined as follows:

Als Ausgangsgrößen sind folgende Werte vorhanden:

  • a) N Meßwerte einer oder mehrerer (drei) Komponenten des Stör­flußdichtefeldes BKn,i (n = 1, ..N, i = 1,2,3) mit den zu­gehörigen Meßorten Xmn,i (n = 1, ...N, i = 1,2,3), vorgegeben durch die Positionen der Meßsonden 2 gesondert für die einzelnen Spulen 3,4,5 des Systems; dabei sei jede Spule 3 bzw.4 bzw.5 einzeln mit dem vorgegebenen Einheitsstrom beschickt worden.

    Die Meßwerte BKn,i sind den Berechnungswerten Si,k,n der Gleichung (1.5) zuzuordnen und naturgemäß mit einer Streuung σi,n behafetet. Die dieser Streuung zugrunde liegenden Meß­fehler seien normal um Null verteilt.
  • b) Die geometrischen Kenndaten, Windungszahlen und Einheits­ströme der einzelnen Spulen 3,4,5. Die geometrischen Kenn­daten können mit Fehlern behaftet sein, von denen in aller Regel nur sogenannte Lagekoordinatenfehler gravierend und daher korrekturwürdig sind. Als "Lagekoordinate" wird in diesem Zusammenhang die bei allen Eckpunkten einer Spule 3 bzw.4 bzw.5 konstante Koordinate verstanden, d.h. bei einer
    V-Spule 4 die Z-Koordinate, bei einer
    L-Spule 3 die X-Koordinate und bei einer
    A-Spule 5 die Y-Koordinate.
The following values are available as output variables:
  • a) N measured values of one or more (three) components of the interference flux density field BK n, i (n = 1, ..N, i = 1,2,3) with the associated measuring locations Xm n, i (n = 1, ... N, i = 1,2,3), specified by the positions of the measuring probes 2 separately for the individual coils 3, 4, 5 of the system; each coil 3 or 4 or 5 was individually charged with the specified standard current.

    The measured values BK n, i are to be assigned to the calculated values S i, k, n of the equation (1.5) and naturally have a spread σ i, n . The measurement errors on which this scattering is based are normally distributed around zero.
  • b) The geometrical characteristics, number of turns and unit currents of the individual coils 3, 4, 5. The geometrical characteristic data can contain errors, of which generally only so-called position coordinate errors are serious and therefore worthy of correction. In this context, the "position coordinate" is understood to mean the coordinate which is constant at all corner points of a coil 3 or 4 or 5, ie at one
    V-coil 4 is the Z coordinate, at one
    L-coil 3 the X coordinate and at one
    A coil 5 the Y coordinate.

Daher sind die gegebenen Werte der Lagekoordinaten der einzel­nen Spulen 3,4,5 als eine - ggf. korrekturwürdige - Näherung zu verstehen. Aus Formel (1.1) und (1.3) ist unmittelbar zu ent­nehmen, daß die Koordinaten exponentiell in die Magnetfeld­berechnung eingehen.Therefore, the given values of the position coordinates of the individual coils 3, 4, 5 are to be understood as an approximation, which may require correction. It can be seen directly from formulas (1.1) and (1.3) that the coordinates are used exponentially in the magnetic field calculation.

Der Algorithmus soll nun

- die Lagekoordinate (nichtliniare Einflußgröße) und
- die Proportionalitätsgröße Pi,k (lineare Einflußgröße)

für jede einzelne Spule 3 bzw.4 bzw.5 des Systems bestimmen und zwar so, daß die Einheitsfeld-Meßwerte Bkn,i an den Meßorten Xmn,i möglichst gut angenähert werden. Hierzu wird ein erweiter­ter Minimum-Fehlerquadratansatz folgender Form verwendet:

Figure imgb0005
The algorithm should now

- the position coordinate (nonlinear influencing variable) and
- the proportionality parameter P i, k (linear influencing variable)

Determine for each individual coil 3 or 4 or 5 of the system in such a way that the unit field measured values Bk n, i are approximated as closely as possible at the measurement locations Xm n, i . For this purpose, an extended minimum least squares approach of the following form is used:
Figure imgb0005

Die Meßwertstreuung σ dient als Gewichtungsgröße und bewirkt, daß Meßwerte um so weniger berücksichtigt werden, je größer ihre Streuung ist.The measurement value scatter σ serves as a weighting variable and has the effect that measurement values are taken into account less the larger their scatter.

Um die Abhängigkeit des zu berechnenden, den Einheitsfeld-Meß­werten anzunähernden Spulenmagnetfeldes von den gesuchten Größen zu erfassen, schreibt man in Form eines Taylor-Ansatzes:

Figure imgb0006
Darin sind die
J  die Anzahl der gesuchten Unbekannten
Uo  eine erste Näherung dieser Unbekannten und die
ΔU  die "Verbesserung" dieser Unbekannten, die zum Minimum des mittleren Fehlerquadrats führen soll.In order to determine the dependence of the coil magnetic field to be calculated, which is to be approximated to the unit field measured values, on the quantities sought, one writes in the form of a Taylor approach:
Figure imgb0006
That's where they are
J the number of unknowns searched
A first approximation of these unknowns and the
ΔU the "improvement" of these unknowns, which should lead to the minimum of the mean square of the error.

Verbesserte Unbekannte ergeben sich damit zu:

Figure imgb0007
wobei σ der Schrittzähler einer Iteration ist.Improved unknowns result in:
Figure imgb0007
where σ is the step counter of an iteration.

Setzt man Formel (1.7) in den Fehlerquadratansatz (1.6) ein, so ergibt sich

Figure imgb0008
If you insert formula (1.7) into the square error (1.6), the result is
Figure imgb0008

Das Fehlerquadratminimum wird erreicht, wenn die partiellen Ableitungen nach den gesuchten Verbesserungen uj verschwinden, also

Figure imgb0009
Dies liefert
Figure imgb0010
und
Figure imgb0011
Die Koeffizienten der Matrix A und des Vektor R ergeben sich ohne weiteres beim Übergang von Gleichung (1.10) auf (1.11).The minimum square of the error is reached when the partial derivatives vanish after the sought improvements uj, that is
Figure imgb0009
This provides
Figure imgb0010
and
Figure imgb0011
The coefficients of the matrix A and the vector R are readily obtained when transitioning from equation (1.10) to (1.11).

Die Formel (1.11) gibt ein Gleichungssystem wieder, mit dem sich zu einer vorzugebenden Näherung der gesuchten Größen Uo (Wicklungskoeffizienten und Spulenlage) Verbesserungen ΔU errechnen lassen. Mit Formel (1.8) ergeben sich dann die ver­besserten Größen Uo+1, welche ihrerseits zur Berechnung neuer Verbesserungen ΔUo+1 führen. Diese Iteration ist - unter Benutzung konvergenzsichernder Verfahren - so oft zu wieder­holen, bis sich ein Minimum des mittleren Fehlerquadrats ein­gestellt hat oder bis sich zwei aufeinanderfolgende Näherungen nicht mehr wesentlich voneinander unterscheiden. Das Ergebnis besteht dann in einer korrigierten Spulenlagekoordinaten und in den Wicklungskoeffizienten Pi für die jeweils untersuchte Spule 3 bzw.4 bzw.5.The formula (1.11) represents a system of equations with which improvements ΔU can be calculated for a predefined approximation of the sought quantities U o (winding coefficients and coil position). Formula (1.8) then gives the improved quantities U o + 1 , which in turn lead to the calculation of new improvements ΔU o + 1 . This iteration - using convergence-securing procedures - must be repeated until a minimum of the mean square of error has been established or until two successive approximations no longer differ significantly from one another. The result then consists in a corrected coil position coordinates and in the winding coefficients Pi for the respectively examined coil 3 or 4 or 5.

Im nächsten, d.h. dritten Verfahrensschritt sind nunmehr die Kompensationsströme zu bestimmen, d.h. es geht um die Aufgabe der Bestimmung der Ströme Ik in den einzelnen Spulen eines MES-Spulensystems, so daß das im Zustand "ungeschützes Fahrzeug" gemessene magnetische Störfeld möglichst gut aufgehoben wird.In the next, ie third, process step, the compensation currents are now to be determined, ie the task of determining the currents I k in the individual coils of an MES coil system is concerned, so that the magnetic interference field measured in the "unprotected vehicle" state is canceled as well as possible .

Als Ausgangsgrößen sind folgende Werte gegeben:

  • a) aus dem zweiten Verfahrensschritt die (korrigierten) Spulen­geometriedaten, Windungszahlen und die Wicklungseffekte Pi.k aller Nsp Spulen eines Systems und
  • b) N-Störfeld-Meßwerte der drei oder mindestens einer Komponente des zu kompensierenden magnetischen Störfeldes Bn,i (n=1, ...N, i = 1,2,3) mit den zugehörigen Meßorten Xmn,i (n=1, ...N, i = 1,2,3).
The following values are given as output variables:
  • a) the (corrected) coil geometry data, number of turns and the winding effects P ik of all Nsp coils of a system and
  • b) N interference field measured values of the three or at least one component of the magnetic interference field B n, i (n = 1, ... N, i = 1,2,3) to be compensated with the associated measurement locations Xm n, i (n = 1, ... N, i = 1,2,3).

Die Meßwerte seien auch jetzt mit einer Streuung σn,i behaftet; die zugrunde liegende Meßfehlerverteilung sei normal mit dem Mittelwert o.The measured values are now also subject to a scatter σ n, i ; the underlying measurement error distribution is normal with the mean o.

Die gesuchten Komensationsströme in den Spulen 3,4,5 sollen ein Magnetfeld erzeugen, welches das gemessene Störfeld an den Orten Xm im Sinne des kleinsten Fehlerquadrats annähert bzw. aufhebt. Wie im zweiten Verfahrensschritt wird wieder angesetzt:

Figure imgb0012
The sought compensation currents in the coils 3, 4, 5 are intended to generate a magnetic field which approximates or eliminates the measured interference field at the locations Xm in the sense of the smallest square of the error. As in the second step of the procedure, the process is repeated:
Figure imgb0012

RSn,i repräsentiert das von allen Spulen des Systems in den N Meßpunkten erzeugte Magnetfeld; setzt man den Formelausdruck (1.6) ein, so wird das mittlere Fehlerquadrat:

Figure imgb0013
RS n, i represents the magnetic field generated by all coils of the system in the N measuring points; if you use the formula expression (1.6), the mean square of the error becomes:
Figure imgb0013

Die Ströme Ik sind offensichtlich eine lineare Einflußgröße; das Minimum des mittleren Fehlerquadrats stellt sich also ohne Iteration für

Figure imgb0014
ein.The currents I k are obviously a linear influencing variable; the minimum of the mean square of the error is thus without iteration for
Figure imgb0014
a.

Das entsprechende Differenzieren führt auf folgendes Gleichungs­system:

Figure imgb0015
The corresponding differentiation leads to the following system of equations:
Figure imgb0015

Die Bestimmungsgleichung für die Ströme Ik lautet:

Figure imgb0016
The equation for the currents I k is:
Figure imgb0016

Damit sind Ströme ermittelt, die das gemessene Störfeld Bn,i in den Orten Xmn,i im Sinne des minimalen Fehlerquadrates annähern; eine Kompensation des gemessenen Störfeldes stellt sich durch einen Vorzeichnungswechsel ein, also für die Kompensation

Figure imgb0017
Currents are thus determined which approximate the measured interference field B n, i in the locations Xm n, i in the sense of the minimum square of error; The measured interference field is compensated for by a change of drawing, i.e. for the compensation
Figure imgb0017

Im Gegensatz zu der eingangs erläuterten bekannten Lösung mit einem direkten mathematischen Modellansatz zwischen gemessenem Fahrzeugstörfeld und den Kompensationsströmen erfolgt bei dem Verfahren nach der Erfindung eine Bestimmung der "Wicklungs­effekte", d.h. eines die Schiffsrealitäten berücksichtigenden Wertes, der von den Materialeigenschaften der real zu durch­dringenden Außenwand und der realen Einbauteile abhängig ist sowie die Gewinnung einer Korrektur zu ungenauen Spulengeome­triedaten.In contrast to the known solution explained at the beginning with a direct mathematical model approach between the measured vehicle interference field and the compensation currents, the method according to the invention determines the "winding effects", i.e. a value that takes into account the realities of the ship, which depends on the material properties of the outer wall to be penetrated in real terms and the real built-in parts, as well as obtaining a correction for inaccurate coil geometry data.

Der Wicklungseffekt beschreibt letztlich den Unterschied zwischen einer realen, im Schiff 1 befindlichen Spule 3 bzw.4 bzw.5, deren Feld durch die ferromagnetischen Massen von Ein­bauteilen und der Außenhaut verändert ist und einem entspre­chend ungestörten Spulenfeld (Luftspule).The winding effect ultimately describes the difference between a real coil 3 or 4 or 5 located in the ship 1, the field of which is changed by the ferromagnetic masses of built-in parts and the outer skin and a correspondingly undisturbed coil field (air coil).

Durch das Einbeziehen dieses Wicklungseffektes ist die durch das erfindungsgemäße Verfahren erreichbare Kompensation besser an die Realität angepaßt (die in einem mathematischen Modell so umfassend nicht darstellbar ist), d.h. sie ist dadurch wesent­ lich genauer, zumal auch Spulenfehler mit erfaßt bzw. korrigiert werden, die in dem Fall eines mathematischen Modells ebenfalls nicht berücksichtigt werden können.By including this winding effect, the compensation that can be achieved by the method according to the invention is better adapted to reality (which cannot be represented so comprehensively in a mathematical model), ie it is essential Lich more precisely, especially since coil errors are also detected or corrected, which likewise cannot be taken into account in the case of a mathematical model.

Aus dem gemessenen Störfeld des Schifes 1 werden mit Hilfe der Wicklungseffekte Kompensationsströme ermittelt. Das superposi­tionierte Feld der einzelnen MES-Spulen ergibt nach ein oder mehreren Optimierungsschritten (rechnerische Optimierung) das gemessene Störfeld mit umgekehrten Vorzeichen. Damit sind die einzelnen Korrektur-MES-Ströme ermittelt, die vorzeichengerecht auf den bisher eingestellten MES-Strömen aufaddiert werden müssen.Compensation currents are determined from the measured interference field of the ship 1 with the aid of the winding effects. The super-positioned field of the individual MES coils gives the measured interference field with the opposite sign after one or more optimization steps (computational optimization). The individual correction MES currents are thus determined, which must be added to the previously set MES currents with the correct sign.

Die gegenseitige Beeinflussung der Spulenfelder ist durch die Vermessung der Spulenfelder mit einem Meßteppich hinreichend bekannt und kann entsprechend berücksichtigt werden; so ist der Gefahr einer Überkompensation begegnet.The mutual influence of the coil fields is sufficiently known by measuring the coil fields with a measuring carpet and can be taken into account accordingly; so the risk of overcompensation has been countered.

Vorstehende Schritte können manuell oder mit Hilfe von entspre­chenden Einrichtungen selbsttätig aber auch kombniniert manuell/­selbsttätig ausgeführt werden. Derartige Einrichtungen zur Auf­schaltung und Messung von Wicklungsströmen, Erfassen von Magnet­feldern, Bearbeiten von Algorithmen und dergleichen stehen dem Fachmann in ausreichender Auswahl zur Verfügung und können zu geeigneten Signalverarbeitungs-Einrichtungen in der Vermessungs­anlage als Station zusammengefaßt werden.The above steps can be carried out manually or with the help of appropriate devices, but also combined manually / automatically. Such devices for the connection and measurement of winding currents, detection of magnetic fields, processing of algorithms and the like are sufficiently available to the person skilled in the art and can be combined to form suitable signal processing devices in the measuring system as a station.

Erbringt das erfindungsgemäße Verfahren bereits bei der Erst­einstellung erhebliche Vorteile, so zeigen sich die Vorteile auch besonders deutlich bei der Einstellkontrolle bei den üblichen nachfolgenden Routinevermessungen.If the method according to the invention already yields considerable advantages during the initial setting, the advantages are also particularly evident in the setting control in the usual subsequent routine measurements.

Bei der Erstvermessung werden dazu wesentliche Daten in einer Datenbank gespeichert, z.B. die die Kompensation bewirkenden Wicklungsströme nach Größe und Richtung (Schaltzustand der Spulen), die (korrigierten) Spulendaten, die Wicklungseffekte.During the initial measurement, essential data are stored in a database, for example the winding currents causing the compensation according to size and direction (switching state of the coils), the (corrected) coil data, the winding effects.

Erforderlich ist ebenfalls, den Induziertanteil des Schiffes (nach horizontalen und vertikalen Komponenten getrennt) genau zu ermitteln, und diese Information ebenfalls in der Datenbank abzuspeichern. die Induziertfelder haben nicht nur Informations­wert, sondern können auch zur Fehlerermittlung herangezogen werden. Die Übertragungsfunktionen für die Kompensation der horizontalen und vertikalen Induziertfelder stehen, einmal für ein Schiff ermittelt, fest und sind nur noch abhängig von den Störgrößen "Kurs" und "Einsatzgebiet". Das Ausregeln der Kurs­abhängigkeit ist Aufgabe der MES-Regelanlage. Sollte das Ein­satzgebiet sich ändern, sind die Einspeisungen des MES zur Kompensation der Induziertanteile leicht zu ermitteln. Sollten an einem Schiff umfangreiche Umbauten stattgefunden haben, ist die Induziertfeldermittlung neu vorzunehmen.It is also necessary to exactly determine the induced portion of the ship (separated by horizontal and vertical components) and to also store this information in the database. the induced fields not only have information value, but can also be used to determine errors. The transmission functions for the compensation of the horizontal and vertical induced fields, once determined for a ship, are fixed and are only dependent on the disturbances "course" and "area of application". The MES control system is responsible for correcting the course dependency. If the area of application changes, the feeds of the MES to compensate for the induced components are easy to determine. If extensive conversions have been carried out on a ship, the induced field determination must be carried out again.

Die FIG 5 zeigt einen Datenflußplan "Datenbank-Erstellung" für eine Schiffsdatenbank 11. Dieser Datenflußplan enthält neben den eigentlichen technischen Werten auch die notwendigen Nebendaten, Schritte für die Datenprüfung und Datenverwaltung.5 shows a data flow plan "database creation" for a ship database 11. This data flow plan contains, in addition to the actual technical values, also the necessary secondary data, steps for data checking and data management.

In einer Eingabeeinheit 6 erfolgt die Erstellung der Identifi­katoren und Nebendaten zur Statistik und Kontrolle, somit eines "Steckbriefes-Schiff". Eine nachgeschaltete Prüfeinheit 7 über­nimmt die Prüfung der Daten auf Vollständigkeit und Aktualität. Von der Prüfeinrichtung 7 können die Daten an eine Belegausgabe 8 oder eine Datenverwaltung 9 weitergeleitet werden. Durch die Datenverwaltung 9 werden Informationenen für die Vermesser bereitgestellt sowie Prüfungen und Plausibilitätskontrollen der Messungen durchgeführt. Die Datenverwaltung 9 arbeitet mit einer das Vermessungsprogramm enthaltenden Einheit 10 und der Schiffsdatenbank 11 zusammen. Die Schifsdatenbank 11 enthält die Identifikatoren, Spulendaten, Wicklungseffekte und die P-J-Trennung. Der Datenfluß ist durch Pfeile zwischen den ver­schiedenen Geräteeinheiten gekennzeichnet.In an input unit 6, the identifiers and secondary data for statistical and control purposes are created, and thus a "profile ship". A downstream test unit 7 checks the data for completeness and timeliness. The data can be forwarded from the test device 7 to a document output 8 or a data management 9. The data management 9 provides information for the surveyors and tests and plausibility checks of the measurements are carried out. The data management 9 works together with a unit 10 containing the measurement program and the ship database 11. The boat database 11 contains the identifiers, coil data, winding effects and the PJ separation. The data flow is indicated by arrows between the different device units.

Steht die Vermessung eines Schiffes 1 im Rahmen der Einstell­kontrolle an, so werden, wie in FIG 6 dargestellt, vor der Ver­messung des Schiffes 1 die Schaltzustände und Spulenströme der MES-Anlage an die Meßstelle 12 übermittelt und mit den in der Schiffsdatenbank 11 abgespeicherten, bis dahin aktuellen Werten verglichen.If the measurement of a ship 1 is pending as part of the setting control, the switching states and coil currents of the MES system are transmitted to the measuring point 12 and measured with the ones stored in the ship database 11 until the measurement of the ship 1, as shown in FIG then compared current values.

Der zugehörige Datenflußplan "MES-Einstellung" ist in FIG 7 dargestellt, wobei Meßwertübertragungspositionen durch Blitz­symbole gekennzeichent sind.The associated data flow diagram "MES setting" is shown in FIG. 7, with measured value transmission positions being identified by lightning symbols.

Werden Abweichungen festgestellt, so ist auf jeden Fall zu ergründen, wie diese entstanden sind und aus welchem Grund.If any discrepancies are found, it is essential to find out how they came about and for what reason.

Anschließend wird das Schiff mit eingeschalteter MES-Anlage vermessen und es erfolgt ggf. mit Hilfe der Informationen aus der Datenbank eine Neuberechnung bzw. Neueinstellung der MES-­Kompensationsströme entsprechend den im dritten Verfahrens­schritt der Ersteinstellung beschriebenen Verfahren mit einer nachfolgenden Kontrollmessung, ob die gewünschte Minimierung erreicht wurde, eine Aktualisierung der Schiffsdatenbank.The ship is then measured with the MES system switched on and, if necessary, the information from the database is used to recalculate or reset the MES compensation currents in accordance with the method described in the third step of the initial setting with a subsequent control measurement to determine whether the desired minimization has been achieved an update of the ship's database.

Es ist eine automatische oder manuelle Übertragung der Schalt­zustände und der aktuellen Wicklungsströme vom Schiff 1 zur Informationsverarbeitungsanlage in der Station 12 möglich. Die magnetische Vermessung und Erfassung der Daten kann in einer stationären Anlage oder im Überlaufverfahren in einer land- ­oder schiffsgestützten Sondenstreckenanlage, mit Wegstrecken­ermittlung erfolgen.Automatic or manual transmission of the switching states and the current winding currents from the ship 1 to the information processing system in the station 12 is possible. The magnetic measurement and recording of the data can take place in a stationary system or in an overflow process in a land or ship-based probe system, with distance determination.

Bei einer manuell zu schaltenden MES-Anlage erfolgt zweckmäßig die Übergabe der Einstelldaten mit Hilfe eines Displays.In the case of a manually switched MES system, the setting data is expediently transferred using a display.

Bei automatischer Einstellung erfolgt die Übergabe der Einstell­daten zweckmäßig an den Automatikschaltschrank im Schiff oder an den MES-Bordrechner.In the case of automatic setting, the setting data is expediently transferred to the automatic control cabinet in the ship or to the MES on-board computer.

Durch die Ermittlung der MES-Ströme zur Einstellung der MES-­Anlage mit Hilfe eines Informationsverarbeitungssystems, gestützt auf eine Datenbank der Wicklungseffekte, kann daher eine optimale, reproduzierbare MES-Einstellung in kürzester Zeit erreicht werden.By determining the MES currents for setting the MES system using an information processing system, based on a database of the winding effects, an optimal, reproducible MES setting can therefore be achieved in a very short time.

Die Zahl der Messungen kann auf eine Ankunfts- und eine Ent­lassungsmessung beschränkt werden.The number of measurements can be limited to an arrival and a discharge measurement.

Es ist mit Vorteil eine schnelle, exakte und reproduzierbare Einstellung der MES-Anlagen auch an Meßstellen, die keinen Meß­teppich besitzen, möglich bzw. das Verfahren erlaubt eine MES-Einstellung mit einer mobilen Meßanlage, d.h. von einem Vermessungsschiff aus mit einer Wegstreckenbestimmung für das zu vermessende Objekt.It is advantageously possible for the MES systems to be set quickly, precisely and reproducibly even at measuring points which do not have a measuring carpet, or the method allows MES setting with a mobile measuring system, i.e. from a surveying ship with a route determination for the object to be surveyed.

Claims (7)

1. Verfahren zur Einstellung einer magnetischen Eigenschutz (MES)-Anlage mit einem großräumigen, dreiachsigen Spulensystem bestehend aus stromdurchflossenen Spulen (3,4,5) in drei ortho­gonalen Achsen zur Kompensation des magnetischen Störfeldes eines Fahrzeuges (1), bei dem im ersten Schritt in einer stationären Meßanlage bei abgeschalteter MES-Anlage das zu kompensierende Störfeld in mindestens einer Koordinatenrichtung in zwei Meßtiefen gemessen wird und die Spulenströme (Kompen­sationsströme) nach Größe und Richtung selbsttätig so bestimmt werden, daß das Störfeld minimiert wird,
dadurch gekennzeichnet,
daß in einem zweiten Schritt nacheinander jede Spule (3 bzw.4 bzw.5) mit einem Einheitsstrom in einer vorgegebenen Richtung beaufschlagt und jeweils mindestens eine Komponente des sich dabei einstellenden Einheits-Magnetfeldes an vorgegebenen Orten gemessen wird sowie daß unter Verwendung der vorgegebenen Meß­werte für den Einheitsstrom, des Einheits-Magentfeldes und der Spulendaten, der "Wicklungseffekt" jeder Spule (3 bzw.4 bzw.5), d.h. der den Unterschied zwischen einer realen im Fahrzeug befindlichen Spule (3,4,5), deren Feld durch ferromagnetische Massen von Einbauteilen und Außenhaut verändert ist und einem entsprechenden ungestörten Spulenfeld (Luftspule) beschreibt - ­unter Korrektur von Lagekoordinatenfehlern in den Spulendaten - ­durch spuleniterative Annäherung des Rechenwertes des Einheits-­Magnetfeldes an die entsprechenden Meßwerte mittels eines ersten Algorithmus bestimmt wird, daß in einem dritten Schritt unter Verwendung der Werte für das im ersten Schritt gemessene Fahrzeug-Störfeld und der im zweiten Schritt gewonnenen Werte für die Wicklungseffekte und der korrigierten Spulendaten die optimalen Kompensationsströme durch stromiterative Annäherung des Spulensystemfeldes an das gemessene Störfeld mittels eines zweiten Algorithmus ermittelt werden.
1. Method for setting a magnetic self-protection (MES) system with a large, three-axis coil system consisting of current-carrying coils (3,4,5) in three orthogonal axes to compensate for the magnetic interference field of a vehicle (1), in the first step in a stationary measuring system with the MES system switched off, the interference field to be compensated is measured in at least one coordinate direction at two measuring depths and the coil currents (compensation currents) are automatically determined in terms of size and direction so that the interference field is minimized,
characterized by
that in a second step successively each coil (3 or 4 or 5) is acted upon by a standard current in a predetermined direction and at least one component of the unit magnetic field that is produced is measured at predetermined locations and that using the predetermined measured values for the standard current, the standard magnetic field and the coil data, the "winding effect" of each coil (3 or 4 or 5), ie the difference between a real coil in the vehicle (3, 4, 5), whose field is determined by ferromagnetic Masses of built-in parts and outer skin is changed and a corresponding undisturbed coil field (air coil) describes - with correction of position coordinate errors in the coil data - by coil-iterative approximation of the calculated value of the unit magnetic field to the corresponding measured values by means of a first algorithm that it is determined in a third step using the values for the vehicle measured in the first step Interference field and the values obtained in the second step for the winding effects and the corrected coil data, the optimal compensation currents can be determined by means of a current-iterative approximation of the coil system field to the measured interference field by means of a second algorithm.
2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Wicklungseffekt jeder Spule (3 bzw.4 bzw.5) und die Spulendaten sowie die optimalen Kompensationsströme nach Größe und Richtung (Schaltzustand der Spulen) in einer fahrzeug­typischen Datenbank (11) gespeichert werden.
2. The method according to claim 1,
characterized by
that the winding effect of each coil (3 or 4 or 5) and the coil data as well as the optimal compensation currents according to size and direction (switching state of the coils) are stored in a vehicle-typical database (11).
3. Verfahren nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß zusätzlich die Größen des Permanent-, der Induziert- und des Wirbelfeldanteils des magnetischen Störfeldes getrennt gespeichert werden.
3. The method according to claim 2,
characterized by
that additionally the sizes of the permanent, the induced and the vortex field portion of the magnetic interference field are stored separately.
4. Verfahren zur Einstellungskontrolle einer magnetischen Eigenschutz(MES)-Anlage mit einem großräumigen, dreiachsigen Spulensystem, bestehend aus strombeschickten Spulen (3,4,5) in drei orthogonalen Achsen zur Kompensation des magnetischen Störfeldes eines Fahrzeuges,
dadurch gekennzeichnet,
daß in einer Datenbank (11) gespeicherte Werte über Spulendaten und die optimalen Kompensationsströme der Ersteinstellung mit den aktuellen Werten der MES-Anlage verglichen werden, an­schließend mit eingeschalteter MES-Anlage eine Störfeldmessung erfolgt und ggf. aufgrund von in der Datenbank (11) gespeicher­ten Werten über die Wicklungseffekte der Spulen (3,4,5) und korrigierter Spulendaten neue optimale Kompensationsströme durch stromiterative Annäherung des Rechenwertes des Störfeldes an das gemessene Störfeld mittels eines Algorithmuses ermittelt werden und daß danach im Rahmen einer Kontrollmessung festge­stellt wird, ob die gewünschte Minimierung des Störfeldes er­reicht ist.
4. Method for setting control of a magnetic self-protection (MES) system with a large, three-axis coil system consisting of current-charged coils (3, 4, 5) in three orthogonal axes to compensate for the magnetic interference field of a vehicle,
characterized by
that values stored in a database (11) are compared via coil data and the optimal compensation currents of the initial setting with the current values of the MES system, then an interference field measurement is carried out with the MES system switched on and possibly based on values stored in the database (11) Using the winding effects of the coils (3, 4, 5) and corrected coil data, new optimal compensation currents can be determined by an algorithm using the current-iterative approximation of the calculated value of the interference field to the measured interference field and that a check measurement is then carried out to determine whether the desired minimization of the interference field is reached.
5. Verfahren nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Einstellkontrolle auf stationären sowie auf Überlauf­meßstrecken, bei letzteren jedoch mit gleichzeitiger Ermitt­lung der Meßpunktkoordinaten bei der Überlaufmessung erfolgt.
5. The method according to claim 4,
characterized by
that the setting control is carried out on stationary and on overflow measuring sections, but in the latter case with simultaneous determination of the measuring point coordinates in the overflow measuring.
6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Einstelldaten für die MES-Anlage im on-line-Verfahren an entsprechende Signalverarbeitungseinrichtungen des Fahrzeuges (MES-Automatikschrank; MES-Bordrechner) übergeben werden.
6. The method according to claim 4 or 5,
characterized by
that the setting data for the MES system are transferred online to corresponding signal processing devices of the vehicle (MES automatic cabinet; MES on-board computer).
7. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Einstelldaten für die MES-Anlage mittels eines Bild­schirmes der Bedienungsperson der MES-Anlage übermittelt werden.
7. The method according to claim 4 or 5,
characterized by
that the setting data for the MES system are transmitted to the operator of the MES system on a screen.
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