KR20130009925A - 바다 움직임 변광성을 결정하기 위한 방법 - Google Patents

Abstract

수상 운송장치에 바다 움직임 변광성들을 결정하기 위한 방법에 있어서, 수상 운송장치의 적어도 두 움직임 변광성들의 일시적 경로들이 감지되고 적어도 하나의 상관관계 값이 적어도 한 쌍의 일시적 경로들로부터 결정되고 하나 이상의 바다 움직임 변광성들을 결정하기 위하여 사용된다.

Description

바다 움직임 변광성을 결정하기 위한 방법{Method For Determining Sea Motion Variables}

본 발명은 바다 움직임 변광성을 결정하기 위한 방법에 관한 것이다.

바다 움직임 변광성은 수상 운송장치들의 부유행동 또는 운항행동의 안정성에 대하여 결정적 영향을 끼친다. 예를 들면, 매개변수-들뜬 롤 진동(parameter-excited roll oscillations)이 물 파도의 어떤 마주치는 주파수와 함께 수상 운송장치에 일어날 수가 있다. 공명의 경우에 있어서 이것들은 매우 증가된 롤 각도를 유도한다. 예를 들면, 큰 컨테이너 배들에 있어서, 20°이상의 롤 각도가 보고된 적이 있다. 수상 운송장치의 안정성을 타협할 수 있는 상황들을 신뢰할 수 있게 예견할 수 있도록 하기 위하여, 파도 방향 및 파도 기간과 같은 바다 움직임 변광성을 결정할 필요가 있다.

이것을 위하여, 예를 들면 네델란드 제조업자 Datawell BV의 "Directional Waverider MK III"과 같은, 자유-부유 파도 부표들(free-floating wave buoys)을 배치하는 것이 알려져 있다. 정착된 부표들은 또한, 예를 들면 US Department of Commerce, National Oceanic and Atmospheric Administration의 Moored Buoy Program에 있어서와 같이, 바다 움직임 변광성의 측정을 위하여 적용된다. 그러나, 이 부표들의 예견의 단점은 이들이 단지 몇 개의 위치들 만에서의 바다 움직임 변광성을 감지하고, 따라서 이러한 바다 움직임 변광성을 제한된 범위에서 추정하므로 수상 운송장치의 안정성을 위태롭게 할 수가 있다는 것이다.

수상 운송장치 자체의 위치에서 바다 움직임 변광성을 결정하기 위하여, 현재까지의 개선은 수상 운송장치의 레이더(radar) 장치를 사용하는 것이다. 그러나, 이러한 레이더 장치의 신호품질은 날씨조건에 의존한다. 그것은 특히 폭우나 눈이 올 때 레이더신호 및 바다 움직임 변광성의 결정은 제대로 발휘되지 못한다. 더욱이, 후방-산란 된 레이더신호 및 바다 움직임 변광성 사이의 직접적 관계가 존재하지 않게 된다. 또한, 이러한 레이더장치의 설비는 비싸고 시간-낭비적인 문제가 있다.

따라서, 본 발명의 목적은 바다 움직임 변광성을 결정하기 위한 개선된 방법을 제공하는 데 있다. 특히, 이 방법은 높은 정밀도를 갖고 신뢰할 수 있으며 날씨에 의존하지 않는 독립성을 갖고 있다.

위 목적은 청구항 1에 특정된 구성들을 갖는 방법과 청구항 5에 특정된 구성들을 갖는 방법에 의해 달성된다. 본 발명의 이점 있는 다른 개선점들은 종속 청구항들, 상세한 설명 및 도면으로부터 이해할 수 있을 것이다.

본 발명에 따른 방법은 바다 움직임 변광성을 결정하기 위한 역할을 하고 수상 운송장치에 수행된다. 이 방법에 있어서, 수상 운송장치의 적어도 두 움직임 변광성의 일시적 경로들이 습득된다. 그것에 의해, 적어도 하나의 상관관계 값이 적어도 한 쌍의 일시적 경로들로부터 결정되고 하나 이상의 바다 움직임 변광성을 결정하기 위하여 사용된다.

적어도 두 움직임 변광성들의 일시적 경로들의 일시적 관계는 평가된 상관관계 값으로 결정될 수 있다. 본 방법에 있어서, 일시적 경로들의 이 관계는 결정되어 지는 바다 움직임 변광성 또는 바다 움직임 변광성들을 위한 대책을 형성한다.

만약 예를 들면 물 파도의 전단이 수상 운송장치의 선체의 우현 측을 때린다면, 그 선체는 우선 수상 운송장치의 편주 축을 중심으로 좌현으로 회전하기 시작한다. 뒤이어 동일한 전단이 중력의 중심에 가장 가까운 선박의 영역에 도달할 때, 좌현으로 수상 운송장치의 롤(roll) 움직임이 발생한다. 이와 같이 편주각 및 롤각의 일시적 경로들은 물 파도의 파도진행방향의 특성으로 일시적으로 관계된다. 결과로서 이 일시적 관계는 수상 운송장치의 경로에 관하여 파도진행방향의 대책을 나타낸다. 만약 편주각 및 롤각의 경로들로부터 상관관계 값이 결정되면, 편주각 및 롤각의 일시적 경로들의 일시적 관계는 이 상관관계 값으로 수량화되어진다. 이와 같이 이 상관관계 값은, 바다 움직임 변광성으로서, 수상 운송장치의 경로에 대하여 파도진행방향을 결정하기 위하여 사용될 수 있다.

특히, 본 발명에 따른 방법에 있어서, 수상 운송장치의 부침 스피드 및 수상 운송장치의 피치(pitch)각은 일시적 경로들이 습득되는 두 움직임 변광성들을 형성한다. 더 바람직하게는, 이 적어도 두 움직임 변광성들은 수상 운송장치의 부침 스피드 및 피치각 스피드 및/또는 편주각 스피드 및 피치각을 포함한다.

본 발명에 따른 방법에 있어서, 바다 움직임 변광성의 결정은 수상 운송장치 자체의 위치에서 수행될 수 있다. 이와 함께, 본 방법은 수상 운송장치의 안정성과 관련하여 바다 움직임 변광성들의 결정을 높은 정밀도로 보장한다. 이점 있게, 바다 움직임 변광성들의 결정은 날씨 조건들에 상관없이 수행될 수가 있다. 더욱이, 본 발명에 따른 이 방법에 있어서, 수상 운송장치의 안정성에 관련하는 모든 바다 움직임 변광성들이 결정될 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 방법은 선행기술들로부터 알려진 방법들의 모든 이점들을 가진다. 이와 같이, 바다 움직임 변광성들의 결정은 파도 부표들의 관찰과 같은 날씨에 독립적임은 물론, 수상 운송장치의 보드상에 레이더 장치의 사용과 같은 것으로서 수상 운송장치의 위치와 상관없이 수행되는 것이다.

더욱이, 파도 부표들에 의한 바다 움직임 변광성들을 결정하는 것과 비교하여, 수상 운송장치의 움직임을 통한 본 발명에 따른 결정에 있어서는 특히 편주 움직임과 같은 회전 개선을 감지하고 이용할 수 있는 이점이 있다. 이와 같이, 수상 운송장치와 함께, 종 움직임(서지, surge) 또는 측면 움직임(스웨이, sway)이 규칙적으로 기록된다. 파도 부표들과 함께는 그것의 거의 둥근 형상 때문에 회전 움직임의 감지가 어렵다. 더욱이, 이 둥근 형상을 고려하여, 파도 부표들에 있어서 회전 움직임은 거의 발생하지 않는다.

이점 있게, 본 발명에 따른 방법에 있어서, 획득되는 바다 움직임의 성분들은 수상 운송장치의 안정성에 실로 의미 있는 영향을 갖는다. 이와 같이 예를 들면, 물결 깊이가 물 파도의 전파방향 상에 돌출하고 있는 수상 운송장치의 크기보다 의미 있게 더 작은 물 파도들은 수상 운송장치의 움직임 변광성들에 대하여 무시해도 될 정도의 영향을 갖는다. 동시에 이들 물 파도는 수상 운송장치의 안정성에 단지 의미 없는 영향을 갖는다. 수상 운송장치의 안정성을 위하여 의미 없는 바다 움직임의 성분들은 통상적으로 본 발명에 따른 방법에 의해 결정되지 않는다. 더욱이, 본 발명에 따른 방법의 실행은, 움직임 변광성들의 획득 또는 감지가 특히 가속 센서와 같은 움직임 센서들에 의해 단순히 수행될 수 있기 때문에, 장치와 관련하여 많은 노력이 필요적으로 요구되지 않는다.

본 발명에 따른 방법의 또 다른 이점은 상관관계 값을 결정하는데 있어서 단지 결정되어지는 움직임 변광성들의 개별 일시적 값들의 일시적 관계가 아닌 사실에 있다. 오히려, 움직임 변광성들의 획득된 일시적 경로들의 관계, 즉 시간이 경과함에 따라 계속적으로 감지되는 또는 시간에 있어서 다수의 점들에서 감지되는 일시적 발달들의 관계가 감지된다. 이와 같이, 시간 내의 다수의 점들에 있어서의 움직임 변광성들의 값들(또는 경우가 있을 수 있는 것으로서, 시간의 흐름에 따라 계속적으로 감지되는 움직임 변광성들의 발달의 값들)이 움직임 변광성들의 일시적 경로들의 일시적 관계의 평가에 포함된다. 바다 움직임 변광성 또는 바다 움직임 변광성들의 결정은 이와 같이 높은 신뢰도와 정확성으로 수행될 수가 있다.

유용하게, 본 발명에 따른 방법에 있어서, 움직임 변광성들은 2 내지 20분의 시간 주기에 걸쳐, 특히 10분 이하의 기간 동안 감지된다. 통상적으로, 5분의 기간 동안 움직임 변광성들의 획득은 이미 바다 움직임 변광성들의 결정을 위하여 충분하다. 이와 함께, 움직임 변광성들의 감지의 요구된 기간은 통상 30분 이상 걸리는 파도 부표들의 사용에 의한 감지시간 주기보다 의미 있게 더 짧다.

이 방법과 함께 적어도 두 움직임 변광성들의 일시적 경로들의 감지는 계속적으로 적절하게 수행되고 또는 많은 개별 측정치들에 의해 수행된다. 이 개별 측정치들은 수상 운송장치에 통상적으로 발생하는 움직임 주기보다 더 짧은 시간간격으로, 예를 들면 0.1초의 일시적 간격으로, 서로 뒤이어 이루어진다.

이 방법에 있어서, 감지된 움직임 변광성들에 대한 수상 운송장치의 경로변경들의 영향이 계산되어진다. 바람직하게는, 움직임 변광성들의 일시적 경로들의 획득은 수상 운송장치의 대략 일정한 경로로 각 경우에 있어서 시간 간격들 내에 수행된다. 각 부분들의 감지된 움직임 변광성들은 예를 들면 지구에 고정되고 배의 경로에 영향이 없는 좌표시스템 속으로 전송된다. 측정데이터는, 바다 움직임에 의해 끼쳐진 수상 운송장치의 움직임을 오로지 분석할 수 있도록 하기 위하여, 더욱 바람직하게는 하이-패스(high-pass) 여과된다. 하이-패스 여과기의 한계 주파수는 물 파도에 의해 끼쳐진 움직임이 하이-패스 여과에 의해 영향 되지 않거나 거의 영향 되지 않는 것과 같이 선택되고, 여기서 그러나 수상 운송장치의 방향변경 및/또는 스피드 변경이 여과된다. 특히 이 한계주파수는 40 mHz이다.

이 방법과 관련하여, 바람직하게는 수상 운송장치의 적어도 세 움직임 변광성들의 일시적 경로들이 감지되고 각 경우에 여러 쌍들의 일시적 경로들의 하나로부터 적어도 하나의 상관관계 값이 결정된다. 이와 같은 식으로, 한편으로는 동시에 여러 개의 바다 움직임 변광성들을 결정할 수가 있다. 한편 또는 부가적으로, 같은 바다 움직임 변광성이 여러 개의 결정된 상관관계 값들에 의해 여러 회 결정된다. 이처럼 이 방법의 신뢰성과 정확성이 한층 더 증가 된다.

바람직하게는, 이 방법과 관련하여, 적어도 이러한 상관관계 값이 결정되고, 이것은 경로들의 영 일시적 오프셋(zero temporal offset)과 함께 적어도 한 쌍의 일시적 경로들의 교차-상관관계 함수의 값에 서로 일치한다. 이러한 상관관계 값이 해당 쌍의 일시적 경로들 사이의 일시적 오프셋에 의존하여 교차-상관관계 함수의 y-축 부분에 일치한다.

본 발명에 따른 방법의 특히 또 다른 이점적 향상에 있어서, 교차-상관관계 함수의 형태에 있는 다수의 상관관계 값들이 적어도 한 쌍의 일시적 경로들로부터 사용되는 것이다. 즉, 움직임 변광성들의 일시적 경로들의 다른 일시적 오프셋으로 다수의 상관관계 값들이 서로 결정되고, 이것은 이 일시적 오프셋에 의존하여 교차-상관관계 함수를 형성한다. 유용하게, 이 교차-상관관계 함수로부터 다른 변수들이 결정되고 이들은 하나 이상의 바다 움직임 변광성들을 결정하기 위하여 사용된다.

바람직하게는, 이 방법과 관련하여, 서로에 대한 이 쌍의 일시적 경로들의 일시적 오프셋이 교차-상관관계 함수에 의존하는 식으로 결정되고, 하나 이상의 바다 움직임 변광성들을 결정하기 위하여 사용된다. 이것에 의해, 특히 서로에 대한 이 쌍의 일시적 경로들의 일시적 오프셋이, 교차-상관관계 함수가 그것의 최대값에 도달하는 때에, 결정된다. 이 일시적 오프셋은 이점 있게 일시적 경로들의 일시적 관계를 위한 직접 대책을 형성한다.

한편 또는 앞서 언급한 본 발명에 따른 제1방법에 부가적으로, 본 발명에 따른 제2방법에 있어서, 수상 운송장치의 적어도 하나의 움직임 변광성의 일시적 경로가 획득되고 이 움직임 변광성의 일시적 경로로부터 자기상관 함수가 결정된다. 이 방법에 있어서 자기상관 함수의 함수 경로는 하나 이상의 바다 움직임 변광성들을 결정하기 위하여 사용된다. 본 발명에 따른 제1방법의 이점은 본 발명에 따른 제2방법을 위하여도 일치하는 식의 결과를 가져온다.

바람직하게는, 이 방법과 함께, 그 스스로에 대한 적어도 하나의 움직임 변광성의 일시적 경로의 일시적 오프셋이 결정되고 자기상관 함수의 함수 경로에 의존하는 식으로 사용된다. 특히, 자기상관 값이 두 번째로 높은값을 가질 때 및/또는 전체 최대치에 인접하는 지역 최대치의 지역 최대값을 가질 때 일시적 오프셋이 결정된다. 이처럼, 주기기간이 주기적 움직임 변광성들과 함께 결정된다.

바람직하게는, 적어도 하나의 움직임 변광성과 관련하여, 이러한 움직임 변광성은 물에서 수상 운송장치의 자연(고유의) 움직임(예를 들면 공명진동)이 발생하지 않는 경우이다. 예를 들면, 수상 운송장치의 중력 중심의 횡위치 및/또는 종위치, 즉 수상 운송장치의 현재 경로에 대한 횡으로 또는 종으로의 중력 중심의 위치 및/또는 수상 운송장치의 편주각이 이러한 움직임 변광성들을 형성한다. 한편 또는 부가적으로, 이러한 움직임 변광성들은 상술한 하나 이상의 움직임 변광성들의 일차 또는 더 높은 일시적 도함수이다. 자연 움직임으로 유도하는 복원력/모멘트는 언급한 움직임 변광성들에 존재하지 않는다. 그러므로 이들 움직임 변광성들은 바다 움직임 변광성들에 의해 큰 범위로 결정된다. 결과로서, 이들 바다 움직임 변광성들의 결정은 대단히 신뢰할 만한 식으로 결정될 수가 있다.

바람직하게는, 본 발명에 따른 방법에 있어서, 적어도 하나의 바다 움직임 변광성은 물 파도의 파도진행방향이다.

본 발명에 따른 방법의 또 다른 하나의 이점적 형태에 있어서, 바다 움직임 변광성 또는 다수의 바다 움직임 변광성들은 수상 운송장치와 함께 물 파도의 조우 주파수 및/또는 바다 움직임 내의 수상 운송장치의 하나 이상의 자연 주파수들이다. 한편, 바다 움직임 변광성 또는 변광성들과 관련하여, 그것은 물 파도의 수상 운송장치와의 조우 주기 및/또는 바다 움직임 내의 수상 운송장치의 자연 움직임의 하나 이상의 주기 기간의 경우이다.

물 파도의 파도진행방향의 바다 움직임 변광성을 결정하기 위하여, 앞서 언급한 본 발명에 따른 두 방법들이 서로 결합되어진다. 이것에 의해, 특히 한 쌍의 움직임 변광성들의 일시적 경로들의 일시적 오프셋은, 여기서 상기 오프셋은 본 발명에 따른 제1방법에 따라 결정된 것으로서, 물 파도의 수상 운송장치와의 조우주기와 관련하여 설정되며, 여기서 상기 주기는 본 발명에 따른 제2방법에 따라 결정되는 것이다.

이 비율은, 비례 인자를 제외하고, 서로에 대한 두 일시적 경로들의 위상변위와 일치한다. 움직임 변광성들이 물 파도의 파도진행방향에 의해 영향 되어지는 것을 고려하면, 결국 이 위상변위는 물 파도의 파도진행방향과 직접적인 관계가 있다. 이처럼, 본 발명의 이러한 또 다른 형태에 있어서, 파도진행방향은 하나 또는 바다 움직임 변광성들의 하나로 결정된다. 예를 들면, 수상 운송장치의 수직 위치(부침)의 일시적 경로들의 위상변위 및 수상 운송장치의 피치각이 결정되고, 여기서 물 파도의 파도진행방향은 선단으로부터 수상 운송장치의 종축에 평행하게 지향된다. 이 경우에 있어서 이 위상변위는 대략 두 배로 곱해진 물 파도의 파장에 의해 나누어진 수상 운송장치의 길이측정치의 반과 일치한다(Pi). 반대로, 수상 운송장치의 종축에 수직 하는 파도진행방향에 있어서,위상변위는 제로(zero)이다. 이와 같이, 수상 운송장치의 종축에 평행한 파도진행방향의 성분들이 결정될 수 있다. 따라서, 수상 운송장치의 적합한 움직임 변광성들에 있어서, 수상 운송장치의 횡 축에 평행한 파도진행방향의 성분들을 결정할 수가 있다. 적합하게, 이 방법에 있어서, 이러한 방식으로 결정된 파도진행방향의 두 성분들은 서로에 대한 관계로, 예를 들면 지수형태에 의해 입력되고, 이와 같이 파도진행방향은 완전하게 결정된다.

바람직하게는, 본 발명에 따른 방법에 있어서, 한 쌍의 일시적 경로들의 일시적 오프셋은 자연 주파수 또는 바다 움직임 내의 수상 운송장치의 주파수들 및/또는 물 파도의 수상 운송장치와의 조우 주파수에 의존하는 식으로, 특히 자연 주파수 및 조우 주파수 또는 주파수들의 비율 또는 비율들에 의존하여 결정되고, 적어도 하나의 상관관계 값을 결정하기 위하여 사용된다. 유사한 방식으로, 일시적 오프셋은 상기한 주파수들에 서로 관련된 주기 기간들에 의존하는 식으로 결정될 수 있다.

예를 들면, 본 발명에 따른 방법에 있어서, 바다 움직임 변광성들에 의해 가해진 강요된 움직임의 주기 기간과 물에서의 수상 운송장치의 자연 움직임을 비교하여 수행된다. 수상 운송장치의 자연 움직임의 이들 주기 기간은, 본 발명에 따른 방법에 있어서, 계산 및/또는 측정 및/또는 상기 언급한 바와 같은 방법의 어느 하나에 의해 사전에 결정된다. 만약 예를 들면 바다 움직임 변광성들에 의해 가해진 수상 운송장치의 강요된 움직임이 수상 운송장치의 관련 있는 자연 움직임보다 더 빠르다면, y-축 부분의 극성이 바뀌고 위상변위가 Pi(또는 따라서 일시적 오프셋)에 의해 변위 된다. 소정의 환경하에서 수상 운송장치의 이러한 자연 움직임들은 각 경우에 있어서 교차-상관관계에 놓여진 양 움직임 변광성들 내의 자연 움직임들이다. 그러므로, 경우가 있을 수 있는 바와 같이 y-축 부분의 이중 극성 변화 및 이중 Pi에 의한 위상변위가 주기 기간들의 비교의 결과에 의존하여 수행된다.

유용하게, 본 발명에 따른 방법에 있어서, 하나 이상의 움직임 변광성들은, 기준 제로값으로부터 평가된, 수상 운송장치의 주 관성축을 따른 수상 운송장치의 중력위치의 중심 및/또는 중력위치의 중심의 일차 또는 더 높은 일시적 도함수 및/또는 수상 운송장치의 주 관성축에 대한 수상 운송장치의 방향 및/또는 이 방향의 일차 또는 더 높은 일시적 도함수 및/또는 상술한 변광성들의 하나 이상의 극성 또는 극성들이다.

특히, 이 방법에 있어서, 바다 움직임 변광성은 파도진행방향이고, 여기서 파도진행방향은 사분면 내에서 결정된다. 사분면 내의 파도진행방향의 결정은 이러한 정확성으로서 결정되는 것으로 이해될 것이고, 물 파도가 선단, 선미, 좌현 또는 우현으로부터 수상 운송장치에 주로 부딪히는 지에 대하여는 적어도 차이가 있다. 이점 있게, 상관관계 값들의 평가는, 그 쌍의 움직임 변광성들의 어느 것이 먼저 정의 좌표방향으로의 움직임을 수행하는 결론을 낼 수 있는 것을 고려하여, 파도진행방향의 사분면-방법 결정을 위하여 충분하다. 파도진행방향의 사분면-방법 결정을 위하여, 본 발명에 따르면, 교차-상관관계 함수의 y-축과의 교차점 및/또는 위상변위가 결정된다. 이것들은 뒤이어 고정된 한계 값과 비교된다. 파도진행방향은 이 비교로부터 결론지어진다. 이 결정은, 물 내의 수상 운송장치의 자연 움직임들 또는 진동들이 움직임 변광성들의 일시적 경로를 지배하고 있는 것과 함께, 이점 있게 매우 강력하고 또한 움직임 변광성들과 함께 수행되어질 수가 있다. 더욱이, 본 발명의 이 형태에 있는 방법은 경우가 있을 수 있는 것으로서 상황의 낮은 품질로 얻어질 수 있는 움직임 변광성들로 수행될 수도 있다. 본 발명의 이 향상에 있어서, 본 방법은 수상 운송장치의 움직임 변광성들의 감지의 품질에 크게 독립적이다.

본 발명에 따른 방법에 있어서, 움직임 변광성들에 대한 적어도 상호 의존성으로부터 얻어지는 궤적을 따라 수상 운송장치의 움직임 조건의 일시적 회전의 회전방향이 감지되고 상관관계 값들을 결정하기 위하여 및/또는 바다 움직임 변광성을 결정하기 위하여 사용된다. 본 발명에 따른 방법의 신뢰성은 이처럼 개선된다.

그것에 의해, 수상 운송장치의 움직임 조건은 각 경우에 있어서 적어도 두 시간-의존 움직임 변광성들의 하나에 의해 형성된 성분들의 상태벡터에 의해 기술된다. 이러한 상태벡터에 의해 기술되는 조건점은, 상태벡터를 형성하는 움직임 변광성들의 일시적 변화와 함께, 궤적에 스치고 지나간다. 특히, 이러한 궤적는, 이 상태벡터의 움직임 변광성들의 지배적인 주파수들에 일치하는 점을 고려하여, 타원형상을 갖는다. 타원은 예를 들면 두 성분벡터를 갖는다.

궤적는 전형적으로 움직임 변광성들의 일시적 경로의 감지의 별개의 시간점들에 따른 별개의 점들로 구성된다. 움직임 변광성들의 계속적인 감지와 함께, 궤적는 다수의 개별 점들로 적절하게 기술된다. 이하에서는 궤적를 구성하는 이러한 점들이 고려된다.

회전방향을 결정하기 위하여, 참조 축의 방향으로 조건 점의 움직임이 발생하는 궤적를 구획하는 참조 축의 한 측 상에서 그 궤적의 수많은 점들에서 그리고 부의 축방향으로 움직임이 발생하는 이 참조 축의 다른 측 상에서 그 궤적의 수많은 점들에서 결정된다. 이러한 방식으로 결정되는 궤적의 점들의 합이 궤적의 모든 존재하는 점들의 총 수에 대한 비율로 설정된다. 이 비율이 50% 보다 더 큰지 더 작은지에 의존하여, 파도가 전단으로부터 또는 선미로부터 수상 운송장치와 부딪치는지에 관하여 예를 들면 차이를 나타낸다.

적절하게, 타원형 궤적와 함께, 타원의 주축, 특히 가장 긴 주축은 참조 축으로서 선택된다.

이 방법에 있어서, 또한, 3차원의 궤적가 얻어지는, 입력 데이터로서 세 자유도의 일시적 경로들을 선택할 수 있다. 이것에 의해, 참조 축에 부가적으로, 점들의 세분을 위한 참조 평면이 선택되고, 여기서 참조 축은 참조 평면의 부분이다. 따라서, 이 방법은 또한 더 높은 차원으로도 확장될 수가 있다.

한편, 회전방향은 지역 회전방향들의 합으로부터 계산되어진다. 이것에 의해, 궤적에 수직하는 정상방향(n)이, 만약 둘 이상의 움직임 변광성들이 감지된다면, 예를 들면 궤적를 포함하는 타원체의 세 주축을 위하여 결정된다. 그 때, 조건 점(i)에서의 지역 회전방향(Ui)은 특별히 단순하게 아래 방정식에 따라 계산된다:

U_i = sign(r_i x (dr_i/dt)·n) (1)

이것에 의해 r_i는 궤적의 조건 점(i)에서의 상태벡터이고 dr_i/dt는 상태벡터(r_i)의 일시적 도함수이다. 곱셈 r_i x (dr_i/dt)를 위하여는 벡터 적을 사용하고 n과의 곱셈을 위하여는 스칼라 적을 사용한다.

궤적의 모든 조건 점들(i)을 위한 U_i의 계산 후, 회전방향은 모든 지역 회전방향들(U_i)의 합으로부터 얻어진다.

바람직하게는, 바다 움직임 변광성들의 적어도 하나는 서로 다른 두 방법에 따라 결정되는데, 적어도 하나의 방법은 앞서 언급한 바와 같은 본 발명에 따른 방법이다. 이것에 의해, 바다 움직임 변광성을 위하여 각각 결정된 값들은 서로 비교되고 바다 움직임 변광성의 평가의 품질이 이 비교에 의존하여 결정된다.

유용하게, 방법들 중의 하나는 이 출원의 내용과 관련하여 참조된 독일 특허출원 10 2009 041 955에 개시된 바와 같은 방법이다.

특히, 이 출원에 포함된 방법과의 조합으로 앞서 언급한 회전방향의 결정에 적용된다. 이것에 의해, 유용하게 이 문헌에 개시된 바와 같은 수상 운송장치의 중력 움직임의 이동중심의 동일한 공간성분들이 회전방향, 따라서 부침, 수상 운송장치의 종위치 및/또는 횡위치 및/또는 하나 이상의 앞서 언급한 변광성들의 일차 또는 더 높은 일시적 도함수를 결정하기 위한 움직임 변광성들로 선택된다.

유용하게, 본 발명에 따른 방법은 표면 운항에 있는 잠수함에 적용된다. 더 바람직하게는, 이 방법은 컨테이너 배들 및 요트들에 적용될 수 있다.

본 방법은 수상 운송장치의 안정성과 관련하여 바다 움직임 변광성들의 결정을 높은 정밀도로 보장한다. 바다 움직임 변광성들의 결정은 날씨 조건들에 상관없이 수행될 수가 있다.

도 1은 파도진행방향을 결정하기 위한, 본 발명에 따른 방법의 신호-흐름 도면,
도 2는 예시적 상호 상관 관계 함수, 및
도 3은 수상 운송장치의 움직임 조건의 탄도도 이다.

본 발명에 따른 방법들은 물 파도들의 파도진행방향을 결정하기 위한 컨테이너 배에 대하여 수행되어진다. 그러나 이 방법들은 표면 운항에 있는 잠수함에 대하여, 요트 또는 어떤 다른 수상 운송장치에 대하여 수행될 수(분리하여 대변되지 않는다) 있다.

이 방법에 있어서, 시간 t₀ 및 t₁ 사이의 시간주기 내의 시간 t₀, ..., t₁의 다수의 점들에 있어서 컨테이너 배의 여섯 자유도 및 그들의 일차 일시적 도함수가 움직임 변광성으로서 감지된다. 이 여섯 자유도는 컨테이너 배의 종위치, 횡위치, 부침(the heave), 롤 각도, 피치 각도 및 편주각도 이다. 움직임 변광성의 감지의 이 시간점들은 0.1초의 간격으로 수행된다. 컨테이너 배의 여섯 자유도 및 그들의 일차 일시적 도함수는 시간-의존 벡터(x(t)) 내에서 함께 그룹화되어져 있다. 이들 움직임 변광성은, 방해 또는 교란 성분들이 제거되도록, 신호처리장치 내의 밴드-패스필터에 의해 우선 필터된다. 동시에, 뒤이은 값이 상관 주파수 범위로 한정된다.

더욱이, 시간점들 t₀, ..., t₁에서 감지된 움직임 변광성은 중간에 있어서 저장된다(1). 이처럼 모든 여섯 자유도 및 그들의 일차 일시적 도함수들의 일시적 경로들, 특히 종위치(x(t₀, ..., t₁))의, 횡위치(y(t₀, ..., t₁))의, 부침(z(t₀, ..., t₁))의, 롤 각도(φ(t₀, ..., t₁))의, 피치 각도(Θ(t₀, ..., t₁))의, 및 편주각도(Ψ(t₀, ..., t₁))의 일시적 경로는 물론, t₀ 및 t₁ 사이의 모든 시간점들(t₀, ..., t₁)을 위한 그들의 일시적 도함수들의 일시적 경로들 dx(t₀, ..., t₁)/dt, dy(t₀, ..., t₁)/dt, dz(t₀, ..., t₁)/dt, dφ(t₀, ..., t₁)/dt, dΘ(t₀, ..., t₁)/dt, 및 dΨ(t₀, ..., t₁)/dt가 가능하고 매트릭스(x(t₀, ..., t₁)) 속으로 함께 그룹화되어진다.

한편으로 이들 시간 경로들은 각각 자기상관 계산에 놓여 진다(2). 이것에 의해, 그들 스스로와 함께 움직임 변광성의 일시적 경로의 이들 일시적 오프셋(offsets)이, 자기상관이 제2 높은 값에 도달하는 것에서, 결정된다. 이와 같이 결정된 일시적 오프셋(도 1에서 그 자신에 대해서는 미 도시)은 움직임 변광성의 일시적 경로의 주기 기간을 위한 방안을 형성한다. 부침 및 롤 각도의 일시적 경로(z(t₀, ..., t₁), φ(t₀, ..., t₁))를 위하여, 부침 및 롤 움직임의 주기기간(T_z, T_φ), 따라서 바다 움직임 내의 컨테이너 배의 정상적 움직임의 주기기간이 이것으로부터 바다 움직임 변광성으로서 획득된다. 더욱이, 대응하는 식으로 물결 파도에 기인한 컨테이너 배의 강요된 움직임의 주기기간들(T_x, T_y, T_Ψ)이 일시적 경로들(x(t₀, ..., t₁), y(t₀, ..., t₁), dz(t₀, ..., t₁), dt, Ψ(t₀, ..., t₁))로부터 바다 움직임 변광성으로 얻어진다.

더욱이, 일시적 경로들의 선택된 쌍들(도 1에 명백하게 도시된 피치각 스피드 dΘ(t₀, ..., t₁)/dt 및 편주각 스피드 dΨ(t₀, ..., t₁)/dt의 일시적 경로의 쌍은 물론 부침 스피드 dz(t0, ..., t1)/dt 및 피치각 스피드 dφ(t0, ..., t1)/dt의 일시적 경로의 쌍이다)은 교차상관관계(3)에 놓인다. 그것에 의해, 일시적 경로들의 서로 다른 일시적 오프셋들(τ)을 위한 상관관계 값들의 군집이 일시적 경로들의 선택된 쌍들로부터 계산된다. 일시적 오프셋들(τ)에 의존하는 이 상관관계 값들의 군집은 교차상관관계 함수(KKF)를 형성한다(도 2 참조). 이와 같이 계산된 교차상관관계 함수(KKF)는, 한편 제로 일시적 오프셋(τ= 0)을 위한 일시적 경로들의 쌍의 서로에 대한 상관관계 값이 결정되는 것과 같은 식으로, 바다 움직임 변광성을 더 결정하기 위하여 사용된다. 도 2에 도시되어 있는 바와 같은 이 상관관계 값은 교차상관관계 함수(KKF)의 y-축 부분(y₀)에 일치한다. 다른 한편으로, 각 경우에 있어서 교차상관관계 함수(KKF)의 상관관계 값들은 교차상관관계 함수(KKF)의 값이 최고조인 것을 위한 그 일시적 오프셋(δt)을 결정하기 위하여 사용된다. 이 일시적 오프셋(δt) 및 y-축 부분(y₀)은 뒤이어 파도진행방향(Ψ_WL)을 결정하기 위하여 사용된다.

또한, 수정의 계산(4)에 의해, 컨테이너 배에 대한 물 파도의 움직임을 위한 조우주기기간(T_Beg)이 강요된 움직임(T_x, T_y)의 주기기간을 위한 계산된 값들로부터 바다 움직임 변광성으로서 결정된다. 도 2에 따른 교차상관관계로부터 각 경우에 있어서 결정된 일시적 오프셋(δt)은 이 조우주기기간(T_Beg)에 정상화된다. 각 경우에 있어서 일시적 경로들의 쌍의 위상 변이(α)가 비례인자를 가함에 의해 일시적 오프셋(δt)으로부터 얻어진다(5). 경우별로 각각, 특히 자연 및 강요된 움직임의 주기기간의 비율에 의존하는, 이 위상 변이(α)는 있을 수 있는 것으로서 y-축(y₀)과의 교차점의 극성이 동시에 변하는 곳에서 π에 의해 변이된다.

y-축(y₀)과의 서로 맞게 수정된 교차점들 및 수정된 위상 변이(α)가 함께 수정의 계산(7)에 놓이고 컨테이너 배의 종 방향 및 횡 방향에 있어서의 파도진행방향의 성분이 결정된다. 이 파도진행방향(Ψ_WL)은 지수 형성에 의해 이들 성분들로부터 결정된다. 또한, 움직임 변광성의 다른 쌍들로부터 각각 결정된 파도진행방향(Ψ_WL)의 성분들은 서로 비교되고 파도진행방향(Ψ_WL)을 결정하기 위한 품질신호(Q)가 평가된다.

이 파도진행방향(Ψ_WL)의 대체평가의 추가적 포함은 선택적이고 도 1에 따른 신호흐름도에는 개별적으로 나타나지 않는다. 이 대체평가는 상세한 설명에 포함되는 실시 형태에서와 같이 수행된다. 그것에 의해 대체평가 또는 결정은 상술한 실시 예에 따른 파도진행방향(Ψ_WL)의 결정과 병행하여 수행된다. 이와 같이, 파도진행방향(Ψ_WL)의 두 값들이 얻어진다. 파도진행방향(Ψ_WL)을 위한 최종값은 수정의 계산을 통해 파도진행방향(Ψ_WL)을 위한 두 개의 계산된 값들로부터 결정된다. 파도진행방향(Ψ_WL)을 위한 두 값들을 서로 비교되고 파도진행방향(Ψ_WL)의 평가를 위한 다른 품질신호가 이 비교로부터 결정된다.

다른 선택으로, 다른 실시예에 있어서, 앞서 개시한 방법단계들에 부가적으로, 컨테이너 배의 움직임 경로의 일시적 회전의 회전방향이 파도진행방향을 결정하기 위하여 사용된다. 이 움직임 조건은 편주각 스피드 및 피치각의 상호 일시적 의존으로부터 획득된다. 개별적으로 나타내지 않은 또 다른 실시 예들에 있어서, 움직임 조건은 부침 스피드 및 피치각의 상호 일시적 의존으로부터 또는 부침 스피드 및 피치각 스피드의 상호 일시적 의존으로부터 획득된다.

이것을 위한 컨테이너 배의 움직임 조건은 두-성분 상태 벡터에 의해 개시되어 있다. 이 상태 벡터의 성분들은 편주각 스피드 및 피치각에 의해 형성된다. 이 상태 벡터의 이들 성분들은 각 경우에 있어서 좌표축들(KO1 및 KO2, 도 3 참조)을 따라 각색되어 있다. 상태 벡터에 의해 묘사된 조건 점은, 편주각 스피드 및 피치각의 일시적 변화와 함께, 궤적(TRA) 위를 움직인다. 이 궤적(TRA)(측정 정확도 및 다른 추계적 영향을 무시한)은 타원형상을 갖는다. 이 궤적(TRA)은 편주각 스피드 및 피치각의 일시적인 개별 감지들로부터 얻어진 개별 점들로 구성된다. 이 궤적(TRA)은 두 주 축들(HA1 및 HA2)을 갖는다. 궤적(TRA)의 더 긴 주 축(HA1)은 회전방향을 평가하기 위한 참조 축으로 사용된다. 참조 축(HA1)은 궤적(TRA)을 두 부분으로 나누었다. 궤적(TRA)의 제1부분은 참조 축(HA1)으로부터 좌표축들(KO1 및 KO2)의 정의 좌표방향으로 위치되고, 제2부분은 부의 좌표방향으로 위치된다. 궤적(TRA)의 제1부분의 얼마나 많은 점들에서 좌표 축(KO1)의 부의 좌표방향으로 조건 점의 움직임이 발생하는지 그리고 궤적(TRA)의 제2부분의 얼마나 많은 점들에서 정의 좌표방향(KO1)으로의 움직임이 일어나는지가 결정된다. 이러한 점들의 결정된 수가 합해지고 궤적(TRA)의 모든 점들의 완전한 수에 대한 비율로 입력된다. 궤적(TRA)을 따른 움직임 조건의 회전방향은 그 비율이 50%보다 더 큰지 또는 더 작은지에 따라 결정된다.

한편, 이 실시예와 함께, 컨테이너 배의 제3 움직임 변광성이 감지되고 컨테이너 배의 움직임 조건은 세 개의 성분 상태 벡터에 의해 묘사된다. 3차원 궤적(TRA)(별도로 도시되지 않음)은 참조 축 대신 점들을 세분화하기 위하여 참조평면이 선택되는 것으로 고려된다.

회전방향은 명세서의 상황(1)에 따라 일부 회전방향들(궤적(TRA) 주위를 회전하는 도 3에 있어서의 화살표들)의 합으로부터 부가적으로 계산되어지고 회전방향을 결정하는 신뢰성을 증가하기 위하여 앞서 개시된 회전방향에 비교되어진다.

이러한 식으로 결정된 회전방향에 의존하는 형태로, 소정방향에 대한 파도진행방향의 극성을 추론할 수 있다. 이 극성은 앞서 언급된 바와 같은 파도진행방향의 평가들과 비교된다. 앞서 결정된 파도진행방향의 하나 이상의 정정이 경우가 있을 수 있는 바와 같이 수행된다.

t₀, ..., t₁: 시간점들
x(t) : 수상운송장치의 여섯 자유도 및 그들의 일차 일시적 도함수를 포함하는 벡터
1 : 중간 저장
x(t₀, ..., t₁): 일시적 경로의 매트릭스
x(t₀, ..., t₁): 종위치의 일시적 경로
y(t₀, ..., t₁): 횡위치의 일시적 경로
z(t₀, ..., t₁): 수직 부침 위치의 일시적 경로
φ(t₀, ..., t₁): 롤각의 일시적 경로
Θ(t₀, ..., t₁): 피치각의 일시적 경로
Ψ(t₀, ..., t₁): 편주각의 일시적 경로
dx(t₀, ..., t₁)/dt: 종 스피드의 일시적 경로
dy(t₀, ..., t₁)/dt: 횡 스피드의 일시적 경로
dz(t₀, ..., t₁)/dt: 부침 스피드의 일시적 경로
dφ(t₀, ..., t₁)/dt: 롤각 스피드의 일시적 경로
dΘ(t₀, ..., t₁)/dt: 피치각 스피드의 일시적 경로
dΨ(t₀, ..., t₁)/dt: 편주각 스피드의 일시적 경로
Tx: 종위치의 주기기간
Ty: 횡위치의 주기기간
Tz: 부침의 주기기간
T_φ: 롤각의 주기기간
y₀: Y-축과의 교차점
δt: 일시적 오프셋
α: 위상 변이
y₀: Y-축과의 변경된 교차점
α: 변경된 위상 변이
2: 자기상관관계 계산
3: 상호상관관계 계산
4: 수정의 계산
5: 위상 변이의 계산
6: 경우별 π에 의한 위상 변이
7: 수정의 계산
T_beg: 수상운송장치와 함께 물 파도의 조우의 주기기간
Ψ_WL: 파도진행방향
Q: 품질신호
KKF: 상호상관 함수
KO1, KO2: 좌표축
TRA: 궤적
HA1: 제1주축
HA2: 제주축

Claims (12)

1. 수상 운송장치에 바다 움직임 변광성들을 결정하기 위한 방법에 있어서, 수상 운송장치의 적어도 두 움직임 변광성들(x(t))의 일시적 경로들(x(t₀,...,t₁))이 감지되고 적어도 한 쌍의 일시적 경로들(x(t₀,...,t₁))로부터 적어도 하나의 상관관계 값(y₀)이 결정(3)되며 이 상관관계 값(y₀)은 하나 이상의 바다 움직임 변광성들(Ψ_WL, Tx, Ty)을 결정(7)하기 위하여 사용되는 것을 특징으로 하는 바다 움직임 변광성을 결정하기 위한 방법.
2. 제 1항에 있어서, 수상 운송장치의 적어도 세 움직임 변광성들(x(t))의 일시적 경로들(x(t₀,...,t₁))이 감지되고 각 경우에 있어서 여러 쌍들의 일시적 경로들(x(t₀,...,t₁))의 하나로부터 적어도 하나의 상관관계 값(y₀)이 결정(3)되는 방법.
3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 적어도 한 쌍의 일시적 경로들(x(t₀,...,t₁))로부터의 여러 상관관계 값들이 교차-상관관계 함수의 형태로 사용되는 방법.
4. 제 3항에 있어서, 서로에 대하여 그 쌍의 일시적 경로들(x(t₀,...,t₁)의 일시적 오프셋(δt)이 교차-상관관계 함수의 함수 경로에 의존하는 식으로 결정되고 하나 이상의 바다 움직임 변광성들(Ψ_WL, Tx, Ty)을 결정(7)하기 위하여 사용되는 방법.
5. 수상 운송장치에 바다 움직임 변광성들을 결정하기 위한 방법에 있어서, 수상 운송장치의 적어도 하나의 움직임 변광성(x(t₀,...,t₁))의 일시적 경로가 감지되고 이 움직임 변광성(x(t₀,...,t₁))의 일시적 경로로부터 자기상관 함수가 결정(2)되고, 이 자기상관 함수의 함수 경로는 하나 이상의 바다 움직임 변광성들(Ψ_WL, Tx, Ty)을 결정하기 위하여 사용되는 바다 움직임 변광성들을 결정하기 위한 방법.
6. 제 5항에 있어서, 그 스스로에 대하여 적어도 하나의 움직임 변광성의 일시적 경로의 일시적 오프셋이 자기상관 함수의 함수 경로에 의존하는 식으로 결정되고 사용되는 방법.
7. 제 1항 내지 제 6항 중 어느 한 항에 있어서, 적어도 하나의 바다 움직임 변광성은 물 파도(Ψ_WL)의 파도진행방향인 방법.
8. 제 1항 내지 제 7항 중 어느 한 항에 있어서, 바다 움직임 변광성 또는 바다 움직임 변광성들은 수상 운송장치와의 물 파도의 조우의 조우 주파수 또는 주기 기간(T_beg) 및/또는 바다 움직임 내에서 수상 운송장치의 자연 움직임의 하나 이상의 자연 주파수 또는 주기 기간(T_x, T_y, T_φ, T_Θ)인 방법.
9. 제 1항 내지 제 8항 중 어느 한 항에 있어서, 쌍의 일시적 경로들(x(t₀,...,t₁)의 일시적 오프셋(δt)은 바다 움직임 내의 수상 운송장치의 자연 주파수 또는 주파수들 및/또는 물 파도의 수상 운송장치와의 조우 주파수에 의존하는 식으로, 특히 자연 주파수 및 조우 주파수 또는 주파수들의 비율 및/또는 비율들에 의존하는 식으로 결정되고, 적어도 하나의 상관관계 값(y₀)을 결정하기 위하여 사용되는 방법.
10. 제 1항 내지 제 9항 중 어느 한 항에 있어서, 하나 이상의 움직임 변광성들은, 참조 제로 값으로부터 평가된, 수상 운송장치의 주 관성축을 따른 수상 운송장치의 중력위치의 중심 및/또는 중력위치의 중심의 일차 또는 더 높은 일시적 도함수 및/또는 수상 운송장치의 주 관성축에 대한 수상 운송장치의 방향 및/또는 하나 이상의 앞서 언급된 변광성들의 극성 또는 극성들인 방법.
11. 제 1항 내지 제 10항 중 어느 한 항에 있어서, 적어도 두 움직임 변광성들의 상호 의존으로부터 얻어지는 궤적(TRA)을 따른 물 선박의 움직임 조건의 일시적 경로의 회전방향이 감지되고 상관관계 값(y₀)을 결정하기 위하여 및/또는 바다 움직임 변광성(Ψ_WL)을 결정하기 위하여 사용되는 방법.
12. 수상 운송장치에 바다 움직임 변광성들을 결정하기 위한 방법에 있어서, 적어도 하나의 바다 움직임 변광성(ΨWL)이 서로 다른 적어도 두 방법들에 따라 결정되고, 적어도 하나의 방법은 앞서 언급한 청구항들의 어느 한 항에 따른 방법이며, 여기서 바다 움직임 변광성(ΨWL)을 위하여 각각 결정된 값들은 서로 비교되고 이 비교값에 의존하여 바다 움직임 변광성의 결정의 품질이 결정되는 바다 움직임 변광성들을 결정하기 위한 방법.

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