EP0247367B1

EP0247367B1 - Verfahren zur Einstellung einer magnetischen Eigenschutz (MES)-Anlage zur Kompensation des magnetischen Störfeldes eines Fahrzeuges, insbesondere Schiffes

Info

Publication number: EP0247367B1
Application number: EP19870106093
Authority: EP
Inventors: Johann Dr. Flecken; Rudolf Dipl.-Ing. Kock
Original assignee: Bundesrepublik Deutschland Vertr Durch D Bundesm D Vert Vertr Durch Den Pras D Bundesamt fur Wehrtech U Beschaffung
Current assignee: Bundesrepublik Deutschland Vertr Durch D Bundesm D Vert Vertr Durch Den Pras D Bundesamt fur Wehrtech U Beschaffung
Priority date: 1986-04-29
Filing date: 1987-04-27
Publication date: 1991-02-27
Anticipated expiration: 2007-04-27
Also published as: EP0247367A1; NO871767D0; DE3614527A1; NO871767L; DE3614527C2

Description

Verfahren zur Ersteinstellung einer magnetischen Eigenschutz (MES)-Anlage eines Fahrzeuges.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ersteinstellung einer magnetischen Eigenschutz (MES)-Anlage, die ein großräumiges Spuiensystem, bestehend aus stromdurchflossenen, in drei orthogonalen Achsen angeordneten Spulen zur Kompensation des magnetischen Eigenfeldes eines Fahrzeuges aufweist, indem in einer stationären Meßanlage mit matrixartig angeordneten Magnetfeld - Sonden bei abgeschalteter MES-Anlage das zu kompensierende Eigenfeld in mindestens einer Koordinatenrichtung gemessen wird und die Kompensationsströme nach Größe und Richtung mittels Rechenstufen unter Berücksichtigung des Luftspulenfeldes und seiner Störung durch ferromagnetische Einflüsse selbsttätig so bestimmt werden, daß das aus Eigenfeld und Kompensationsfeld resultierende Fahrzeugfeld minimiert wird.
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 Gefährung herabzusetzen.
Derartige Anlagen sind in der Literatur hinlänglich beschrieben (z. B. Kosack und Wangerin, "Elektrotehnik 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 eingeganen zu werden braucht.
Jedes mit einer MES-Anlage ausgerüstete Schiff erfährt zunächst aufgrund einer sogenannten magnetischen Vermessung eine Erst- (Grund)-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 Eigenfeldes erhalten bleibt. Im Laufe des Fahrbetriebes muß jedes Schiff in bestimmten Zeitabständen magnetisch erneut vermessen und die MES-Anlage ggf. entsprechend neu eingestellt werden (Einstellkontrolle).
Die Einstellungen sind wegen der starken magnetischen 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, insbesondere was den Einfluß ferromagnetischer Einbauten auf das Magnetfeld der Spulen (reale Effekte) anbelangt. Außerdem schränken fehlerbehaftete geometrische Daten zur Angabe der Spulenlage im Schiff die Brauchbarkeit von Feldberechnungen ein.
Es ist bekannt, daß zunächst durch eine stark idealisierte Berechnung in grober Näherung eine Ausgangseinstellung vorgenommen werden kann. Durch Iteration zwischen wiederholten Messungen des Rest-Fahrzeugfeldes und Veränderungen der MES-Einstellungen wird ein minimales Rest-Fahrzeugfeld, das die ausreichende Gefährdungstiefe gewährleistet, erreicht. Dieser Iterationsprozeß ist ein vielschrittiges manuelles Probieren, bei dem nach jeder Stromänderung in der MES-Anlage eine erneute Vermessung erfolgt, bis das Fahrzeug-feld minimiert ist (empirisches Vorgehen); dabei spielt die langjährige Erfahrung des Meßleiters der Schiffsvemessungsstelle eine wesentliche Rolle.
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.
Durch die DE-PS 31 32 933 ist das eingangs bezeichnete Verfahren bekanntgeworden, bei dem die notwendigen Kompensationsströme anhand eines in einem Rechner abgespeicherten Modells selbsttätig von dem Rechner berechnet (und eingestellt) werden. Ein derartiges Modell kann die tatsächlichen Verhältnisse nur grob angenähert wiedergeben. Dies zeigt sich auch daran, daß sehr viele Vereinfachungen vorgenommen werden, um überhaupt ein solches Modell im Rechner abbilden zu können. Zu einer solchen Vereinfachung zählt auch die Einteilung des Schiffes in einzelne magnetische Bereiche, die dann für sich getrennt betrachtet werden. Durch zusätzliche Übertragungsfunktionen wird bei dem bekannten Verfahren zwar der Einfluß von Nachbarbereichen auf den jeweiligen Bereich berücksichtigt, jedoch bleibt die Gesamtbeeinflussung aller Bereiche unberücksichtigt. Der Einfluß ferromagnetischer Einbauten und anderer Fahrzeugteile auf das Magnetfeld der einzelnen Spulen kann bei diesem Verfahren ebensowenig exakt erfaßt werden wie Abweichungen der tatsächlichen geometrischen Abmessungen und Daten der Spulen von den nach den Konstruktionsunterlägen geplanten Daten, die bei der Einstellung des Schiffes den Berechnungen zugrundegelegt werden. Aufgrund dieser Nachteile läßt sich mit dem bekannten Verfahren noch keine brauchbare Einstellung des Schiffes erreichen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, in dem eingangs bezeichneten Verfahren die realen Fahrzeugverhältnisse, insbesondere hinsichtlich der ferromagnetischen Einflüsse auf die Spulenfelder, möglichst umfassend und genau in der Rechenstufe zu berücksichtigen. Die Lösung dieser Aufgabe gelingt gemäß der Erfindung dadurch, daß vor der Bestimmung der Kompensationsströme jede Spule nacheinander mit einem Meßstrom definierter Größe und Richtung beaufschlagt und jeweils mindestens eine Komponente des sich dabei einstellenden Meßfeldes gemessen wird und in einer weiteren Rechenstufe unter Verwendung der vorgegebenen Werte für den jeweiligen Meßstrom sowie der geometrischen Abmessungen und weiterer Daten der jeweiligen Spule das Luftspulenfeld und unter Verwendung der Werte für das Meßfeld der Wert der proportionalen Feldänderung gegenüber dem berechneten Luftspulenfeld, der "Wicklungseffekt", bestimmt wird und daß die so ermittelten Werte für den Wicklungseffekt der einzelnen Spulen in die Rechenstufen zur Bestimmung der Kompensationsströme eingeschleift werden.
Durch die direkte Messung der "Wicklungseffekte" werden die realen Fahrzeugverhältnisse genau erfaßt. Da die gemessenen Werte für die Wicklungseffekte bei der Berechnung der Kompensationsstufe unmittelbar eingehen, wird die selbsttätige Kompensation des Fahrzeug-Eigenfeldes maßgeblich verbessert.
Gemäß einem weiterbildenden Merkmal werden zusätzlich Ungenauigkeiten und Fehler in den Spulengeometriedaten "korrigiert", so daß die Kompensation des Fahrzeugstörfeldes sehr genau wird.
Diese Maßnahme gelingt dadurch, daß zur zusätzlichen Erfassung von fehlerbehafteten geometrischen Daten zur Angabe der Lage der einzelnen Spulen im Fahrzeug in der weiteren Rechenstufe unter Verwendung von Näherungs- und Iterationsverfahren die Werte für die Spulenkoordinaten der einzelnen Spulen iterativ solange verändert werden, bis die errechneten Werte des jeweiligen Luftspulenfeldes den gemessenen Werten des jeweiligen Meßfeldes auf ein vorgegebenes Maß angenähert sind und daß die so ermittelten Werte für die korrigierten Spulenlagekoordinaten zusätzlich in die Rechenstufe zur Bestimmung der Kompensationsströme eingeschleift werden.
Durch die Erfassung der "magnetischen Wicklungseffekte" aus unmittelbaren Messungen und ihrer Speicherung in einer Datenbank einschließlich der Meßdaten über das Eigenfeld ist gemäß einer weiteren Ausgestaltung 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.
Die DE-OS 31 22 688 beschreibt einen Regler einer MES-Anlage, der dafür sorgt daß die bei der Ersteinstellung bestimmten optimalen Kompensationsströme im Fahrbetrieb aufrecht erhalten werden. Dieser Regler stellt die Kompensationsströme jeweils so ein, daß die Kompensation erhalten bleibt. Das Regelverhalten des Reglers wird - wie im Fall der Ersteinstellung nach der eingangs benannten DE-PS 31 32 933 - durch ein mathematisches Modell bestimmt, welches die Fahrzeugverhältnisse grob annähert. Das bekannte mathematische Modell versucht dabei, die magnetischen Wirkungen der MES-Kompensationswicklungen durch magnetische Dipole angenähert zu beschreiben. Die Nachteile des mathematischen Modells sind die gleichen wie eingangs erläutert. Darüber hinaus betrifft diese Schrift nicht die Ersteinstellung der MES-Anlage des Fahrzeuges sondern den bordeigenen-Regler für den Fahrbetrieb.
Anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles wird die Erfindung näher erläutert. Es zeigt:
FIG 1 das Spulensystem einer MES-Anlage in einem Schiffskörper,
FIG 2 die Vermessung eines Schiffes in zwei Meßebenen,
FIG 3 einen Datenflußplan für die Erstellung einer Datenbank,
FIG 4 das System der Datenübermittlung bei der Einstellkontrolle,
FIG 5 den Datenflußplan der MES-Einstellung bei einer Einstellkontrolle.
In FIG 1 ist das großräumige, dreiachsige Spulensystem einer MES-Anlage eines Schiffes 1 (als Beispiel eines Fahrzeuges als ferromagnetischer Störkörper) dargestellt. Dieses Spulensystem besteht aus Spulen in den drei orthogonalen Achsen. Jede Spule ist üblicherweise in drei - nicht mehr näher dargestellte - Teilspulen aufgeteilt. Die eine Teilspule dient zur Kompensation eines permanenten Störfeldanteils und wird mit konstantem Strom beschickt. Eine zweite Teilspule dient zur Kompensation eines vom Erdfeld induzierten Störfeldanteils und wird erdfeldund kursabhängig mit Strom beschickt.
Da als Folge der Bewegung des Schiffes im Erdfeld in metallischen Teilen des Systems wirbelfelder induziert werden, erfolgt deren Kompensation mit einer dritten Teilspule.
Die magnetischen Schiffsfelder werden üblicherweise nach den Schiffskoordinaten wie folgt bezeichnet:
Längsschiffkomponente = x-Komponente
Querschiffskomponente = Y-Komponente
Vertikale Komponente = Z-Komponente
Das X-Y-Z-Koordinatensystem wird als objektfest angenommen, d.h. ist auf den Erzeuger des magnetischen Störfeldes - im Ausführungsbeispiel das Schiff - ausgerichtet.
Die Spulen wiederum werden entsprechend ihren magnetischen Hauptrichtungswirkungen bezeichnet. Die Spulen nach FIG la, die parallel zur Y-Z-Ebene liegen, sind die L-Spulen (L-MESWicklung), deren magentische Wirkungsachsen in der Schiffslängsrichtung (x) liegen (L entspricht longitudinal).
Die Spulen nach FIG 1b (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 nach FIG 1c, 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).
Die Spulen werden mit. Gleichströmen in unterschiedlichen Richtungen beschickt. Die positiven Stromrichtungen resultieren dabei aus den positiven Richtungen des in FIG 1a dargestellten Koordinatensystems.
In der Ersteinstellung und bei Einstellungskontrollen (magnetische vermessung) werden die Ströme so eingestellt, daß das magnetische Eigenfeld des Schiffes möglichst optimal kompensiert wird. Im laufenden Betrieb (Fahrt) sorgt ein Regler durch Steuerung der Stromwerte dafür, daß die eingestellte Kompensation erhalten bleibt.
Die Erfindung bezieht sich auf die magnetische Vermessung eines Schiffes. Diese Vermessung erfolgt in üblicher Weise dadurch, daß gemäß FIG 2 das Schiff 1 in eine Vermessungsanlage mit einem Heßteppich von Magnetfeld-Meßsonden 2 gebracht wird und die Spulenströme so eingestellt werden, daß das eigenfeld optimal kompensiert wird. Das Ermitteln der optimalen Spulenströme in möglichst kurzer Zeit ist, wie eingangs erläutert, das typische Problem der magnetischen Vermessung. In FIG 2 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 eigenbfeld des Schiffes 1 in Größe und Richtung.
An sich ist eine Vermessung der drei Komponenten des Schiff eigenfeldes 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 2 dargestellt, die Vermessung einer Komponenten aus.
Das erfindungsgemäße Verfahren der magnetischen Vermessung bei einer Ersteinstellung wird wie folgt durchgeführt:
Im ersten Schritt wird das zu kompensierende Schiffseigenfeld gemessen. Die Eigenfeld-Meßwerte werden abgespeichert.
Im zweiten Schritt werden nacheinander sämtliche Spulen der MES-Anlage mit einem Meßstrom definierter Größe und Richtung beschickt und die magnetischen Felder (Meßfeld) der jeweils beschickten Spule gemessen.
Aus diesem, dem tatsächlichen eingebauten zustand der Spulen entsprechenden meßfeld und dem aufgrund der bekannken geometrischen Abmessungen und Daten der erzeugenden Spulen (Lage und Windungszahl der Spulen sind bei der Konstruktion des Schiffes festgelegt) berechneten luftspulenfeld wird der "Wicklungseffekt"` wie folgt bestimmt:
Bezüglich jedes Spulenfeldes gelte für das. Von ferromagnetischen Einflüssen freie Luftspulenfeld der k-tenSpule des Systems in einem Meßpunkt n das BiotSavartsche Gesetz in der Form:
Für die Komponenten des LuftspulenMagnetfeldes der k-ten Spule schreibt man nun zweckmäßigerweise (aus 1.1 und 1.2)
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 Änderutig des ungestörten Luftspulen Magnetfeldes bewirkt.
Also gilt für das veränderte (reale) Magnetfeld S der k-ten Spule
(1.5) Die proportionale Änderung P_i.k des ungestörten luftspulenfeldes wird in der Magnetik als "Wicklungseffekt" bezeichnet. Das reale Magnetfeld S umfaßt allerdings neben dem Einfluß ferromagnetischer. Teile 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.
Das Magnetfeld eines Systems, aus mehreren, insges. Nsp Spulen, ergibt sich durch ortsgerechtes Aufsummieren der Felder der einzelnen Spulen in einem Aufpunkt n zu:
(1.6) Auf der Basis dieser Vorbetrachtung erfolgt die Bestimmung der - wicklungseffekte und die korrektur der spulendaten wie nachstehend:
Als Ausgangsgrößen sind folgende Werte vorhanden:

a) N Meßwerte einer oder mehrerer (drei) Komponenten des Meßfeldes Bk_n,i(n = 1, ..N, i = 1,2,3) mit den zugehörigen Meßorten Xm_n.i (n = 1, ...N, i = 1,2,3), vorgegeben durch die Positionen der Meßsonden 2 gesondert für die einzelnen Spulen des Systems; dabei sei jede Spule einzeln mit dem vorgegebenen Meßstrom beschickt worden. Die Meßwerte Bk_n,i sind den Berechnungswerten S_i.k.n der Gleichung (1.5) zuzuordnen und naturgemäß mit einer Streuung G_i,n behafetet. Die dieser Streuung zugrunde liegenden Meßfehler seien normal um Null verteilt.
b) Die geometrischen Kenndaten, Windungszahlen und Meßströme der einzelnen Spulen. 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 konstante
Koordinate verstanden, d.h. bei einer
V-Spule die Z-Koordinate, bei einer
L-Spule die X-Koordinate und bei einer
A-Spule die Y-Koordinate.

Daher sind die gegebenen Werte der Lagekoordinaten der einzelnen Spulen als eine - ggf. korrekturwurdige - Näherung zu verstehen. Aus Formel (1.1) und (1.3) ist unmittelbar zu entnehmen, daß die Koordinaten exponentiell in die Magnetfeldberechnung eingehen.
Der Algorithmus soll nun
- die Lagekoordinate (nichtliniare Einflußgröße) und
- die Proportionalitätsgröße P_i,k (lineare Einflußgröße)
für jede einzelne Spule des Sytems bestimmen und zwar so, daß die Meßwerte BK_n,i des durch den Meßstom hervorgerufenen Meßfeldes an den meßorten Xm_n,i möglichst gut durch die rechenwerte angenähert werden. Hierzu wird ein erweiterter Minimum-Fehlerquadratansatz folgender Form verwendet:
Die Meßwertstreuung G dient als Gewichtungsgröße und bewirkt, daß Meßwerte um so weniger berücksichtigt werden, je größer ihre Streuung ist.
Um die Abhängigkeit des zu berechnenden, den Meßwerten Bk_n,ianzunähernden Spulenfeldes von den gesuchten Größen zu erfassen, schreibt man in Form eines Taylor-Ansatzes:
Darin sind die

J: die Anzahl der gesuchten Unbekannten
Uo: eine erste Näherung dieser Unbekannten und die
U: die "Verbesserung" dieser Unbekannten, die zum Minimum des mittleren Fehlerquadrats führen soll.

Verbesserte Unbekannte ergeben sich damit zu:
wobei 0 der Schrittzähler einer Iteration ist.
Setzt man Formel (1.7) in den Fehlerquadratansatz (1.6) ein, so ergibt sich
Das Fehlerquadratminimum wird erreicht, wenn die partiellen Ableitungen nach den gesuchten Verbesserungen uj verschwinden, also

Die Koeffizienten der Matrix A und des Vektor R ergeben sich ohne weiteres beim Übergang von Gleichung (1.10) auf (1.11).
Die Formel (1.11) gibt ein Gleichungssystem wieder, mit dem sich zu einer vorzugebenden Näherung der gesuchten Größen U₀ Verbesserungen ΔU errechnen lassen. Mit Formel (1.8) ergeben sich dann die verbesserten Größen U_0+1' welche ihrerseits zur Berechnung neuer Verbesserungen ΔU₀₊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 ist dann der Wicklungseffekt Pi und die Korrigierten Spulenlagekoordinaten für die jeweils untersuchte Spule.
Im nächsten, d.h. dritten Verfahrensschritt sind nunmehr die Kompensationsströme zu bestimmen, d.h. es geht um die Aufgabe der Bestimmung der Ströme I_K in den einzelnen Spulen eines MES-Spulensystems, so daß das im Zustand "ungeschützes Fahrzeug" gemessene magnetische Eigenfeld möglichst gut aufgehoben wird.
Als Ausgangsgrößen sind folgende Werte gegeben:

a) aus dem zweiten Einstellschritt die Korrigierten Spulengeometriedaten wicklungseffekte P_i.k aller Nsp Spulen eines Systems und
b) aus dem ersten Einstellschritt N-Fahrzeug EigenFeld-Meßwerte der drei oder mindestens einer Komponente des zu kompensierenden Fahrzeug Eigenfeldes B_n,i (n=l, ...N₁ i = 1,2,3) mit den zugehörigen Meßorten Xm_n,i (n=l, ...N, i = 1,2,3).

Die Meßwerte seien auch jetzt mit einer Streuung G_n,ibehaftet; die zugrunde liegende Meßfehlerverteilung sei normal mit dem Mittelwert 0.
Die gesuchten Komensationsströme in den Spulen sollen ein Magnetfeld erzeugen, welches das gemessene Fahrzeug Eigenfeld an den Orten Xm im Sinne des kleinsten Fehlerquadrats annähert bzw. aufhebt. Wie im zweiten Verfahrensschritt wird wieder angesetzt:
RS_n,i repräsentiert das von allen Spulen des Systems in den N Meßpunkten erzeugte Kompensations Magnetfeld; setzt man den Formellausdrunk (1.6) ein, so wird das mittlere Fehlerquadrat:
Die Ströme I_K sind offensichtlich eine lineare Einflußgröße; das Minimum des mittleren Fehlerquadrats stellt sich also ohne Iteration für
ein.
Das entsprechende Differenzieren führt auf folgendes Gleichungssystem:
Damit sind Ströme ermittelt, die das gemessene Eigenfeld B_n,i in den Orten Xm_n,i im Sinne des minimalen Fehlerquadrates annähern; eine Kompensation des gemessenen Eigenfeldes stellt sich durch einen Vorzeichnungswechsel ein, also für die Kompensation
Im Gegensatz zu der eingangs erläuterten bekannten Lösung mit einem direkten mathematischen Modellansatz zwischen gemessenem Fahrzeug-Eigenfeld und den Kompensationsströmen erfolgt bei dem Verfahren nach der Erfindung eine meßtechnische 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 der zu ungenauen Spulengeometriedaten.
Der Wicklungseffekt beschreibt letztlich das verhältnis des Feldes 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 LuftSpulenfeld.
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 wesentlich genauer, zumal auch Spulenfehler mit erfaßt bzw. korrigiert werden, die in dem Fall eines mathematischen Modells ebenfalls nicht ausreichend Korrekt berücksichtigt werden können.
Aus dem gemessenen Eigenfeld des Schiffes werden mit Hilfe der Wicklungseffekte Kompensationsströme ermittelt. Das superpositionierte Feld der einzelnen MES-Spulen ergibt nach ein oder mehreren Optimierungsschritten (rechnerische Optimierung) das gemessene Fahrzeug-Eigenfeld mit umgekehrten Vorzeichen. Damit sind die einzelnen Kompensationsströme ermittelt.
Die gegenseitige Beeinflussung aller Spulenfelder ist durch die Vermessung aller Spulenfelder mit einem Meßteppich hinreichend bekannt und kann entsprechend berücksichtigt werden; so ist der Gefahr einer Überkompensation begegnet.
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.
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.
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.
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 Funktionen 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.
Die FIG. 3 zeigt einen Datenflußplan "Datenbank-Erstellung" für eine Schiffsdatenbank 3. Dieser Datenflußplan enthält neben den eigentlichen technischen Werten auch die notwendigen Nebendaten, Schritte für die Datenprüfung und Datenverwaltung.
Steht die Vermessung eines Schiffes 1 im Rahmen der Einstellkontrolle an, so werden, wie in FIG 4 dargestellt, vor der Vermessung des Schiffes 1 die Schaltzustände und Spulenströme der MES-Anlage an die Meßstelle 4 übermittelt und mit den in der Schiffsdatenbank 3 abgespeicherten, bis dahin aktuellen Werten verglichen.
Der zugehörige Datenflußplan "MES-Einstellung" ist in FIG 5 dargestellt, wobei Meßwertübertragungspositionen durch Blitzsymbole gekennzeichent sind.
Werden Abweichungen festgestellt, so ist auf jeden Fall zu ergründen, wie diese entstanden sind und aus welchem Grund.
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 MESKompensationsströme entsprechend den im dritten Einstellschritt der Ersteinstellung beschriebenen Verfahren mit einer nachfolgenden Kontrollmessung, ob die gewünschte Minimierung erreicht wurde, eine Aktualisierung der Schiffsdatenbank.
Es ist eine automatische oder manuelle Übertragung der Schaltzustände und der aktuellen Wicklungsströme vom Schiff 1 zur Informationsverarbeitungsanlage in der Station 4 möglich Die magnetische Vermessung und Erfassung der Daten kann in einer stationären Anlage oder im Überlaufverfahren in einer landoder schiffsgestützten Sondenstreckenanlage, mit Wegstreckenermittlung erfolgen.
Bei einer manuell zu schaltenden MES-Anlage erfolgt zweckmäßig die Übergabe der Einstelldaten mit Hilfe eines Displays.
Bei automatischer Einstellung erfolgt die Übergabe der Einstelldaten zweckmäßig an den Automatikschaltschrank im Schiff oder an den MES-Bordrechner.
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
Die Zahl der Messungen kann auf eine Ankunfts- und eine Entlassungsmessung beschränkt werden.
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.

Claims

Verfahren zur Ersteinstellung einer magnetischen Eigenschutz (MES)-Anlage, die ein großräumiges Spulensystem, bestehend aus stromdurchflossenen, in drei orthogonalen Achsen angeordneten Spulen zur Kompensation des magnetischen Eigenfeldes eines Fahrzeuges aufweist, indem in einer stationären Meßanlage mit matrixartig angeordneten Magnetfeld-Sonden bei abgeschalteter MES-Anlage das zu kompensierende Eigenfeld in mindestens einer Koordinatenrichtung gemessen wird und die Kompensationsströme nach Größe und Richtung mittels Rechenstufen unter Berücksichtigung des Luftspulenfeldes und seiner Störung durch ferromagnetische Einflüsse selbsttätig so bestimmt werden, daß das aus Eigenfeld und Kompensationsfeld resultierende Fahrzeugfeld minimiert wird, dadurch gekennzeichnet, daß vor der Bestimmung der Kompensationsströme jede Spule nacheinander mit einem Meßstrom definierter Größe und Richtung beaufschlagt und jeweils mindestens eine Komponente des sich dabei einstellenden Meßfeldes gemessen wird und in einer weiteren Rechenstufe unter Verwendung der vorgegebenen Werte für den jeweiligen Meßstrom sowie der geometrischen Abmessungen und weiterer Daten der jeweiligen Spule das Luftspulenfeld und unter Verwendung der Werte für das Meßfeld der Wert der proportionalen Feldänderung gegenüber dem berechneten Luftspulenfeld, der "Wicklungseffekt", bestimmt wird, und daß die so ermittelten Werte für den Wicklungseffekt der einzelnen Spulen in die Rechenstufen zur Bestimmung der Kompensationsströme eingeschleift werden.
Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß zur zusätzlichen Erfassung von fehlerbehafteten geometrischen Daten zur Angabe der Lage der einzelnen Spulen im Fahrzeug in der weiteren Rechenstufe unter Verwendung von Näherungs- und Iterationsverfahren die Werte für die Spulenkoordinaten der einzelnen Spulen iterativ solange verändert werden, bis die errechneten Werte des jeweiligen Luftspulenfeldes degemessenen Werten des jeweiligen Meßfeldes auf ein vorgegebenes Maß angenähert sind, und daß die so ermittelten Werte für die korrigierten Spulenlagekoordinaten zusätzlich in die Rechenstufe zur Bestimmung der Kompensationsströme eingeschleift werden.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Magnetfeldsonden in Form von zwei, in unterschiedlichem Meßabstand zum Fahrzeug angeordneten Meßteppichen arrangiert sind und sowohl das Eigenfeld als auch das Meßfeld in zwei Meßebenen gemessen wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 - 3, dadurch gekennzeichnet, daß der für jede Spule ermittelte Wicklungseffekt, die Abmessungen und Daten der Spulen sowie die berechneten optimalen Kompensationsströme in einer fahrzeugtypischen Datenbank gespeichert werden.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich die Meßwerte des magnetischen Eigenfeldes in der Datenbank gespeichert werden.
Verfahren zur Einstellkontrolle der Ersteinstellung gemäß den Verfahren nach den Ansprüchen 4 und 5 dadurch gekennzeichnet, daß in der Meßanlage zunächst die gegenwärtigen Werte der Spulendaten und der Kompensationsströme mit den entsprechenden in der Datenbank gespeicherten Werten aus der Ersteinstellung verglichen werden, daß danach bei eingeschalteter MES-Anlage eine Messung des Eigenfeldes erfolgt und bei festgestellten Abweichungen anhand der in der Datenbank gespeicherten Werte des Wicklungseffektes neue optimale Kompensationsströme durch Annäherung des errechneten Kompensationsfeldes der MES-Anlage an das gemessene Eigenfeld ermittelt werden und in einer Kontrollmessung festgestellt wird, ob die gewünschte Minimierung des Fahrzeugfeldes erreicht ist.