NL8000016A - Dopplerlog. - Google Patents

Description

4 r 49 349/AH/AS - 1 -

Dopplerlog.

De uitvinding heeft betrekking op een Doppler-log voor een vaartuig met zend- en ontvanginrichtingen op twee elkaar kruisende meetassen, die evenwijdig liggen met een vlak, dat is opgespannen door de langs-5 en dwarsas van het vaartuig, voor het uitzenden van gebundelde geluidsenergie, waarvan de richtingen langs de meetassen over een bekende, ten opzichte van de beide meetassen eventueel onderling verschillende afbuighoek afgebogen en ten opzichte van de loodlijn op de meet-10 assen symmetrisch zijn, waarbij de zendinrichtingen met bekende, eventueel voor de'verschillende richtingen onderling verschillende zendfrequenties werken, en voor het ontvangen van de gereflecteerde componenten van de geluidsenergie uit de verschillende richtingen, waarbij ^5 achter elke ontvanginrichting een Dopplerfrequentie- analysator en een verhoudingvormer is geschakeld, die met de zendinrichting voor dezelfde richting is verbonden en waarvan het uitgangssignaal een quotiënt van de Dopplerfrequentie en de zendfrequentie aangeeft.

20 Het is bekend om de snelheid van een vaartuig met behulp van een Dopplerlog te bepalen. Hierbij wordt zoals bijvoorbeeld in het Duitse octrooischrift 17 98 276 is beschreven geluidsenergie van een bekende zendfrequentie f onder een afbuighoek ol ten opzichte 25 van de horizontaal uitgezonden, vanuit gebieden onder het vaartuig (bij schepen vanuit de zeebodem) gereflecteerd en de gereflecteerde componenten van de geluidsenergie weer ontvangen, waarvan de frequentie ten opzichte van de zendfrequentie f over de z.g. Doppler-30 frequentie fD zijn verschoven. Uit de Dopplerfrequentie fD wordt de snelheid v van het vaartuig berekend volgens de formule: fD = 2 I · fs · 003 01 ' waarin c de geluidsnelheid in het betreffende medium is.

80 0 0.0 16 * te - 2 - \

Bij het gebruikmaken van een Dopplerlog voor de navigatie van een vaartuig is het van groot belang, dat voor de besturing van een vaartuig ten alle tijde kan worden teruggegrepen op de aanwijzingen van de 5 Dopplerlog en dat storingen worden aangewezen. Er kan bijvoorbeeld een storing optreden wanneer een school vissen de koers van het schip kruist en derhalve de snelheid van het schip boven de bodem niet gemeten kan worden. Een dergelijke storing treedt zeer kortstondig 10 op. Een controle van de keten met behulp van testappa ratuur buiten het meetbedrijf is derhalve niet mogelijk.

Van bijzonder belang is een interpretatie over de juistheid van het momentele meetresultaat van de Dopplerlog wanneer de Dopplerlog tezamen met een 15 kompas als navigatiesysteem voor het bepalen van op het noorden betrokken wegtrajecten wordt gebruikt, waarbij de intergratie van de snelheid over gelijke tijdsintervallen wegtrajecten levert (zie het Duitse Auslegeschrift 22 11 063) .

20 " Het controleren van de meetuitkomst van de

Dopplerlog kan hierbij met een ander, zich eventueel aan boord bevindend navigatiesysteem, bijvoorbeeld een radionavigatiesysteem plaats vinden. Een vergelijking tussen de snelheidsaanwijzing van de Dopplerlog via 25 de koppernavigatie met binnen tevoren bepaalde tijds perioden afgelegde wegtrajecten, die met het aanvullende navigatiesysteem zijn bepaald, is evenwel tijdrovend en kostbaar. Bovendien zou hiermede slechts een principiële overeenstemming van de totale installaties binnen 30 de gegeven meetwaardetoleranties vaststelbaar zijn, doch niet een onvoorwaardelijke uitspraak over de juistheid en nauwkeurigheid van de momentele snelheidsaanwijzingen.

De uitvinding heeft ten doel een inrichting voor het controleren van de werking van een Dopplerlog 35 van de bovenbeschreven soort te verschaffen, die gedurende de snelheidsmetingen een constante aanwijzing over de werkingsgeschiktheid van de Dopplerlog levert.

Voor het bereiken van dit oogmerk wordt volgens de uitvinding zorggedragen, dat telkens voor de uitgangs- 90 0 0 0 13 .--3- Λ ψ signalen, die uit de gereflecteerde componenten van de geluidsenergie langs één meetas zijn gevormd, een som-vormer is aangebracht, waarvan de uitgang is aangesloten op een vermenigvuldiger voor het vermenigvuldigen 5 van de sommen van de uitgangssignalen met de reciproke waarde van de sinus van de bijbehorende afbuigkhoek, en dat achter de vermenigvuldigers een controleketen is geschakeld, die bij een gelijkheid van hun uitgangssignalen een signaal voor de correcte werking van de 10 Dopplerlog afgeeft.

De uitgangen van de vermenigvuldiger geven met de snelheid van het vaartuig evenredige waarden aan in loodrecht op de beide meetassen liggende hoogteassen. Deze waarden moeten bij een voor de werking van de Dopplerlog 15 voor beide meetassen gelijk zijn maar ook bij een rol- en stampbeweging, bij slingeren en bij een onjuiste trimstand van het vaartuig, daar het vaartuig uiteraard slechts een enkele snelheidscomponent in haar hoogteas kan vertonen, welke onder in aanmerkingname van de 20 geluidsnelheid uit de waarden bepaald kan worden.

In een verdere gunstige uitvoeringsvorm volgens de uitvinding is de controleketen uitgevoerd als verge-lijkketen, waarvan de beide ingangen zijn aangesloten op de. uitgangen van de beide vermenigvuldigers. Aan één 25 uitgang van de vergelijkketen verschijnt bij een gelijk heid van haar ingangssignalen een kwaliteitsaanwijs-signaal als signaal van de controleketen. Aan een tweede uitgang van de vergelijkketen wordt door een foutaan-wijssignaal het uitvallen van de Dopplerlog aangegeven 30 wanneer de ingangssignalen niet even groot zijn.

De snelheden van het vaartuig in haar beide meetassen worden bepaald in twee verschilvormers voor de quotiënten en hierachter geschakelde rekenketens doordat de Dopplerfrequenties met betrekking tot de 35 bijbehorende zendfrequentie per meetas van elkaar worden afgetrokken en met de reciproke waarde van de cosinus van de bijbehorende afbuighoek worden vermenigvuldigd. In een gunstige verdere uitvoeringsvorm van de uitvinding is zorggedragen, dat deze snelheden via §0 0 0 0 1 6 - 4 -

V

een poortketen in een tussengeheugen worden gevoerd, dat is aangesloten op een aanwijsaanheid. Het kwali-teitaanwijssignaal van de vergelijkketen dient als poortsignaal. Waarden van foutieve metingen van de 5 Dopplerlog worden niet ingevoerd en aangewezen, daar geen kwaliteitsaanwijssignaal de poortketen doet openen. Zij blijft de aanwijzing van de het laatst bepaalde snelheden bevatten en het uitvallen van de Dopplerlog wordt aangewezen door het fout aanwijs-10 signaal, dat bijvoorbeeld een alarminrichting stuurt.

Op bijzonder gunstige wijze is de inrichting volgens de uitvinding toe te passen voor een Dopplerlog, dat gebruikt wordt in een koppelnavigatiesysteem zoals bekend uit het Duitse Auslegeschrift 22 11 063 15 teneinde foutieve meetwaarden van de Dopplerlog voor de positieberekening te kunnen afscheiden. Op tijdstippen met onderling gelijke intervallen worden de snelheden van het vaartuig gemeten en hieruit wordt de afgelegde weg berekend. Wanneer met de inrichting 20 volgens de uitvinding een uitvallen van de Dopplerlog wordt aangegeven, kan de koppelnavigatie desondanks in stand gehouden blijven totdat het vaartuig zolang met onverandere snelheid haar koers behoudt en de afgelegde weg uit de het laatst juist bepaalde meet-25 waarden voor de snelheid door intergratie over de tijd wordt bepaald totdat de Dopplerlog weer juist werkt.

Een bijzonder voordeel van de inrichting volgens de uitvinding bestaat hierin, dat door een een-30 voudig bepalen van de snelheidscomponenten in de hoogte- as van het vaartuig uit voor de snelheidsaanwijzing toch reeds bepaalde quotiënten van de Dopplerfrequentie en zendfrequentie per meetas een aanwijzing over de werkingsgeschiktheid van de totale installatie tijdens 35 het bedrijf van de Dopplerlog mogelijk is en bij het uitvallen van dit Dopplerlog een alarminrichting kan worden gestuurd.

De uitvinding zal hieronder nader worden toegelicht aan de hand van de enkele tekening, waarin bij 3000018 - 5 - ' wijze van voorbeeld een gunstige uitvoeringsvorm van de Dopplerloginrichting volgens de uitvinding is weergegeven .

In de enkele tekening weergegeven Dopplerlog-5 installatie bevat vier zendinrichtingen 11, 12, 13 en 14 voor het gericht uitzenden van geluidsenergie, waarvan de richtingen, I, II, m en IV langs twee elkaar kruisende meetassen over afbuighoeken ος en |i ten opzichte van de meetassen afgebogen zijn. Hierbij 10 zijn twee zendinrichtingen 11, 12, resp. 13, 14 voor elke meetas aangebracht. Voor de ene meetas, bijvoorbeeld de langsas 21 van een vaartuig 23, wordt geluidsenergie naar voren en naar achteren uitgezonden, terwijl langs de andere meetas, bijvoorbeeld de dwarsas 22 geluids-15 energie naar rechts en links wordt uitgestraald. (De plaatsing van de zendinrichtingen 11, 12, 13 en 14 ten opzichte van de meetassen is niet voorgesteld).

De beide zendinrichtingen 11, 12, resp. 13, 14, die langs een meetas uitzenden, worden gestuurd door 20 een gemeenschappelijke oscillator 25, resp. 26 voor het leveren van de zendfrequentie f , resp. f' , daar op s s gebruikelijke wijze dezelfde zendfrequentie f resp. f’ s s voor het uitzenden langs één meetas wordt gebruikt.

Indien evenwel in elke richting I, II, III, IV met een 25 andere zendfrequentie zou worden uitgezonden, zou elk van de zendinrichtingen 11, 12, 13, 14 door een eigen oscillator worden gestuurd.

Voor het ontvangen van de reflecterende componenten van de geluidsenergie vanuit de vier richtingen, 30 1/ II, III en IV zijn aan de vier zendinrichtingen 11, 12, 13, 14 vier ontvanginrichtingen 31, 32, 33, 34 toegevoegd, waarachter Dopplerfrequentieanalysatoren 41, 42, 43, 44 zijn geschakeld, die met hun tweede ingang zijn verbonden met de bij de richtingen I, II, resp. Ill, IV 35 behorende oscilatoren 25, resp. 26. Door het bepalen van het verschil tussen de telkens ontvangen frequenties f31, f32» resp. f33/ f34 en de zendfrequenties fg, resp. f'g worden Dopplerfrequenties f^^ ^d32' resP' ^D33f fp34 bepaald. De hierachter geschakelde verhoudingvormers 800 0 0 16 6.

- 6 - 51, 52, 53, 54 vormen uitgangssignalen S^, S^/ S^/ S^, die de quotiënten van de Dopplerfreq.uentie f^^, fü32/ resp. ^33/ ^34 en de zendfrequentie fg, resp. f* aangeven.

5 Achter de beide verhoudingvormers 51, 52, resp. 53, 54, die met één van de beide oscillatoren 25, resp. 26 zijn verbonden, zijn via somvormers 61, resp. 62 vermenigvuldigers 66, resp. 67 geschakeld, waarin de som van de quotiënten 10 *E2i + £d32 £d33 £d34 f T -p xe&p. j;, t ~,

S S S S

met de reciproke waarde van de sinus van de betreffende afbuighoek ^ , resp. van de geluidsenergie worden vermenigvuldigd. De vermenigvuldigers 66, 67 zijn aangesloten op de ingangen van een vergelijkketen 70, 15 waarin haar beide ingangssignalen op een gelijkheid worden gecontroleerd. Teneinde geringe toleranties zoals bij meetwaardeschommelingen kunnen voorkomen, niet te waarderen, bevat de vergelijkketens 70 een tolerantie-venster van tevoren bepaalde grootte.

20 De vergelijkketen 70 heeft twee uitgangen 71, 72, waarbij aan de eerste uitgang 71 een kwaliteitsaan-wijssignaal verschijnt wanneer de beide ingangssignalen gelijk zijn of een binnen de tolerantie liggende afwijking ten opzichte van elkaar hebben, terwijl in 25 het andere geval aan de tweede uitgang 72 een fout aanwijssignaal S2 wordt afgegeven.

De beide somvormers 61, 62 zijn met hun in-gangszijde parallel geschakeld met twee verschilvormers 81, 82, waarachter rekenketens 86, 87 voor het berekenen 30 van de snelheid van het vaartuig 23 in de langsas 21 en dwarsas 22 zijn geschakeld. De rekenketens 86, 87 zijn via een poortketen 91 aangesloten op een tussen-geheugen 92, waarbij een poortketen 91 door het kwali-teitsaanwijssignaal S1 als poortsignaal wordt gestuurd. 35 Bij het verschijnen van het kwaliteitsaanwijssignaal worden de door de rekenketen 86, 87 bepaalde snelheden in het tussengeheugen 92 ingevoerd. Een achter het 80 0 0 0 13 - 7 - ic tussengeheugen 92 geschakelde aanwijseenheid 93 wijst de snelheden aan. Indien het kwaliteitsaanwijssignaal niet verschijnt, blijft de poortketen 91 gesperd en zal de aanwijseenheid 93 onveranderd in het tussen-5 geheugen 92 het laatst ingevoerde snelheden aanwijzen.

Tegelijkertijd verschijnt het foutaanwijssignaal S2 en stuurt een alarminrichting 96, waarmede wordt aangegeven, dat de meetwaarden van de Dopplerlog momenteel geen juiste sieLhe ids aanwijzingen leveren.

Conclusies.

80 0 0 0 16

Claims (5)

1. Dopplerlog voor een vaartuig met zend- en ontvanginrichtingen op twee elkaar kruisende meetassen, die evenwijdig liggen met een vlak, dat door de langs-en dwarsas van het vaartuig is opgespannen, voor het 5 uitzenden van gebundelde geluidsenergie, waarvan de richtingen langs de meetassen over een bekende, ten opzichte van de beide meetassen eventueel verschillende afbuighoek afgebogen en ten opzichte van de loodlijn op de meetassen symmetrisch zijn, waarbij de zendin-10 richtingen werken met bekende, eventueel voor de ver schillende richtingen verschillende zendfrequenties, en voor het ontvangen van de gereflecteerde componenten van de geluidsenergie uit de verschillende richtingen, waarbij achter elke ontvanginrichting een Dopplerfre-15 quensanalysator en een verhoudingvormer is geschakeld, die met de zendinrichting voor dezelfde richting is verbonden en waarvan het uitgangssignaal een quotiënt van de Dopplerfrequentie van de zendfrequentie aangeeft, met het kenmerk, dat telkens voor de uit-20 gangssignalen (S5l, S52, resp. S53, S54), die uit de gereflecteerde componenten van de geluidsenergie langs één meetas gevormd zijn, een somvormer (61, 62) is aangebracht, waarvan de uitgang is aangesloten op een vermenigvuldiger (66, 67) voor het vermenigvuldigen van 25 de sommen van de uitgangssignalen met de reciprookwaarde van de sinus van de bijbehorende afbuighoek ( cc, ) en dat achter de vermenigvuldigers (66, 67) een controle-keten (vergelijkketen 70) is geschakeld, die bij een gelijkheid van hun uitgangssignalen een signaal voor 30 een correcte werking van de Dopplerlog afgeeft.

2. Dopplerlog volgens conclusie 1, m e t het kenmerk, dat de controleketen een vergelijkketen (70) met twee uitgangen (71, 72) is, waarvan de eerste uitgang (71) als signaal van de controleketen een kwa- 35 liteitsaanwijssignaal (S^) afgeeft, en de tweede uit- SOQ 00 1ö - 9 - gang (72) een foutaanwijssignaal (S2) afgeeft wanneer de beide ingangssignalen van de vergelijkketen (70) niet gelijk zijn.

3. Dopplerlog volgens conclusie 1 of 2, m e t 5 het kenmerk, dat twee verschilvormers (81, 82) voor de quotiënten zijn aangebracht, die met hun in-gangszijde parallel geschakeld zijn met de beide som-vormers (61, 62) en met hun uitgangszijde zijn aangesloten op rekenketens (86, 87), welke rekenketens via 10 een poortketen (91) zijn geschakeld op een tussenge- heugen (92), waarachter een aanwijsinrichting (93) is geschakeld, en dat de poortketen (91) door het kwali-teitsaanwijssignaal (S^) van de vergelijkketen (70) bestuurbaar is. 30 0 0 0 16 4f j 93 - I 92 ——— , - ^96 I 91 Si r~ r / s2 M-L- ”4 I :70 66 \ T—Ti \37

86 I 'X — >— X':—| 57 j- _-67 62^ Σ ^ I 81 j L_ Ju L, «Tl I—A L l J—A Δ -<i%; f;%2 |-p Δ I-T/S7 / S5J -^_J ,_L 51 J_ 52 Ί , 53 1-°5^ I 54 • · * « I VfD31 I VfD32 \ KD33 \ KD34 ΓΠ |-^ r'

25 VA Srt2 26 ΗΤ^ ~~W44 HI Q— il tg' —<) 1 "O- "···<) 1-1 f.37 f32 ^^ f33 f34 —J— 7 1 ———7~l Γ"-"Γ"/"'"| ———T- Wr22 Yr YY \^w ^ FRIED. KRUPP g ft Ö O Ö 10 Gesellschaft mit beschrankter ^ Haftung