NL8401997A - Werkwijze voor de passieve bepaling van doelgegevens van een voertuig. - Google Patents

Description

- 1 - *

Werkwijze voor de passieve bepaling van doelgegevens van een voertuig.

De uitvinding heeft betrekking op een werkwijze voor de passieve bepaling van doelgegevens zoals voertuigsnelheid, afstand en koers, van een zelfgegenereerde golfenergie afstralend voertuig, in het bijzonder 5 een watervoertuig, vanuit een meetplaats, waarbij de golfenergie aan de meetplaats ontvangen door omzet-ters,wordt omgezet in elektrische ontvangstsignalen, en een invalsrichting van de golfenergie ten opzichte van de referentierichting als peilhoek wordt opgenomen.

10 Overal, waar voertuigen dienen te worden waar genomen, bewaakt, vervolgd of bestreden, behoeft men meetmethoden voor het bepalen van positie, voertuigsnelheid en koers, die zonder eigen positie te verraden werken. Bij kustbescherming mogen bijvoorbeeld passerende 15 watervaartuigen een bewaking van een kunstgebied niet kunnen vaststellen door zich aan boord bevindende radar-of sonarinstallaties, opdat in het geval van een invasie verdedigingsmaatregelen beantwoordend aan het doel kunnen worden ingeleid. Het bestemmen van doelgegevens 20 in een ander meetgebied, bijvoorbeeld open-zeegebied, dient bij een ander militair toepassingsgeval voor de beoordeling van een gevechtssituatie en het schatten van de effektiviteit van praktische maatregelen.

In de watergeluidstechniek kan hiervoor bij-25 voorbeeld de door het vaartuig zelf gegenereerde golfenergie, namelijk de vaarruis, die aan de meetplaats wordt ontvangen, worden gebruikt voor het bepalen van de doelgegevens. Een dergelijke werkwijze is bekend uit het Duitse octrooischrift 887.926, waarbij uit drie 30 peilingen de koers van een watervoertuig wordt bepaald.

Indien additioneel bijvoorbeeld de voertuigsnelheid van het watervoertuig op grond van zijn schroeftoerental wordt geschat, kan ook afstand en koers worden berekend. Anderzijds wordt bij vaststelling van de afstand de dan 35 onbekende voertuigsnelheid bepaald. In de beginfase van de evaluatie van hoorpeilingen is een aldus verkregen ' ® ï Λ ·ί Λ Λ w - Vi, - 'd & ƒ k... __ * * - 2 - doelbaan nog in sterke mate van de nauwkeurigheid van de beginschattingswaarde, nl. afstand of vaartuigsnelheid, afhankelijk. Pas dan, wanneer na een eigen manoeuvre ten minste drie verdere peilingen zijn gemeten, kunnen 5 de onbekende doelgegevens onafhankelijk van de schattingswaarden worden berekend. Alle additioneel vastgestelde peilingen zorgen voor een compensatie van de meetfouten en bij een oplossingsprocéaé door middel van tekenen aan de positietafel ook een compensatie van de tekenonnauw-10 keurigheden bij het vastleggen van de koers door de gebruiker. Bij een automatische verwerking van de peiling en het berekenen van de doelbaan door een regressie-proces nadert weliswaar de berekende doelbaan steeds nauwkeuriger aan de werkelijke koers, maar het resultaat 15 van de berekening onder in achtname van een peiling, waaraan meetfouten verbonden zijn, kan evenwel sterker vervalst zijn, dan wanneer de peiling met meetfouten buiten beschouwing gelaten blijft.

Ook is het uit dit octrooischrift bekend een 20 peilhoektijdkromme over een voorbepaalde krommenschaar heen te leggen om de verhouding van de voertuigsnelheid en de afstand van het voertuig te bepalen. Een dergelijke bewerking is bijzonder tijdrovend en in hoge mate afhankelijk van de beoordeling van de bewerker, zodat 25 gemakkelijk onnauwkeurige doelgegevens daaruit kunnen voortkomen. Bovendien is het aantal van de in aanmerking te nemen meetwaarden door de manuele bewerking sterk beperkt.

Aan de uitvinding ligt het doel ten grondslag 30 een passieve werkwijze voor het bepalen van doelgegevens van een zelfgegenereerde golfenergie afstralend voertuig van de in de aanhef genoemde soort te verschaffen, dat het aangeven van doelgegevens vanuit een rustende meetplaats, automatisch en zonder schatting van begin-35 voorwaarden, zoals bijvoorbeeld afstand of voertuigsnelheid, binnen de kortste tijd mogelijk maakt.

Hiertoe voorziet de uitvinding in een werkwijze, zoals in de aanhef omschreven, met het kenmerk, dat de meetplaats binnen een meetgebied in een overdrachtslaag 40 met dispersie-eigenschappen voor de door het voertuig

& ï' 1 0, Q 7 A

& - V Λ S ƒ < * - 3 - afgestraalde golfenergie wordt gelegd, dat aan de meet-plaats ten minste twee omzetters op afstand van elkaar worden aangebracht, dat ontvangstsignalen van elke omzetter voortdurend worden onderworpen aan een frequentie-5 analyse en intensiteiten in afhankelijkheid van zowel de frequentie alsook de tijd worden opgeslagen, dat telkens uit de opgeslagen intensiteiten van de ontvangstsignalen van elke omzetter een door een vaststelbaar frequentie-gebied en een vaststelbaar tijdsinterval bepaald segment 10 gekozen wordt, dat een onderlinge tijdsverschuiving van de intensiteitsmonsters in de beide segmenten wordt bepaald, en dat enerzijds ter bepaling van de voertuigsnelheid een radiale snelheidscomponent van de voertuigsnelheid uit het met de afstand van de omzetter ver-15 menigvuldigde quotiënt van de sinus van de peilhoek en de tijdsverschuiving verkregen wordt en/of anderzijds ter bepaling van de afstand tussen meetplaats en voertuig binnen één van de segmenten uit naburige intensiteiten van gelijke sterkte frequentie-afhankelijke interferentie-20 lijnen worden verkregen en de frequentiematige verandering of stijging van ten minste één van de zich in het segment bevindende interferentielijnen wordt bepaald en uit het produkt van de stijging en het met de afstand van de omzetters vermenigvuldigde quotiënt van de sinus van de 25 peilhoek en de tijdsverschuiving de afstand wordt verkregen.

De uitvinding gaat daarbij uit van de fysische wetten van golfenergie-uitbreiding in een overdrachtsmedium met dispersie-eigenschappen. In alle gevallen 30 bestaat een dergelijk overdrachtsmedium uit afzonderlijke lagen met verschillende overdrachtseigenschappen voor de door het voertuig afgestraalde golfenergie.

In één van de lagen zijn als meetinrichting ten minste twee omzetters geïnstalleerd, die de door het voertuig 35 afgestraalde golfenergie omzet in elektrische ontvangstsignalen.

Indien de werkwijze volgens de uitvinding in de luchtvaart moet worden ingezet voor het passief meten van de doelgegevens van vliegtuigen of op het 40 land voor het meten van landvoertuigen, bijvoorbeeld 5 -ί y j ΰ S 7 ï * - 4 - pantservoertuigen, worden als omzetters microfonen in laagopbouwen van de atmosfeer of geofonen in bodemlagen ingezet, die de ten gevolge van het vaartgeruis afgestraalde geluidsenergie in de overdrachtslaag aan de 5 meetplaats in elektrische ontvangstsignalen ‘omzetten.

De werkwijze volgens de uitvinding kan eveneens worden ingezet, wanneer het voertuig elektromagnetische golven, bijvoorbeeld licht, uitstraalt, dat in een overdrachtslaag met dispersie-eigenschappen, bijvoorbeeld ijslagen, 10 binnendringt en zich daar uitbreidt.

Bij het inzetten van de werkwijze volgens de uitvinding in de watergeluidstechniek voor het passief bepalen van de doelgegevens van watervoertuigen worden als omzetters twee hydrofonen in een waterlaag als over-15 drachtslaag aangebracht. In het eenvoudigste geval is deze overdrachtslaag met dispersie-eigenschappen een vlak-water-geluidsoverdrachtskanaal, een kortvlak-waterkanaal, waarbij de waterlaag door parallelle luchten bodemlagen als grenslagen wordt begrensd, en de 20 eigenschappen van het overdrachtsmedium, zoals uitbrei-dingssnelheid, nagenoeg constant zijn. Evenwel kan de werkwijze volgens de uitvinding ook worden ingezet, wanneer in het water meerdere lagen met verschillende overdrachtseigenschappen aan te geven zijn.

25 _ Het is volgens een artikel van C.L. Pekeris, "Theory of Propagation of Explosive Sound in Shallow Water", The Geological Society of America, Memoir 27, 1948, en een boek van J. Tolstoy en C.S. Clay, "Ocean Acoustics: Theory and Experiment in Unterwater Sound", 30 McGraw-Hill Book Company, New York, 1966, bekend, dat de geluidsuitbreiding van een zich in ondiep water bevindende ruisbron bij lage frequenties door een superpositie van eigen golven of modi kan worden beschreven. Aanschouwelijk kan men zich een dergelijk fysisch model 35 van de uitbreiding van geluid zodanig voorstellen, dat het geluid in het ondiepe waterkanaal aan het wateroppervlak totaal en aan de bodem gedeeltelijk wordt gereflecteerd, zodat zich een zigzagvormige uitbreiding van vlakke golffronten over de afstand instelt. Boven 40 een kritische grensfrequentie, die gelijk is aan de

S n f] *? η Λ 7 A

-j ‘ V i J J ƒ J

- 5 - snelheid van geluid in water, gedeeld door ongeveer de viervoudige hoogte, vormen zich eigen-golven of zogenaamde modi. Het aantal eigen-golven hangt af van de frequentie van de uitstralende geluidsenergie. Telkens bij het over-5 schrijden van een oneven veelvoud van de kritische grens-frequentie komt daar een verdere eigen-golf bij. De hoek, waaronder het golffront aan het wateroppervlak respectievelijk aan de bodem wordt gereflecteerd, neemt toe met het ordegetal van de eigen-golven. De golffronten doorlopen 10 dan een langere weg en botsen vaker tegen de grenslagen en ondervinden daarbij een hogere demping.

De eigengolven of modi representeren oplossingen van een partiele golfvergelijking voor het vlak-waterkanaal. Nauwkeuriger gezegd zijn het de eigen-funkties van het 15 vlak-waterkanaal in horizontale richting. De eigengolven zijn cilindergolven, die zich concentrisch van de geluids- t bron af bewegen. Zij vertonen in uitbreidingsrichting een periode, die des te kleiner is, naarmate de frequentie van de zich uitbreidende geluidsgolf hoger is. De fase-20 snelheid van de eigen-golf hangt af van de frequentie van het afgestraalde geluid en bij hogere frequenties nadert zij afnemend tot de uitbreidingssnelheid in water.

Het geluidsdrukverloop in vertikale richting is afhankelijk van het ordegetal van de eigen-golf. Aan het water-25 oppervlak is de geluidsdruk gelijk nul, aan de bodem vertoont deze steeds een eindige grootte, het aantal van de daartussen gelegen nulplaatsen is een kleiner dan het ordegetal.

Door superpositie van meerdere eigengolven 30 ontstaat in het vlak-waterkanaal een interferentieveld.

Dit interferentieveld bouwt zich op rond de geluidsbron.

In radiale richting tot de geluidsbron zijn ruimtelijke amplitudeschommelingen aan te geven. De afstand tussen gelijke uiterste waarden noemt men intereferentiegolf-35 lengte. Deze interferentiegolflengte is uitsluitend afhankelijk van de eigenschappen van het vlak-waterkanaal en de frequentie van het uitgestraalde geluid, en wordt naar hogere frequenties toe groter.

Bij een varend watervoertuig wordt geluid 40 in een breed frequentiegebied uitgestraald en wegens de s i) · ' A 7 ~ V .* %' C /

ΐ V

- 6 - zich ontwikkelende eigengolven ontstaat in het vlak-waterkanaal een interferentieveld. Dit interferentieveld is met het watervaartuig als geluidsbron verbonden.

In een artikel van Weston e.a., "Interference 5 of Wide-Band Sound 'in Shallow Water", Admirality Research Laboratory, Teddington, Middlesex, 1971, reproduced by National Technical Information Service, wordt een werkwijze beschreven, waarmee overdrachtseigenschappen van een vlak-waterkanaal worden onderzocht. Door een 10 aan zijn plaats gebonden hydrofoon wordt een bredeband- ruis van een geluidsbron ontvangen. De geluidsbron beweegt zich daarbij met rechtlijnige koers allereerst naar de hydrofoon toe en aansluitend daar vandaan, üit het geruis worden achtereenvolgens elke tijdseenheid spectrogrammen 15 berekend. De intensiteiten van deze spectrogrammen worden als funktie van de frequentie kolomsgewijs in Grauton-schrift weergegeven, In elke kolom, die aan de heersende afstand tussen hydrofoon en geluidsbron is toegekend, wordt een spectrogram ingezet. Er ontstaat.een intensi-20 teitsmonster, dat waaiervormig naar de hydrofoonplaats toeloopt. Dit Grautonschriftheeld weerspiegelt het interferentieveld, dat de geluidsgolven van de uitgestraalde ruis ten gevolge van de uitbreiding van de eigengolven of modi veroorzaken.

25 Ook bij de werkwijze volgens de uitvinding voor het bepalen van doelgegevens van een voertuig worden uit het verloop in de tijd van de ontvangstsignalen van elke omvormer voor frequentieanalyse spectrogrammen opgemaakt en spectrale vermogens van de ontvangstsignalen 30 van elk spectrogram, bijvoorbeeld als intensiteitsschrift over de frequentie opgeslagen. De afzonderlijke inten-siteitsschriften worden toegekend aan hun meettijd.

Als intensiteitsschrift kan een Grautonbeeld worden opgewekt. De opgeslagen spectrogrammen vormen een twee-35 dimensionaal intensiteitsmonster binnen een frequentie-tijd-coördinatenstelsel, waarvan de ene as aan de frequentie en de andere as aan de tijdbasis is toegekend en bijvoorbeeld verdeeld is in tijdeenheden.

Uit deze intensiteitsmonsters wordt volgens de 40 uitvinding binnen een voorbepaalbaar frequentiegebiéd 3 Γ: M0 7 é z ί « - 7 - een segment geselecteerd, dat zich uitstrekt over een tijdsinterval van een voorbepaalbaar aantal tijdseenheden. Binnen het segment worden naburige intensiteiten van gelijke sterkte opgezocht, die in het frequentie-tijd-5 coördinatenstelsel continue interferentielijnen vormen.

Deze interferentielijnen zijn bij een koers van het voertuig, welke over de meetplaats voert, derhalve bij een over de meetplaats heengaan, nagenoeg rechten, die waaiervormig door het segment verlopen. De oorsprong van de 10 waaier dient aan de meetplaats te worden toegekend. Bij een voorbij lopen, waarbij de koers van het voertuig een schuine afstand ten opzichte van de meetplaats vertoont, valt een hyperboolachtige struktuur te herkennen.

De toppunten van de hyperbolen kenmerken de grootste 15 nadering tot de meetplaats. Indien het voertuig in rust is, ontvangen de omzetters elk frequentie van een bepaald niveau en er onstaat een strepenmonster van interferentielijnen langs de afzonderlijke frequentie-sporen in het segment van het intensiteitsmonster. De 20 stijging van de interferentielijnen is oneindig groot.

(De stijging wordt hier relatief tot de frequentieas gemeten.) Indien het voertuig zich verplaatst, worden telkens de frequentieontvangen niveaus met de tijd veranderd. De interferentielijnen in het intensiteits-25 monster krommen zich en hun stijging neemt eindige waarden aan. De stijging van de interferentielijnen is afhankelijk van de naderingssnelheid van het voertuig tot de meetplaats, respectievelijk de radiale snelheids-component van de voertuigsnelheid met betrekking tot 30 de meetplaats. Indien het voertuig de meetplaats nadert met grote naderingssnelheid, zijn de stijgingen van de interferentielijnen kleiner dan wanneer het voertuig vanuit dezelfde afstand met lagere naderingssnelheid naar de meetplaats toe zou komen. De bijbehorende 35 tangentiale snelheiöscomponent van de voertuigsnelheid draagt voor de vorming van het intensiteitsmonster niets bij. Indien een voertuig in een cirkel vaart met constante voertuigsnelheid rond een omzetter, ontstaat er een monster van de opgeslagen intensiteiten, dat 40 langs de frequentiesporen geen intensiteitsverschillen .. P ;7 f i - 8 - vertoont. In plaats van de waaiervormige intensiteitsmonsters ontstaat een monster uit parallelle strepen, die langs de frequentiesporen verlopen, evenals wanneer het voertuig in rust zou zijn. Alleen een extra radiale snelheids-5 component leidt ertoe, dat de strukturering van het intensiteitsmonster waaiervormig is. Men kan zich dit ook zo voorstellen, dat het interferentieveld gekarakteriseerd is door concentrische cirkels rond het voertuig heen, welke de minima resp. maxima van de interferentiegolven 10 in de afstand van de interferentiegolflengtes kenmerken. Bij een kringvaart neemt de omzetter steeds een en dezelfde intensiteit van het interferentieveld op.

Slechts door een radiale snelheidscomponent kunnen afwisselend minimum en maximum van de intensiteiten aan 15 de omzetter worden vastgesteld.

Men kan zeggen, dat het interferentieveld gekoppeld is met het voertuig en met naderingssnelheid respectievelijk radiale snelheidscomponent van de voertuigsnelheid over elke omzetter wordt getrokken.

20 Wanneer het voertuig vaart op een koers langs de verlenging van de verbindingslijn tussen de beide omzetters, wordt elke momentane waarde van het interferentieveld eerst door de ene omzetter en iets later door de andere omzetter ontvangen. De tijdsverschuiving tussen de 25 afgetaste interferentievelden is direkt afhankelijk van de naderingssnelheid, zij is hieraan omgekeerd evenredig, namelijk des te groter, naarmate de naderingssnelheid, respectievelijk de radiale snelheidscomponent van de voertuigsnelheid kleiner is. Deze tijdsverschuiving 30 wordt voor de werkwijze volgens de uitvinding vastgesteld met behulp van de intensiteitsmonsters. De intensiteitsmonsters van de beide segmenten worden daarbij zo lang- in tijdrichting ten opzichte van elkaar verschoven, tot zij elkaar dekken. De hiervoor nood-35 zakelijke tijdverschuiving geeft de gezochte grootte weer.

Bovendien wordt voor het bepalen van de doelgegevens in één van de segmenten de stijging gemeten van ten minste een van de interferentielijnen, bij voorkeur de door het midden van het segment verlopende 40 interferentielijn.

- 9 - 4

Uit deze meetgegevens - de stij-ging van de interferentielijnen en de tijdsverschuiving van de intensiteitsmonsters uit de beide segmenten - worden onder in aanmerkingneming van de peilhoek en de verande-5 ring in de tijd daarvan de doelgegevens van het voertuig volgens conclusie 1 en 2 berekend. Bij toepassing in de watergeluidstechniek kan de peilhoek door een willekeurige andere sonarinrichting zijn vastgesteld, bijzonder voordelig is het evenwel om volgens conclusie 3 10 als peilinrichting voor het bepalen van de peilhoek de beide omzetters te gebruiken. Er wordt een looptijd-verschil van de ontvangstsignalen aan de omzetters gemeten, met de uitbreidingssnelheid van de golfenergie vermenigvuldigd, door de afstand van de omzetters gedeeld, 15 en de boogsinus gevormd, welke de peilhoek levert.

Indien vanaf de meetplaats slechts voertuigen op een voorbepaalde verkeersweg moeten worden gadegeslagen, moeten de beide omzetters of in de vaartrichting of evenwijdig aan de vaartrichting worden aangebracht.

20 Eén peiling is dan overbodig, aangezien de vaartweg of koers van het voertuig bekend is. De radiale snelheids-component wordt dan elke tijd juist uit het quotiënt van de onderlinge afstand der omzetters en de tijdver-schuiving berekend, de afstand uit de telkens bepaalde 25 stijging, vermenigvuldigd met de radiale snelheidscompo-nent.

Bij willekeurige koers van het voertuig ten opzichte van de meetplaats wordt bij een bepaling van de peilhoek volgens conclusie 3 de radiale snelheids-, 30 component uit het quotiënt van hét looptijdverschil en de tijdverschuiving, vermenigvuldigd met de uitbreidingssnelheid van de golfenergie in het medium, bepaald.

De afstand tussen voertuig en meetplaats wordt bepaald, doordat de stijging met het looptijdverschil en de 35 uitbreidingssnelheid van de golfenergie wordt vermenigvuldigd en gedeeld door de tijdsverschuiving. De tangentiale snelheidscomponent verkrijgt men door vermenigvuldiging van de afstand met de verandering in de tijd van de peilhoek.

40 De voordelen van de werkwijze volgens de uit- 8401997 , 1 - 10 - vinding zijn daarin gelegen, dat direkt na de detectie van de door het voertuig gegenereerde en uitgestraalde golfenergie de doelgegevens continu kunnen worden bepaald.

Aan het intensiteitsmonster laaf zich zien, of slechts 5 omgevingsruis door de omzetters wordt opgevangen of dat een voertuig in het meetgebied gevaren is, aangezien in het laatstgenoemde geval dan onmiddellijk een strukturering van de regelloos uitziende intensiteitsmonsters plaatsvindt en interferentielijnen worden gevormd. Zodra 10 interferentielijnen te herkennen zijn, is het mogelijk stijging en tijdverschuiving te meten. Het eenvoudigst kan de stijging van een interferentielijn worden bepaald door approximatie van een rechte, en de tijdsverschuiving tussen de interferentiemonsters van de beide segmenten 15 met behulp van de correlatietechniek. Een verder voordeel bestaat daaruit, dat gedurende een bewegingsgang van het voertuig de bepaling van de doelgegevens door de in rust zijnde meetplaats zonder verraden van eigen positie, namelijk zonder uitstralen van eigen zendenergie of eigen 20 mavoeuvreren mogelijk is, zodat het voertuig de bewaking door zich aan boord bevindende meetinrichtingen niet kan waarnemen. Meetwerkzaamheden bij de installatie van de meetinrichting worden overbodig, wanneer de doelgegevens van het voertuig ten opzichte van de meetplaats van 25 belang zijn. De afmetingen van de meetinrichting aan de meetplaats zijn met voordeel in wezen kleiner dan het meetgebied, dat met de werkwijze volgens de uitvinding kan worden bewaakt. Bij toepassing van de werkwijze volgens· de uitvinding in de watergeluidstechniek is de 30 meetinrichting met haar hydrofonen bijvoorbeeld op een • rustend schip of een onderzeeër als waarnemingsstation geïnstalleerd, of aan meerdere boeien respectievelijk een buizenstelsel, dat op de zeebodem uitgelegd is.

Van zeer bijzonder voordeel is het, dat de 35 nauwkeurigheid van de bepaling van de afstand en de voertuigsnelheid onafhankelijk is van de afstand tussen meetplaats en voertuig en met de detecteerbaarheid ook de eerste meting kan worden uitgevoerd. Bovendien is de bepaling van de doelgegevens onafhankelijk van de 40 koers van het voertuig. Zij zijn op dezelfde wijze als bij 340199” ............ ... ^

{ V

- 11 - een overloop, waarbij de koers over de meetplaats heenvoert, evenals bij een voorbijloop, waarbij de koers met een dwarsafstand langs de meetplaats voorbij voert, te bepalen. Verder is het van voordeel, dat manoeuvres 5 van het voertuig de bepaling van de doelgegevens niet beïnvloeden, wanneer de radiale snelheidscomponent binnen het tijdsinterval slechts onbelangrijk verandert. De bepaling van de afstand en de voertuigsnelheid is bovendien met voordeel volledig onafhankelijk van het bewe-10 gingsgedrag van het voertuig in voorgegane tijdsintervallen en in daarop volgende tijdsintervallen, voorgeschiedenis of toekomstig vaargedrag komen derhalve niet bij de meting binnen. Bij toepassing van de werkwijze volgens de uitvinding is men in staat steeds de momentane 15 doelgegevens van een voertuig vast te stellen, ook wanneer het voertuig een willekeurige koers met wisselende voertuigsnelheden doorloopt. De voertuigsnelheid kan natuurlijk slechts worden aangegeven, wanneer zij binnen het tijdsinterval nagenoeg constant was.

20 Volgens een voordelige verdere uitvoering van de werkwijze volgens de uitvinding volgens conclusie 4 en 5 wordt een derde omzetter opgesteld aan de meetplaats, teneinde eenduidige peilingsresultaten te verkrijgen. De omzetters worden paarsgewijs gebruikt voor het 25 bepalen van de looptijdverschillen. Uit de looptijd-verschillen worden hoeken berekend ten opzichte van de middelloodrechte op de afstand van elk omzetterpaar, en deze hoek in hoekwaarde omgerekend tegenover een gemeenschappelijke referentierichting. De peilhoek wordt 30 bepaald uit de looptijdverschillen, die tot even grote hoekwaarden behoren. Daardoor wordt een zgn. spiegel-peiling uitgesloten.

Volgens een voordelige verdere uitvoering van de werkwijze volgens de uitvinding volgens conclusie 6 35 worden de verkregen looptijdverschillen met elkaar vergeleken en wordt dat omzetterpaar uitgezocht, waarvan de ontvangstsignalen het grootste looptijdverschil vertonen. De ontvangstsignalen van dit omzetterpaar worden voor het bepalen van de tijdverschuiving onderworpen 40 aan frequentieanalyse. De uit de intensiteitsmonsters van 54 0 10-9 7 - 12 - de ontvangstsignalen van dit omzetterpaar bepaalde tijdsverschuiving en het looptijdverschil van hun ontvangstsignalen worden voor het bepalen van de radiale snelheidscomponent en de afstand met elkaar gecombineerd.

5 Uit de intensiteitsmonsters van deze ontvangstsignalen wordt of de stijging van de interferentielijn in het midden van één van beide segmenten verkregen of wordt de arithmetische middelwaarde van de stijgingen van de in beide segmenten door het midden van het segment ver-10 lopende interferentielijnen bepaald.

Ook is het mogelijk om in plaats van de loop-tijdverschillen van de ontvangstsignalen van elk omzetterpaar de tijdverschuiving van de intensiteitsmonsters te vergelijken en de ontvangstsignalen van dat omzetterpaar 15 te gebruiken voor de peilhoek- en tijdverschuivings- berekening, waarvan de intensiteitsmonsters de grootste tijdverschuiving ten opzichte van elkaar vertonen.

Door het selectieproces volgens conclusie 6 worden intensiteitsmonsters van de ontvangstsignalen 20 van dat omzetterpaar gebruikt, waarvan de verbindingslijn met de verbinding tussen meetplaats en voertuig het beste overeenstemt. In dezelfde richting van het voertuig naar de meetplaats wijst ook de radiale snelheidscomponent van de voertuigsnelheid, welke de vorming van de inter-25 ferentielijnen en de tijdverschuiving van de intensiteitsmonsters in de segmenten veroorzaakt. Het voordeel van de werkwijze volgens de uitvinding volgens conclusie 6 is daarin gelegen, dat de ontvangstsignalen van dat omzetterpaar worden gebruikt, welke de grootste nauwkeurig-30 heid voor de bepaling van afstand en voertuigsnelheid waarborgen, aangezien de te meten tijdverschuiving tussen beide het grootste is. Deze tijdverschuiving omvat bij een rastering van de tijdas van het frequentie-tijd-coördinaatstelsel in tijdseenheden het grootste aantal 35 tijdseenheden en waarborgt, dat de relatieve fout het kleinst is. Verder is het van voordeel, dat ook dan een bepaling van doelgegevens mogelijk is, wanneer het voertuig op een koers langs een middelloodrechte van de verbindingslijn van éën der omzetterparen wordt uitgevoerd.

40 Bij deze koers leveren de ontvangstsignalen van dit 34 ö 109 7 .......... Jt * * - 13 - omzetterpaar weliswaar een gestruktureerd intensi te i ts -monsters, een vergelijking van de beide intensiteitsmonsters voor het bepalen van de tijdverschuiving toont, dat de intensiteitsmonsters identiek gevormd zijn en geen tijd-5 verschuiving ten opzichte van elkaar vertonen, aangezien beide omzetters tegelijk hetzelfde interferentieveld aftasten. Door het uitbrengen van drie omzetters en de paarsgewijze benutting van hun ontvangstsignalen is een eenduidige bepaling van alle doelgegevens steeds gewaar-10 borgd, aangezien ëën van de drie omzetterparen steeds een dergelijke oriëntatie vertoont, dat een eenduidige bepaling van de doelgegevens is gewaarborgd.

Volgens een verdere uitvoering van de werkwijze volgens de uitvinding volgens conclusie 7 wordt de peil-15 hoek bepaalt uit de ontvangstsignalen van dat omzetterpaar, welke het kleinste looptijdverschil vertonen. Dit omzetterpaar levert in vergelijking met de andere de grootste meetnauwkeurigheid.

Met de werkwijze volgens de uitvinding is het 20 op voordelige wijze mogelijk de koers van het voertuig te bepalen, welke enerzijds door de peilhoek tussen meet-plaats en voertuig en anderzijds uit een snelheidshoek bepaald wordt, zoals aangegeven in conclusie 8. De snelheidshoek ligt tussen de radiale snelheidscomponent, 25 waarvan de richting ten opzichte van de referentierichting de peilhoek insluit, en de voertuigsnelheid, die in de richting van de koers wijst. De koers wordt bepaald uit de som van peilhoek en snelheidshoek. De snelheidshoek wordt of uit de verhouding van de tangentiale en radiale 30 snelheidscomponent van de voertuigsnelheid berekend, of volgens een voordelige verdere uitvoering van de werkwijze volgens de uitvinding volgens conclusie 9 bepaald door de boogtangens van het produkt van stijging en verandering in de tijd van de peilhoek onder inachtname van een eigen 35 faktor. Het voordeel van de werkwijze volgens conclusie 9 bestaat daaruit, dat niet eerst de snelheidsccmponenten zelf behoeven te worden bepaald, maar direkt uit de gemeten grootheden, namelijk de stijging van een inter-ferentielijn in het segment van het intensiteitsmonster 40 en de verandering in de tijd van de peilhoek de koers * f ,% j ^ 5^0 1 # 4 - 14 - kan worden berekend.

Volgens een voordelige verdere uitvoering van de werkwijze volgens de uitvinding volgens de kenmerken van conclusie 10 wordt voor de frequentieanalyse slechts 5 golfenergie in een frequentiegebied rond een middenfrequen-tie benut, welke zich uitbreidt in de vorm van modi en interferenties veroorzaakt binnen de overdrachtslaag.

Dit frequentiegebied wordt verkregen, doordat langs elk frequentiespoor een soort modulatie van de intensiteiten 10 over de tijd wordt vastgesteld en daaruit een modulatie-maat wordt bepaald. Deze modulatiemaat zou bij het voorhanden zijn van sinusvormige en niet stochastische processen van de in de literatuur bekende modulatiegraad zijn.

De modulatiemaat geeft aan hoe geprononceerd de eigen-15 golven zich uitbreiden in de overdrachtslaag en hun interferentie te detecteren is. Het frequentiegebied ligt in het onderste deel van het frequentiespectrum van de ontvangstsignalen, aangezien wegens de demping in de overdrachtslaag slechts eigen-golven van lagere frequentie 20 over grotere afstanden meetbaar zijn en wegens de kleine interferentiegolflengte in dit frequentiegebied het intensiteitsmonster fijn gestruktureerd is.

De modulatiemaat wordt bijvoorbeeld bepaald doordat de variantie van de intensiteiten op elk 25 frequentiespoor wordt vastgesteld en de variantie op de gekwadrateerde gemiddelde waarde van alle daar opgeslagen intensiteiten betrokken en met het getal een wordt verminderd. De wortel uit het verschil levert dan de modu1at i ernaat.

30 De modulatiemaat langs een frequentiespoor is slechts dan groot, wanneer het ontvangstsignaal, overgedragen door eigengolven, ligt boven het omgevings-ruisniveau. In dat geval verkrijgt men op de frequentie-sporen intensiteitsextrema op de afstand van de halve 35 interferentiegolflengte op het frequentiespoor. Door storingen bij de uitbreiding van de eigen-golven kan evenwel bij enige frequenties de modulatiemaat sterk teruglopen, zodat er geen doorgaande interferentielijn respectievelijk geen gelijk gestruktureerde intensiteits-40 monsters van de ontvangstsignalen van de beide omzetters 8431997 - 15 - kunnen worden gevonden. Daarom wordt met voordeel een samenhangend gebied van naburige frequentiesporen uitgekozen als frequentiegebied, waarvoor het vastgestelde, bij voorkeur over de frequentie afgevlakte verloop van 5 de modulatiemaat boven een voorbepaalbare drempel ligt, teneinde met de grootst mogelijke zekerheid de stijging van interferentielijn en tijdsverschuiving van de intensiteitsmonsters in de beide segmenten te kunnen bepalen.

10 Volgens een verdere voordelige uitvoering van de werkwijze volgens de uitvinding volgens de kenmerken van conclusie 11 worden de ontvangstsignalen in een hoger gelegen frequentie-interval dan het frequentiegebied met betrekking tot hun looptijdversch.il benut, 15 teneinde daaruit de peilhoek te bepalen. Sigengolven in dit frequentie-interval kunnen de peiling niet vervalsen, aangezien hun fasesnelheden bij benadering gelijk zijn aan de uitbreidingssnelheid.

Zoals men ziet, werken de voor de bepaling 20 van de stijging en tijdsverschuiving gewenste over- drachtseigenschappen van de overdrachtslaag, die zorgen voor een uitbreiding van eigengolven en de interferentie daarvan, storend voor de peiling. Door de selectie volgens de uitvinding van het frequentiegebied en het frequentie-25 interval is een optimale aanpassing van de meting aan overdrachtseigenschappen bereikt.

De rekenvoorschriften, volgens welke voertuig-afstand en voertuigsnelheid kunnen worden gewonnen uit de meetgrootheden, worden aangegeven door de verdere 30 uitvoeringen volgens de uitvinding volgens conclusie 12, 13 en 14, waarbij de daar opgevoerde faktor of volgens conclusie 15 uit de interferentiegolflengte van twee eigen-golven, welke zich instelt uit de uitgestraalde golfenergie bij de middenfrequentie van het frequentie-35 gebied, en hun frequentiematige afleiding, of volgens de kenmerken van conclusie 16 gefixeerd wordt gelijk aan de 1,1-voudige waarde van de middenfrequentie van het frequentiegebied. Deze faktor is kenmerkend voor de uitbreidingseigenschappen van de overdrachtslaag en kan 40 voor het begin van de meting reeds worden bepaald of &L il 1 C 0 7 V * V i V V / - 16 - vastgelegd zijn. Talrijke proeven hebben laten zien, dat de exacte kennis van het mechanisme van de overdrachts-laag geheel niet noodzakelijk is om deze faktor te bepalen, maar dat de benadering door de 1,1-voudige waarde 5 van de middenfrequentie reeds goede meetresultaten oplevert.

Indien een waaiervormige struktuur van de inten-siteitsmonsters is herkend, is dit een zeker teken, dat een detecteerbare geluidsbron in het meetgebied binnen-10 gekomen is. Vanzelfsprekend is een omgaande meting van de doelgegevens tot aan het naderen van het voertuig aan de meetplaats van belang. Stijging van een herkenbare interferentielijn in een punt van het frequentie-tijdcoördinatensysteem van het interferentiemonster 15 kan evenwel slechts worden bepaald, wanneer een deel van de interferentielijn duidelijk geprononceerd is.

Het vroegste tijdstip voor het bepalen van de stijging van de interferentielijn is dan gegeven, wanneer het tijdsinterval volgens conclusie 17 zodanig is gekozen, 20 dat ten minste twee intensiteitsmaxima op het frequentie-spoor aan te geven zijn. Met deze dimensionering wordt bereikt, dat in een door het frequentiegebied en tijdsinterval gedefinieerd segment een geprononceerd intensiteitsmonster aan te geven is, dat ook voor een 25 vergelijking van de segmenten met betrekking tot de tijdverschuiving voldoende goed gestructureerd is. Vanzelfsprekend kunnen ook met kleinere of grotere tijdsintervallen meetresultaten worden verkregen.

Men loopt evenwel bij een te klein tijdsinterval het 30 gevaar, dat er geen voldoende fijngestruktureerd intensiteitsmonster in het bovenste bereik van het frequentiegebied kan worden verkregen, aangezien daar geen intensiteitmaximum en -minimum meer wordt geregistreerd. Bij een te groot gekozen tijdsinterval kan 35 er eventueel niet meer van worden uitgegaan, dat het voertuig gedurende deze meettijd met nagenoeg constante voertuigsnelheid vaart, zodat dan een aangifte over de momentane hoogte van de voertuigsnelheid niet meer kan worden gemaakt.

40 De afstand van de omzetters wordt evenals S4C 199 7 - 17 - * het tijdsinterval afhankelijk van de overdrachtseigen-schappen van de overdrachtslaag gekozen en aangepast volgens de kenmerken van conclusie 18 aan het te verwachten interferentieveid. De aldaar aangegeven dimensio-5 nering van een afstand van de omzetters in afhankelijkheid van de interferentiegolflengte van twee interfererende eigen-golven waarborgt, dat de intensiteitsmonsters in de beide segmenten elkaar gedeeltelijk overlappen en een correlatie van de intensiteitsmonsters kan worden 10 vastgesteld. Bij een toepassing in de watergeluidstechniek heeft men bijvoorbeeld een waterkanaal met een diepte van ongeveer 40 meter en een middenfrequentie van 300 Hz een omzetterafstand van ongeveer 100 meter om redelijke meetresultaten te verkrijgen. Hieruit blijkt, dat de 15 omzetters aan de meetplaats kunnen worden aangebracht in dichte nabijheid betrokken op het te bewaken meet-gebied, dat meer dan 10 km uitgebreidheid kan vertonen. Experimenten in de watergeluidstechnieken hebben aangetoond, dat een tijdsinterval van minder dan 200 sec.

20 voldoende is om de eerste meting van een stijging van een interferentielijn te verrichten. Als frequentiegebied is een bandbreedte van 200 Hz rond de middenfrequentie van 300 Hz voordelig gebleken. De eerste doelgegevens van een vaartuig, dat de meetplaats nadert, kunnen 25 derhalve na ongeveer 3 min. aan de meetplaats worden vastgesteld ten opzichte van de vaartuigafstand, vaartuig-snelheid en koers, nadat het vaartuig werd gedetecteerd. Verdere opgave over het bewegingsgedrag zijn vanaf dan gedurende de totale naderingsfase van het vaartuig 30 bij het overvaren of passeren van de meetplaats en tot het verlaten van het meetgebied, tot namelijk het vaartuig niet meer kan worden gedetecteerd, continu mogelijk.

Door de dimensionering van de afstand van de omzetters en het tijdsintervan in afhankelijkheid 35 van de overdrachtseigenschappen in het meetgebied wordt het meetproces aangepast aan het mechanisme van het ontstaan der intensiteitsmonsters, waardoor een optimalisering van de meetresultaten wordt bereikt.

Bijzonder voordelig voor de bepaling van de 40 doelgegevens is het, wanneer de intensiteitsmonsters η i {) ' - 18 - zo fijn mogelijk zijn gestruktureerd, aangezien dan bijzonder goed de tijdsverschuiving van de intensiteits-monsters in de beide segmenten kan worden gedetecteerd. Volgens een voordelige verdere uitvoering van de werkwijze 5 volgens de uitvinding volgens conclusie 19 kan een verbetering worden bereikt, doordat de omzettere binnen de overdrachtslaag evenwijdig aan het grensvlak worden uitgelegd op een zodanige afstand, bij welke de eigen-funkties in vertikale richting geen nulplaats vertonen 10 en het interferentieveld wordt opgebouwd door zoveel mogelijk eigengolven, ook van hogere orde. Deze afstand kan worden vastgesteld doordat een omzetter binnen de overdrachtslaag verschillende posities onder het grensvlak in de overdrachtsplaat inneemt en elke keer het inter-15 ferentiemonster van een ruisbron wordt geregistreerd.

De optimale afstand wordt dan gevonden, wanneer de meeste interferentielijnen in het segment liggen. De eigen-funkties van de overdrachtslaag zijn ook bij benadering gemakkelijk te berekenen. Daaruit kan eveneens 20 de afstand voor de omzetterinrichting worden geëvalueerd.

Voor het bepalen van de doelgegevens wordt de door het voer- of vaartuig afgestraalde golfenergie onderworpen aan een frequentieanalyse, en daaruit een ruisspectrum afgeleid, bijvoorbeeld in de vorm van een 25 kortetijd-vermogens-dichtheids-spectrum volgens conclusie 20. Bij voorkeur wordt het ruisspectrum van het vaartuig zodanig bepaald, dat het over de frequentie een constante waarde zou vertonen in het geval, dat er zich geen eigengolven zouden hebben gevormd bij de uitbreiding van 30 de golfenergie. Een dergelijk rekenproces voor de corresponderende normalisering van een ruisspectrum is bijvoorbeeld beschreven in een bericht BL 4556, Krupp Atlas-Elektronik, "Detektion von mehreren Grundfrequenzen periodischer Signale in farbigem Rauschen" door 35 G. Hermstrüwer, 1976. Indien men dit proces bijvoorbeeld toepast op scheepsruis, waarvan het ruisspectrum over de frequentie een bochelvormig verloop vertoont, wordt de bochel afgevlakt en stelt zich een over de frequentie constante waarde van het spectrum in. Pas op het moment, 40 waar de uitbreiding van de golfenergie door eigengolven S 4 C -i J j} 7 -19- plaatsvindt, vormen zich over de frequentieminima en -maxima in het spectrum.

Volgens een voordelige verdere uitvoering van de werkwijze volgens de uitvinding volgens conclusie 21 5 wordt de stijging van de interferentielijn verkregen, doordat de interferentielijn wordt benaderd door een rechte en de stijging van de rechte de stijging van de interferentielijn aangeeft. De benadering wordt dan bereikt, wanneer de rechte de interferentielijn in het 10 segment niet meer snijdt, wanneer dus geen intensiteits-maxima resp. -minima meer op de rechte worden vastgesteld en derhalve de rechte aan de interferentielijn raakt, of afstanden van de rechte tot de interferentielijn in het frequentie-tijd-coördinatenstelsel een minimum 15 zijn. Deze methode kan bijzonder eenvoudig worden gerealiseerd met behulp van een computer door regressie-berekening.

Voor de bepaling van de stijging van de interferentielijn binnen het frequentie-tijdcoördinaten-20 stelsel van het intensiteitsmonster van ëên der segmenten wordt volgens een voordelige verdere uitvoering van de werkwijze volgens de uitvinding volgens conclusie 22 een rechte willekeurig in het segment aangebracht en worden langs deze rechte de intensiteiten gemeten.

25 Voor het benaderen wordt de. rechte gedraaid en zolang in de tijd- of frequentierichting verschoven, totdat de gemeten intensiteiten alle gelijk zijn. Dan nadert de rechte aan een interferentielijn. Indien de rechte een uit intensiteitsmaxima gevormde interferentielijn 30 moet naderen, moet zij zolang worden gedraaid en/of verschoven, totdat de intensiteiten alle even groot zijn en bijvoorbeeld naburige maximale waarde binnen het segment vertonen. Daardoor is gewaarborgd, dat de langs de rechte gemeten intensiteiten ook daadwerkelijk 35 tot êên en dezelfde interferentielijn behoren, aangezien zij alle naburig aan elkaar zijn en een continue lijn vormen. Ter toelichting van deze methode stelle men zich een driedimensionaal coördinantenstelsel voor met een frequentieas, een tijdas en loodrecht op dit vlak 40 een intensiteitsas. De intensiteiten worden dan als

Sty i'JP

- 20 - reliëf boven het frequentie-tijdvlak weergegeven. Interferentielijnen zijn in dit reliëf hoogtelijnen.

Door de rechte wordt een doorsnee door het hoogteprofiel gelegd. Wanneer alle intensiteiten langs de rechte 5 gelijk zijn, ligt de rechte op een hoogtelijn en nadert zij aan een referentielijn. Wanneer alle intensiteiten langs de rechte maximale waarden zijn, ligt de rechte op een hoogterug. De interferentielijnen zijn bij een overloop tot aan het bereiken van de meetplaats bij * 10 benadering rechten, bij een voorbijlopen, waarbij de koers van het vaartuig een dwarsafstand ten opzichte van de meetplaats vertoont, hyperbolen, waarvan de toppunten de dichtste nadering van het vaartuig aan de meetplaats kentekenen. De interferentielijnen vertonen 15 bij aansluitend aflopen of verwijderen van het vaartuig van de meetplaats omgekeerde stijging en een spiegel-symmetrisch verloop ten opzichte van de frequentieas.

Een voordelige mogelijkheid voor het berekenen van de approximatie geeft een voordelige verdere uit-20 voering van de werkwijze volgens de uitvinding volgens conclusie 23. Er worden langs een willekeurig in het frequentie-tijd-coördinatenstelsel aangebrachte rechte de intensiteit gemeten en de gemiddelde waarde ervan gevormd. Bovendien worden deze afzonderlijke intensiteiten 25 gekwadrateerd, de som der gekwadrateerde intensiteiten gevormd en gedeeld door het aantal van de langs'de rechte in het segment gemeten intensiteiten. Er wordt het verschil uit dit resultaat en de gekwadrateerde gemiddelde waarde bepaald, de wortel daarvan genomen en door de 30 gemiddelde waarde gedeeld. Deze rekenoperatie levert de relatieve standaarddeviatie der intensiteiten langs de rechte ten opzichte van hun gemiddelde waarde, De rechte approximeert de interferentielijn des te nauwkeuriger, naarmate de relatieve standaarddeviatie kleiner 35 is, zij wordt zolang in het frequentie-tijd-coördinatenstelsel gedraaid en verschoven, totdat de relatieve standaarddeviatie een minimum is.

Ter verhoging van de meetbetrouwbaarheid wordt volgens een verdere uitvoering van de werkwijze volgens 40 de uitvinding volgens conclusie 24 in het frequentie- '$* ,r· fi n f\ <r O '3 ij : j $ j -21- tijd-coördinatenstelsel een monster gevormd uit een bundel rechten, welke elkaar alle bij -0,1-voudige waarde van de middenfrequentie snijden. Deze rechten vertonen op het frequentiespoor van de middenfrequentie equidistante 5 afstanden. De bundel wordt met zijn snijpunt in de tijd-richting zo lang verschoven totdat zij de interferentie-lijnen in het segment het beste approximeert en de interferentielijnen niet meer snijdt, maar raakt. Aansluitend wordt de verbinding tussen het midden van het 10 segment en het snijpunt van de rechten gemaakt en de stijging van deze verbinding gemeten, welke de stijging van de interferentielijn voor het bepalen der doelgegevens levert. Door de toepassing van een bundel rechten wordt de middeling van de stijging van de interferentielijnen 15 tot stand gebracht, hetgeen een statisch zekere meetwaarde oplevert van de gezochte stijging van de interferentielijn.

Voor het bepalen van de tijdsverschuiving van de intensiteitsmonsters in de beide segmenten wordt volgens een voordelige verdere uitvoering van de werkwijze ! 20 volgens de uitvinding volgens conclusie 25 de vergelijking van de intensiteitsmonsters van de ontvangstsignalen van beide omzetters met middelen van de correlatietechniek uitgevoerd. Het bijzondere voordeel bestaat daaruit, dat door deze signaalverwerking een automatisering op 25 eenvoudige wijze mogelijk is.

Zoals in de aanhef toegelicht, berust de werkwijze volgens de uitvinding op het mechanisme van de uitbreiding van eigengolven in een overdrachtslaag met dispersie-eigenschappen, bijvoorbeeld een vlak-30 waterkanaal, en de interferentie daarvan. Zoals reeds uiteengezet, is het aantal van de zich vormende eigen golven niet alleen afhankelijk van de uitstralende frequentie, maar ook van de diepte van het vlakwaterkanaal resp. de loodrechte uitbreiding van de overdrachtslaag 35 tot haar grensvlak. Bij een geval binnen het meetgebied, dat wil zeggen wanneer de diepte niet constant is, kan het komen tot fouten in de bepaling van de tijdver-schuiving van de intensiteitsmonsters en de stijging van de interferentielijnen, wanneer het vaartuig zich 40 bevindt op een plaats, waarvan de diepte verschilt van de Λ * ^ - 22 - diepte van de meetplaats.

Volgens een voordelige verdere uitvoering van de werkwijze volgens de uitvinding volgens conclusie 26 wordt de vastgestelde radiale snelheidscomponent 5 van de vaartuigsnelheid over het dubbele bedrag van de relatieve diepteverandering in het meetgebied gecorrigeerd. Aangezien het hier gaat om relatieve grootheden, behoeft niet de diepte zelf bekend te zijn. Er behoeft slechts het verval van de bodem voor de correctie te worden ge-10 nomen, hetgeen bij het uitmeten van de parameters van het vlakwaterkanaal gemakkelijk kan worden vastgesteld.

De volgende overweging licht dit toe: het door het interferentieveld omgeven watervoertuig legt met de vaartuigsnelheid in een tijd een weg af, die juist 15 correspondeert met een interferentiegolflengte. Afhankelijk van de diepte van het vlakwaterkanaal zijn evenwel de interferentiegolflengtes verschillend, namelijk naarmate het vlakwaterkanaal ondieper is, is de afstand tussen twee interferentiemaxima des te korter. Indien 20 het watervaartuig zich bevindt in een ondieper ;gebied dan aan de meetplaats, zal in dezelfde tijd aan de meetplaats het interferentiemaximum een grotere weg afleggen dan aan de plaats van het schip, aangezien er geen hiaten in de opbouw van het interferentieveld kunnen 25 ontstaan en het interferentieveld alleen door de kanaal-parameters en niet door het watervaartuig wordt bepaald.

De gemeten tijdsverschuiving is daardoor kleiner en de daaruit bepaalde vaartuigsnelheid te groot.

De stijging van de interferentielijn wordt 30 op dezelfde wijze door diepteveranderingen in het meetgebied beïnvloed. Aangezien in de schipafstandsbepaling de verhouding uit de stijging en de tijdsverschuiving betrokken wordt, wordt de scheepsafstand ook bij diepteverandering steeds juist bepaald en behoeft deze niet te 35 worden gecorrigeerd. De snelheidshoek wordt met behulp van de in overeenstemming met de verdere uitvoering volgens de uitvinding van de werkwijze volgens conclusie 27 gecorrigeerde stijgingswaarde berekend.

De wijze van werken van de werkwijze volgens 40 de uitvinding is hier als voorkeur beschreven voor toe- 340190" - 23 - passing in de watergeluidstechniek. Op dezelfde wijze zijn passieve metingen van de doelgegevens van een voertuig bij de bewaking van straten aan land en in de lucht mogelijk in gebieden, waar geluidsgolven van het 5 vaartgeruis in bodem- of luchtlagen met dispersie-eigeh-schappen binnendringen en zich eigen-golven ontwikkelen.

De uitvinding wordt aan de hand van de in de tekening weergegeven uitvoeringsvoorbeelden in het volgende nader beschreven. In de tekening toont; 10 fig. 1 een meetsituatie voor de werkwijze voor het bepalen van doelgegevens vanuit een meetplaats, fig. 2 een blokschema, waarin de werkwijze wordt gerealiseerd, fig. 3 een schets ter toelichting van de 15 werkwijze bij een overlopen, en in het bijzonder voorbijlopen ten opzichte van de meetplaats, fig. 4 een segment uit fig. 1, fig. 5 een blokschema voor een in fig. 2 weergegeven intens iteitsmonstereenheid, 20 fig. 6.1 en 6.2 de meetsituatie en het bijbe horende frequentiediagram met interferentielijnen bij een overlopen van de meetplaats door een met constante vaartuigsnelheid varend vaartuig, fig. 7 een frequentie-tijddiagram, waarbij het 25 vaartuig met.wisselende vaartuigsnelheid de meetplaats gedurende het overlopen nadert, fig. 8 een geometrische overzichtsweergave ter toelichting van de werkwijze bij een koers van het vaartuig, die dwars op de meetplaats verloopt, 30 fig. 9 een blokschema van een in fig. 2 weergegeven interferentielijnberekenaar, en fig. 10 een overdrachtslaag met diepteverandering. Fig. 1 dient voor de toelichting van de werkwijze voor het bepalen van doelgegevens van een 35 vaartuig 1, dat op een koers 2 langs een meetoord 3 met een vaartuigsnelheid V voorbij vaart. De koers verloopt onder een koers γ ten opzichte van het geografische noorden, dat in het verdere als referentie-richting N wordt aangeduid. Het voertuig 1 bevindt 40 zich ten opzichte van de meetplaats 3 onder een peilhoek φ 64 0 1 9 9 7 - 24 - die als rechtswijzende peiling ten opzichte van het noorden is geregistreerd. De vaartuigsnelheid V en haar twee loodrecht op elkaar staande snelheidscomponenten, nl. de radiale snelheidscomponent Vr en de tangentiale 5 snelheidscomponent Vq zijn weergegeven. De radiale snelheidscomponent Vr ligt in de richting van de verbindingslijn tussen het vaartuig 1 en de meetplaats 3.

Aan de meetplaats bevinden zich drie omzetters 4, 5 en 6, die een gelijkzijdige driehoek met zijdelengte d omspannen. 10 Met het oog op een betere herkenbaarheid zijn de grootteverhoudingen met betrekking tot de stand d en de vaar-tuigafstand tussen meetplaats 3 en vaartuig 1 niet reëel weergegeven. De afstand tussen het vaartuig 1 en de meetplaats 3 is in de regel meerdere orden groter dan de 15 afstand d van de omzetters 4, 5 en 6. De omzetters 4, 5 en 6 ontvangen de door het vaartuig 1 uitgestraalde vaar-ruis en zetten deze om in ontvangstsignalen. De looptijd-verschillen τ^, τ2, tussen ontvangstsignalen van telkens twee omzetters 4, 5 resp. 5, 6 resp. 4, 6 worden bepaald.

20 Uit de looptijdverschillen τ2, worden hoeken ®i' £i ^ = 2' 3} ten opzichte van de middelloodrechte op de verbinding van het betreffende omzetterpaar berekend. Deze hoeken θ^, zijn gelijk aan de boogsinus van het looptijdverschil τ., gedeeld door een maximaal cl * 25 looptijdverschil -r v waarbij d de onderlinge

ïïlcLX G

afstand der omzetters en c de uitbreidingssnelheid in het medium zijn. Voor elk looptijdverschil τ^, t2, ^3 worden twee hoeken en verkregen, zoals ingezet in fig. 1.

De hoek ligt tussen de middelloodrechte en een ver-30 binding met het vaartuig 1, volgens fig. 1, de hoek ε1 kenmerkt de zgn. spiegelpeiling en simuleert een doel-peiling, waarbij het veronderstelde doel het aan de verbindingslijn tussen de omzetters gespiegelde ware doel is. De hoeken θ^, ε^ worden berekend uit looptijd-35 verschillen van de ontvangstsignalen aan de omzetters 4 en 5. Hoeken 62, ε2 uit looptijdverschillen x2 tussen de ontvangstsignalen van de omzetters 5 en 6 en de hoeken Θ3 en ε3 worden bepaald uit looptijdverschillen τ3 van de ontvangstsignalen aan de omzetters 4 en 6.

40 Om uit de hoeken en ε^, die hoeken te kunnen uitscheiden *401357 •V J tv» 1 v / - 25 - · die in de richting naar spiegelbeelddoelen wijzen, worden de hoeken 9. en £. in hoekwaarde met betrekking tot de 11 referentierichting N omgerekend. Daartoe wordt steeds een hoek 3^ met corresponderende indexering, die tussen de 5 middelloodrechten en de referentierichting N ingetekend is, in aanmerking genomen, De bepaalde boekwaarden (9.-8..) resp. (ε.-3.) worden met elkaar vergeleken.

X X X X

Uit gelijke hoekwaarden (9^-3^)102-82)-wordt de peilhoek φ ten opzichte van de referentierichting 10 bepaald, φ = 360°-(9^-0^) . De hoeken 9^, en .0^ zijn in mathematisch positieve zin ingetekend, de peilhoek φ en de koershoek γ worden gebruikelijkerwijze als rechtswijzend aangegeven, dat wil zeggen in mathematisch negatieve zin. De volgende tabel maakt de bepaling van 15 de peilhoek aanschouwelijk:

Index 0 θ ε (9-0) (ε-0) 1 12° 49° 131° 37° 119° 2 72° 109° 71° 37° 359° 3 312° 349° 191° 37° 121° 20 φ + 360°~37° = 323°.

Fig. 2 toont een blokschema voor een inrichting voor het uitvoeren van de werkwijze. Voor het bepalen van de peilhoek φ zijn achter de onzetters 4, 5 en 6 hoogdoorlaat-filters 7, 8 en 9 geschakeld, waarover de ontvangst-25 signalen van de omzetters 4, 5 en 6 worden doorgeschakeld naar looptijdrekentrappen 10, 11 en 12. In de looptijd-rekentrappen 10, 11 en 12 worden de looptijdverschillen V T2* van de ontvangstsignalen van telkens twee omzetters 4, 5 resp. 5, 6 resp. 4, 6 bepaald. Uit de 30 looptijdverschillen τ^, t2/ τ3 worden hoeken en ten opzichte van de middenloodrechte op de verbinding van het corresponderende omzetterpaar bepaald in daarachter geschakelde hoekrekentrappen 13, 14, 15. In verschiltrappen 16, 17 en 18 worden hoektrappen (9.-0.) 35 en (^-2^) voor elk omzetterpaar bepaald. De verschil- trappen 16, 17, 18 zijn verbonden met een referentiehoek- S4 0 1 9 9 ? - 26 - gever 19, die de drie hoeken β^, β2' $3 tussen de referen-tierichting N en de middenloodrechte van elk omzetterpaar geeft. In een daarachter geschakelde vergelijkingstrap 20 worden de aldus bepaalde boekwaarden (θ^-β^ en 5 vergeleken en die hoekwaarde uitgegeven, die als ver-schilwaarde driemaal in dezelfde grootte optreedt. Deze hoekwaarde (9.-β.) is nodig voor de berekening van de peil-

1 X

hoek φ.

Om een zo nauwkeurig mogelijke bepaling van de 10 peilhoek φ te waarborgen, is achter de looptijdrekentrappen 10, 11 en 12 een minimumdetector 21 geschakeld, waarin wordt vastgesteld, welke van de drie looptijdverschillen τ1' τ2' τ3 waar^e iiet kleinst is. Indien het vaartuig 1 zich nauwkeurig op de middenloodrechte op de verbinding 15 van ëên van de omzetterparen bevindt, zou het looptijd-verschil gelijk zijn aan nul. Aangezien de sinus van de peilhoek φ afhankelijk is van het looptijdverschil, is de berekening van de peilhoek φ des te nauwkeuriger, naarmate de afwijking van de peilhoek φ ten opzichte van de midden-20 loodrechte kleiner is, aangezien de sinus in het gebied rond zijn nulpunt de grootste veranderingen van zijn funktiewaarde vertoont. Uit het minimale looptijdverschil worden in een verdere hoekrekentrap 22 de hoeken Θ3 en ε2 bepaald. In een daarachter geschakelde verschiltrap 23, 25 die verbonden is met de referentiehoekgever 19, worden onder inachtname van de hoek β^ tussen de referentierich-ting N en de middenloodrechte de hoekwaarden (63-83} en (ε^-β^) berekend en met het uitgangssignaal van de vergelijkingstrap 20 in een vergelijker 24 vergeleken. De 30 hoekwaarde (63^63) verschijnt aan de uitgang van de vergelijker 24 en wordt in een daarachter geschakelde aftrek-trap 25 afgetrokken van 360°, hetgeen de peilhoek φ = 360°- (83^3! oplevert.

Voor het bepalen van de peilhoek φ worden de 35 ontvangstsignalen van de omzetters 4, 5, 6 zoals beschreven eerst gefilterd in hoogdoorlaatfilters 7, 8, 9. Om een zo nauwkeurig mogelijke bepaling van de peilhoek φ te waarborgen, mag het ontvangstsignaal slechts worden gebruikt in een frequentie-interval, waarin de fasesnelheden 40 van de eigen golven nagenoeg gelijk zijn. Dit is slechts v "f ü i cj 9 7 - 27 - ' bij hogere frequenties het geval. Hier zijn de fase-snelheden bovendien ongeveer gelijk aan de uitbreidings-snelheid c van het medium. Voor de scheiding tussen het gewenste bovenste frequentie-interval en het ongewenste 5 onderste frequentiegebied zorgen de hoogdoorlaatfilters 7, 8 en 9. De onderste grensfrequentie van deze hoogdoorlaatfilters 1, 8, 9 is aan de zoeven beschreven vereisten aangepast. In plaats van de hoogdoorlaatfilters 7, 8/9 kunnen ook met voordeel banddoorlaatfliters 10 worden ingezet. Door de bovenste bandbegrenzing kan de nut/stoorverhouding worden verbeterd.

De omzetters 4, 5 en 6 zijn elk met een inten-siteitsmonstereenheid 30/ 31, 32 verbonden. De ontvangst-signalen worden daarin onderworpen aan een frequentie-15 analyse en het verloop in de tijd van de per frequentie bepaalde intensiteiten van de ontvangstsignalen in een frequentie-tijd-coordinatenstelsel opgeslagen. Er ontstaat een intensiteitsmonster in afhankelijkheid van de frequentie en de tijd/ dat bij uitbreiding van de door 20 het vaartuig 1 uitgestraalde golfenergie in de vorm van eigen-golven en beweging van het vaartuig 1 een waaiervormig of hyperboolvormig verloop van gelijke intensiteiten vertoont. In elke intensiteitsmonstereenheid 30/ 31/ 32 wordt tegelijk een segment van het intensiteits-25 monster over een voorbepaalbaar frequentiegebied en een selecteerbaar tijdsinterval ingesteld. Deze segmenten vertonen in de tijd verschoven gelijke monsters. De tijdsverschuiving wordt o.a. door de radiale snelheids-component Vr van de vaartuigsnelheid V veroorzaakt.

30 Aan de hand van fig. 3 wordt de bepaling van de vaartuigsnelheid V toegelicht, en wel voor het speciale geval van het overlopen of passeren van de meetplaats 3, waarbij de koers evenwijdig aan de verbindingslijn tussen een omzetterpaar wijst. Bij overloop 35 nadert het voertuig 1 de meetplaats 3 langs een koers op een verlenging van de verbindingslijn tussen de omzetters 5 en 6 met constante vaartuigsnelheid V = namelijk met de naderingssnelheid Va, die gelijk is aan de radiale snelheidscomponent Vr· De tangentiale snel-40 heidscomponent Vg is gelijk nul. Het het vaartuig 1 5 a -· f λ v 3 -ï V i ö j / - 28 - omgevende interferentieveld wordt eerst door de omzetter 6 en na een tijd, die afhangt van de afstand d en de radiale snelheidscomponent V = V„ = V, door de omzetter 5 ontvangen. Deze tijd is gelijk aan een tijd- 5 verschuiving van de intensiteitsmonsters van de ontvangstsignalen van de omzetters 5 en 6. Aangezien de afstand d van de omzetters 5 en 6 bekend is, zijn alle grootheden voor het bepalen van de vaartuigsnelheid V vastgesteld: V volgt uit ——.

τΙΚ 10 In fig. 3 is een verder vaartuig 1* op een koers parallel aan de verbindingslijn tussen de omzetters 5 en 6 weergegeven. Hier wordt het interferentieveld met de radiale snelheidscomponent Vr van de vaartuigsnelheid V langs de omzetters 5 resp. 6 "voorbijgeschoven".

15 Er wordt een tijdverschuiving van de intensiteitsmonsters vastgesteld, als wanneer de omzetters 5, 6 op een afstand a = d.sinO ten opzichte van de verbinding tussen de meetplaats 3 en het vaartuig 1' zouden liggen. Deze verbinding en de middelloodrechte op de afstand 20 d tussen de omzetters 5, 6 sluiten een hoek Θ in. Hierbij verkrijgt men de tijdsverschuiving:

_ a _ d.sinO

τΙΚ V “ V r r

De vaartuigsnelheid V wordt verkregen op grond

Vr 25 van de geometrische verhoudingen uit V =

Vr is bekend uit de tijdverschuivingsmeting volgens v _ d.sinB r τικ en de vaartuigsnelheid kan worden bepaald uit y = d.sinO_ _ d τΙΚ* sin9 τΙΚ

De afstand d en de tijdverschuiving xIK zijn gemeten grootheden, waaruit dus de vaartuigsnelheid V zonder kennis van het looptijdverschil t2 of de hoek Θ kan worden bepaald.

35 Fig. 4 dient ter toelichting van de vaartuig- snelheidsbepaling onder de aanname, dat de koers 2 W ' V J i ^ / - 29 - -,.

een willekeurig verloop ten opzichte van de meetplaats 3 vertoont. In fig. 4 is een segment van de meetsituatie volgens fig. 1 weergegeven. Het segment toont de omzetters 5 en 6 en het vaartuig 1, dat de koers 2 volgt. Zoals reeds 5 in fig. 1 weergegeven en beschreven, sluit de verbindingslijn tussen het vaartuig 1 en het midden van de afstand d van de omzetters 5, 6 een hoek in' waarvan het 180° complement is aangeduid met Θ. Deze hoek Θ is eveneens ingezet in een driehoek aan de meetplaats 3, waarvan de 10 basislijn de afstand d tussen de omzetters 5, 6 vormt, en waarvan de ene kathete gelijk is aan d.sina . Deze segmentweergave dient voor de toelichting van het bepalen van de radiale snelheidscomponent Vr van de vaartuig-snelheid V van het vaartuig 1. De gemeten tijdsverschuiving 15 τΙΚ van de intensiteitsmonsters wordt door de radiale snelheidscomponent Vr van het vaartuig 1 veroorzaakt en zou door een fictieve meetinrichting kunnen worden gemeten, waarvan de verbindingslijn in de richting van de radiale snelheidscomponent Vr wijst en de afstand d.sin9 vertoont.

20 De radiale snelheidscomponent Vr zou derhalve uit het quotiënt van de afstand van een fictieve meetinrichting 5’, 6' en de tijdsverschuiving berekend kunnen worden.

De tijdsverschuiving wordt gemeten. De afstand van de fictieve meetinrichting wordt mét behulp van het additioneel 25 te meten looptijdverschil bepaald. Met behulp van dit looptijdverschil X2 kan de sin 9 worden bepaald en wei volgens de betrekking: τ2 sin0 = d/c *

Aldus wordt de afstand verkregen van de' 30 fictieve meetinrichting 5f, 6', welke evenwel met d.sin9 is aangegeven, volgens d‘ d/c = T2*c‘

De formule voor de radiale snelheidscomponent VV luidt derhalve: „ „ r T-j. c 35 Vr = *

XIK

£· . «i λ m 5 -v u i .J $ 7 - 30 -

De tijdsverschuiving van de intensiteits-monsters van twee ontvangstsignalen wordt vastgesteld met behulp van de correlatieschakeling 33 volgens fig. 2. Via een bestuurbare omschakelaar 34 zijn de beide 5 ingangen van de correlatieschakeling 33 verbonden met twee van de drie intensiteitsmonstereenheden 30, 31 resp. 31, 32 resp. 30, 32. De omschakelaar 34 is met zijn stuuringang samengeschakeld met de uitgang van een maximumdetector 35, die achter de drie looptijdrekentrappen 10 10, 11 en 12 is geschakeld. In de = maximumdetector 3.5 wordt de grootste looptijd ^2 bepaald en vastgesteld, dat de looptijd \2 ligt tussen de ontvangstsignalen van de omzetters 5 en 6. Door de omschakelaar 34 worden de segmenten van de intensiteitsmonsters van de ontvangst-15 signalen van hetzelfde omzetterpaar aan de uitgang van de intensiteitsmonstereenheden 31 en 32 verder geschakeld aan de correlatieschakeling 33. De intensiteitsmonsters van de ontvangstsignalen van deze beide omzetters 5 en 6 worden benut voor het bepalen van hun tijdsverschuiving 20 τΙΚ, aangezien hun tijdsverschuiving τΙΚ groter is dan de tijdverschuivingen van de intensiteitsmonsters van de ontvangstsignalen van de beide andere omzetterparen.

Aldus is gewaarborgd, dat de relatieve nauwkeurigheid van de bepaling van de tijdverschuiving τΙΚ het grootst 25 is.

In de correlatieschakeling 33 wordt de inten-siteitsverdeling in de tijd langs een frequentiespoor van het ene intensiteitsmonster binnen het tijdsinterval At gecorreleerd met de intensiteitsverdeling in de tijd 30 van hetzelfde frequentiespoor in het tweede intensiteitsmonster in een correlatietrap 36, dat wil zeggen voor elke tijdeenheid vermenigvuldigd en geïntegreerd. Deze signaalverwerking wordt voor alle frequentiesporen in het frequentiegebied Af uitgevoerd. De daardoor verkregen 35 correlatiefunkties worden in een in de correlatieschakeling 33 aanwezig tussenopslagorgaan 37 afgegeven. Over alle correlatiefunkties wordt in een daarachter geschakelde gemiddelde waardevormer 38 een gemiddelde correlatiefunktie gevormd en uit de ligging van haar 40 maximum de tijdverschuiving τ K van de intensiteitsmonsters 5 40 13 3 7 - 31 - bepaald.

De correlatieschakeling 33 en een verdere uitgang van de maximumdetector 35 voor het maximale looptijdverschil r.J zijn verbonden met een rekenschakeling 5 40, waarin de radiale snelheidscomoonent = c.

r τΙΚ wordt berekend. In de rekenschakeling 40 wordt het quotiënt uit looptijdverschuiving τ2 en tijdverschuiving τΙΚ van de intensiteitsmonsters van de ontvangstsignalen van hetzelfde omzetterpaar vermenigvuldigd met de uit-10 breidingssnelheid c.

In fig. 5 is een principiële opbouw van de intensiteitsmonstereenheid 30 weergegeven. De intensi-teitsmonstereenheden 31 en 32 kunnen op dezelfde wijze worden uitgevoerd. Achter de omzetter 4 is via een 15 laagdoorlaatfilter 39 een analoog-digitaal-omzetter met daarachter geschakeld opslagorgaan 41 aangebracht. De grensfrequentie van het laagdoorlaatfilter is zodanig gedimensioneerd dat deze gelegen is beneden de grensfrequentie van de hoogdoorlaatfliters 7, 8, 9. Steeds 20 in tijdeenheden T wordt het verloop van de tijd van het gefilterde, gedigitaliseerde ontvangstsignaal opgeslagen. Een klok 42 stuurt de analoog-digitaal-omzetter en het opslagorgaan 41 corresponderend aan. In een achter-geschakelde FFT-rekenschakeling 43 worden uit de op-25 geslagen ontvangstsignalen na noodzakelijke filtering (Aliasing-filter) in overeenstemming met het algorithme van de Fast-Fourier-transformatie en aansluitende bedragskwadraat-vorming en normalisering spectrogrammen gemaakt en opgeslagen. Achter de FFT-rekenschakeling 30 43 is een geheugenschakeling 44 geschakeld, die met een frequentiestuurschakeling 45 en een tijdstuurschakeling 480 verbonden is voor het vormen van het segment.

In de geheugenschakeling 44 worden de spectrogrammen over een tijdbasis, die in tijdeenheden T gerasterd is, 35 regelgewijs opgeslagen, doordat per regel de intensitei ten over de frequentie f worden afgelegd. De geheugenschakeling 44 is verbonden met de klok 42. Er ontstaat een als grijstoonschrift weergegeven intensiteitsmonster in toekenning aan de tijd T als ordinaat en frequentie f 40 als abscis.

ö " v i ï hr - 32 -

In de frequentiestuurschakeling 45 wordt een frequentiegebied Af rond een middenfrequentie f zodanig vastgelegd, dat een modulatiemaat van de intensiteiten langs alle frequentiesporen binnen het frequentiegebied 5 Af boven een voorbepaalbare drempel ligt. De frequentie- stuurschakeling 45 bevat een gemiddelde-waardeschakeling 46, een verschilvormer 47, een modulatieberekenaar 48 en een drempelwaardeberekenaar 4.9. De frequentiestuurschake- ling 45 is verbonden met de FFT-rekenschakeling 43. In 10 de gemiddelde-waardeschakeling 46 worden de intensiteiten 1^ langs elk frequentiespoor opgeteld en door hun aantal N gedeeld. Men verkrijgt de gemiddelde waarde I van de intensiteiten per frequentiespoor. In de achtergeschakelde verschilvormer 47 wordt per frequentiespoor de variantie 2 15 σ berekend, doordat het verschil tussen de intensiteiten I£ op het frequentiespoor en de gemiddelde waarde ï van de intensiteiten op hetzelfde frequentiespoor gevormd, gekwadrateerd en gesommeerd wordt. In de nageschakelde modulatieberekenaar 48 wordt de modulatiemaat van de 20 intensiteiten van elk frequentiespoor bepaald. De modulatiemaat N kan worden berekend uit:

N

ï = è Σ i· N i=i 1 σ2·= (1, - ï>2 “Λ/?-1' 25 Achter de modulatiemaatberekenaar 48 is de drempelwaardeberekenaar 49 geschakeld, waarin vastgesteld wordt, voor welke naburige frequentiesporen de eventueel afgevlakte modulatiemaat over een voorbepaalbare drempel ligt. Aan de uitgang van de drempel-30 waardeberekenaar 49 wordt de middenfrequentie f en het frequentiegebied Af aangegeven, waarbinnen de modulatiemaat voor elk frequentiespoor boven de drempel ligt, bijvoorbeeld een frequentiegebied Af = 200 Hz rond een middenfrequentie f = 300 Hz.

35 De geheugenschakeling 44 wordt door de frequentiestuurschakeling 45 gestuurd voor het vormen van 8401997 - 33 - * het segment. Bovendien is de geheugenschakeling 44 samengeschakeld met de tijdsduurschakeling 480.

In de tijdstuurschakeling 480, die door de klok 42 wordt aangestuurd, wordt een tijdinterval at 5 van bijvoorbeeld 200 sec. voorgegeven. De tijdinterval At omvat meerdere tijdeenheden T en is zodanig gekozen, dat ten minste een interferentiegolflengte omvat wordt en bijvoorbeeld twee intensiteitsmaxima op het frequentie-spoor van de middenfrequentie f aan te geven zijn.

10 De frequentiestuurschakeling 45 en tijdstuur- schakeling 84 sturen de geheugenschakeling 44 en definiëren het segment van het“intensiteitsmonster.

Het intensiteitsmonster in dit segment wordt bovendien via de omschakelaar 34 in fig. 2 in een interferentie-15 lijnenberekenaar 50 gebruikt. De interferentielijnen-berekenaar 50 in fig. 2 bestaat uit een approximatie-berekenaar 51, die door de rechtstreeks met de omschakelaar 34 verbonden intensiteitsmonstereenheid 31 wordt gevoed, een simulatieberekenaar 52 en een stijgingsberekenaar 53.

20 In de approximatieberekenaar 51 worden binnen het segment naburige intensiteiten van gelijke sterkte opgezocht, die interferentielijnen vormen. In de simulatieberekenaar 52, die samengeschakeld is met de approximatieberekenaar 51, wordt in een frequentie-tijd-coördinatenstelsel een 25 rechte gesimuleerd. Deze rechte wordt in de approximatieberekenaar 51 vergeleken met de door het midden van het segment verlopende interferentielijn. De rechte in de simulatieberekenaar 52 wordt zo lang gedraaid en in tijdrichting verschoven, tot afwijkingen van de inter-30 ferentielijn ten opzichte van de rechte een minimum zijn. Het draaipunt van de rechte wordt bij voorkeur op een frequentiespoor van -0,1 f in de tijdrichting verschoven. Deze afwijkingen kunnen tijd- en frequentieafwijkingen tussen de coördinaten van de interferentielijn en die 35 van de rechte zijn. Deze rechte stelt de gezochte regressierechte voor. Het is evenwel ook mogelijk om in de approximatieberekenaar 51 niet te approximeren door middel van een regressie, maar door vergelijking van intensiteiten, die in het interferentiemonster langs 40 de rechte optreden. De rechte approximeert de interferen- 8 4 o 1 P c> - 34 - tielijn, wanneer alle langs de rechte gemeten intensiteiten even groot zijn en bij voorkeur maximale of minimale waarden vertonen.

Indien rechte en interferentielijn tot dekking 5 zijn gebracht, geeft de approximatieberekenaar 51 een vrijgeefsignaal aan de stijgingsberekenaar 53, die verbonden is met de simulatieberekenaar 52. De stijgingsberekenaar 53 neemt uit de simulatieberekenaar 52 de rechte over in het frequentie-tijd-coördinatenstelsel en bepaalt de jj.

10 stijging ^ = t' ervan, welke de gezochte stijging van de interferentielijn aangeeft.

Achter de interferentielijnberekenaar 50 is een afstandsberekenaar 55 geschakeld, die de afstand r tussen het vaartuig 1 en de meetplaats 3 bepaalt uit de 15 stijging t', de tijdverschuiving τΙΚ en het looptijdver-schil tj. De uitgang van de correlatieschakeling 33 en de tweede uitgang van de maximumdetector 35 zijn eveneens verbonden met ingangen van de afstandsberekenaar 55.

20 In het volgende wordt in samenhang met de fig. 6.1, 6.2 en fig. 7 de afstandsbepaling nader toegelicht.

Fig. 6.1 toont een meetsituatie voor een overloop, waarbij het vaartuig 1 op direkte of radiale 25 koers de meetplaats 3 nadert met constante vaartuigsnelheid V resp. naderingssnelheid V_ = V = V. Tot het tijdstip

Cl i t bevindt het vaartuig 1 zich op een afstand r ten opzichte van de meetplaats 3, wanneer het met constante vaartuigsnelheid V zijn koers bijhoudt. Op het tijdstip tCÏ>A 30 zal het de meetplaats 3 hebben bereikt.

Met de werkwijze voor het bepalen van doel-gegevens moet de vaartuigafstand r, de vaartuigsnelheid V, de peilhoek φ en de koershoek γ worden bepaald. Bij dit bewegingsgeval zijn de interferentielijnen bij benadering 35 rechten, die waaiervormig in het frequentie-tijd-coördinatenstelsel verlopen. Fig. 6.2 toont in een principeschets het verloop van dergelijke interferentie-lijnen in het frequentie-tijd-coördinatenstelsel voor de aanloopfase. De interferentielijnen zijn in werkelijkheid 40 zwak gekromd, hier evenwel als rechten Gl, G2, .... Gn 1401*97 .

- 35 - schematisch aangegeven. Indien men zich op het frequen-tiespoor van de middenfrequentie f beweegt, zijn de afstanden tussen de rechten G1, G2, .... , Gn bepaald door de interferentiegolflengte X(f ) en afhankelijk van ^ X (ψ ) 5 de naderingssnelheid V * V = V. De afstand —v is a r Vr des te kleiner, naarmate de naderingssnelheid V s V„ groter is. Indien men een intensiteitsmaximum beschouwt op één van de interferentielijnen, bijvoorbeeld het punt op de rechte G1 tot het tijdstip tQ bij de 10 middenfrequentie fQ, kan men zeggen, dat in een tijdspanne Δτ = t - tnOA juist k intensiteitsmaxima in de afstand

y / -p \ ^ wirA

'~oi optreden. Op het frequentiespoor f zijn eveneens Vr k intensiteitsmaxima tot aan de rechte G1 vast te stellen.

Het k-de intensiteitsmaximum treedt_voor de frequentie f 15 op de rechte G1 op bij een tijd t, de afstanden tussen X (f) de intensiteitsmaxima bedragen hier ™--. De tijdspannen vr tot het bereiken van de meetplaats 3 zijn: X ( f _ ) V f to"*tCPA = k * “V Und t-tCPA = k * V * r r

De vergelijking voor to-tcpA wordt opgelost naar k en ingezet in de vergelijking voor Men 20 verkrijgt voor t: t = (t -t ) mi + t r ltO rCPA; * X(fo) * CCPA*

Indien men deze vergelijking differentieert naar de frequentie f, vindt men de stijging van de rechte G1 = , ) *'.W- df r ^“O ZCPA' · X(f0J’ 25 Indien men deze vergelijking oplost naar

tQ-tCpA, vindt men voor de middenfrequentie fQ

X(fQ) t -t = t1 _ ro cPA C * X'(f } * o

Deze tijdspanne t is evenwel juist die tijd, die verloopt, totdat het vaartuig 1 de meetplaats 35 met de naderingssnelheid Vr heeft bereikt. Er geldt derhalve: U ( · - 36 - r = ^to""tCPA^ * vr = t! ‘ X' (fQ) ’ Vr ^ *

In dit speciale bewegingsgeval is de naderings-snelheid V_ = V„ gelijk aan de vaartuigsnelheid V, die wijst in de richting van de verbindingslijn tussen vaar-5 tuig 1 en meetplaats 3, zoals anders bij elk algemeen bewegingsgeval de radiale snelheidscomponent V .

Volgens het blokschema in fig. 2 is evenwel de radiale snelheidscomponent V reeds in de rekentrap 40 berekend, die hier gelijk is aan de naderingssnelheid 10 Va = Vr: V .

r TIK

In dit speciale geval van de nadering geldt: τ = 2 τ2 t en zodoende __ ~ 2 d , 15 Vr ~ c * “ - τ~

13 IK IK

De vaartuigafstand r is in de afstanösbereke-naar 55 uit vergelijking (A) en vergelijking (B) te berekenen als volgt: X(f ) τ9 X(f0) .

· X'(£0)-c· xIK t>X'<f0)*TIK (C) 20 - De interferentiegolf lengte X (f).... wordt door kennis van de overdrachtslaag, waarin de meetplaats 3 zich bevindt, vooraf bepaald. Evenzo is de afleiding van de interferentiegolflengte X(f) volgens de frequentie f berekenbaar en tevoren voor de middenfrequentie f te 25 bepalen. Zodoende vertoont vergelijking (C) slechts meetbare grootheden. Talrijke proeven hebben laten zien, dat het quotiënt X(f ) onafhankelijk van de diepte van de overdrachtslaag steeds ongeveer gelijk is aan 1,1.f , hoewel de interferentie-30 golflengte X(f) zelf door de diepte zeer sterk wordt beïnvloed, waarbij de diepte de uitbreiding van de overdrachtslaag tussen haar grensvlakken aangeeft.

84 0 1 99 7.

- 37 - ‘

Fig. 7 toont een frequentie-tijd-diagram, waarbij het vaartuig 1 met twee verschillende vaartuig-snelheden de meetplaats 3 bij een overloop volgens fig. 6.1 nadert. Aan de hand van dit principediagram wordt de 5 werkwijze en zijn funktionaliteit ook bij veranderende naderingssnelheid V_ beschreven. De interferentielijnen worden benadert door rechten. Wij zien in het onderste bereik van het diagram rechten, waarvan de stijging groter is dan in het bovenste bereik. Na een tijd van 600 sec.

10 vanaf het begin van het meten heeft het vaartuig 1 zijn vaartuigsnelheid V verhoogt, aangezien de stijging van de rechten afgenomen is. De afstand tussen de afzonderlijk interferentielijnen is in dit gebied nog slechts half zo groot als in het onderste gebied van het diagram. Daaruit 15 kan men concluderen, dat de vaartuigsnelheid V verdubbeld is. De eerste meting wordt bijvoorbeeld aangevangen na een tijd van 100 sec. Er wordt een frequentiegebied van Af = 200 Hz in aanmerking genomen, dat aangebracht is rond een middenfrequentie van f = 300 Hz. Het tijds-20 interval bedraagt At = 200 sec., het segment van het interferentiemonster in het eerste meetgeval is aangegeven met de letter Y. Een dergelijk segment van het inten-siteitsmonster is in elk van de intensiteitsmonstereen-heden 30, 31 of 32 gevormd. Wij nemen aan, dat met 25 behulp van de correlatieschakeling 33 een tijdverschuiving τΙΚ - 200 sec. tussen twee intensiteitsmonsters wordt gemeten. Het looptijdverschil van de ontvangstsignalen van hetzelfde omzetterpaar, bijv. omzetters 4 en 5, zij gemeten op = 0,067 sec., waarbij 30 τ1 - c " 1500 m/s " °'067 sec' wegens de overloop volgens fig. 6.1, waarbij de afstand van de omzetters d = 100 m, de schakelsnelheid c = 1500 — s bedraagt. In de interferentielijnenberekenaar 50 wordt de stijging t’ van de interferentielijn, die door het 35 midden van het segment Y verloopt, bepaald. Zij bedraagt t' = 6,36 s/Hz. Het quotiënt valt nu te bepalen als: XCf0) yr/v = 1/1-f = 1,1.300 Hz.

* Uo' ° Λ " /» A .*> Λ *-· 3 4 g i b Γ - 38 - üit deze meetgrootheden wordt de vaartuig-afstand r volgens de vergelijking (C) berekend als volgt: r = 1,1.300.6,36. Ξ 10500 m.

De naderingssnelheid Vr resp. vaartuigsnelheid 5 V wordt berekend volgens vergelijking (B): „ __ τ1 _ 1500 m/s.0,0675 c _, ,Λ , V »c. — = ----- = 5 m/s = 10 kn.

'T * kIK 20 s

De peilhoek φ volgt uit het looptijdverschil volgens φ = arcsin (c.^p)=arcsin ^'^^^^"arcsin 1; φ = 90°.

10 De koershoek γ is eveneens gelijk 90°, aangezien een tangentiale snelheidscomponent niet aanwezig is.

Een nieuwe meting wordt na een tijd van 900 sec. uitgevoerd. Er wordt in de intensiteitsmonster-eenheid 30 een segment Z volgens fig. 7 gevormd. De 15 volgende meetwaarden worden vastgesteld: de tijdverschuiving ττν = 10 s, het looptijdverschil τ. = — =0,067 s X c de stijging van de interferentielijn t' * 1,36 s/Hz 20 het quotiënt 1,1.f = 1,1*300 Hz.

Met deze meetgegevens wordt de vaartuigaf-stand op r 2 4500 m en de naderingssnelheid op

Vr = 10 m/s = 20 kn 25 vastgesteld. Peilhoek en koershoek bedragen: φ - γ = 90°.

üit dit voorbeeld kan men zien, dat onafhankelijk van voorafgegane en later volgend bewegings-gedrag van het voertuig de doelgegevens juist bepaald 30 worden.

Als volgende kan de vraag gesteld worden, of de werkwijze voor het bepalen van doelgegevens ook dan kan worden gebruikt, wanneer de koers van het vaartuig 1 niet over de meetplaats 3 loopt, maar met een 35 dwarsafstand langs de meetplaats 3 voorbij loopt, en de s£ o 1 Oö7 g 1 y j ü y / - 39 - interferentielijnen daardoor een hyperboolvormig verloop hebben. Dit zal worden aangetoond aan de hand van de principeschets volgens fig. 8.

Het vaartuig 1 bevindt zich op het tijdstip t1 5 op een afstand r van de meetplaats 3 onder een peilhoek ? ten opzichte van de referentierichting N. De koers van het vaartuig 1 loopt onder een koershoek γ ten opzichte van de referentierichting N en vertoont ten opzichte van de meetplaats 3 een dwarsafstand q. Het vaartuig 1 10 vaart met een vaartuigsnelheid V en heeft de dwarsafstand q aan de plaats R op het tijdstip tCpA gepasseerd. Tussen de vaartuigsnelheid V en de radiale snelheidscomponent V ligt een snelheidshoek a.

In de tijd Δτ = ti“tcpA keeft het vaartuig 1 15 met de vaartuigsnelheid V de weg s afgelegd: s » ν.Δτ.

Er geldt volgens de stelling van Pythagoras de volgende geometrische betrekking: r2 = q2 + s2 = q2 + V2 . Δτ2.

2 20 (V .Δτ) wordt buiten haakjes gebracht en er 2 wordt gedeeld door V .Δτ: 2 r r _ . , σ ,T* ν.Δτ ' V Δτ + „2 (I) V .Δτ

Bovendien geldt voor de snelheidsdriehoek uit V, Vr en VQ: v 25 cos α = — .

Voor de driehoek met meetplaats 3, vaartuig 1 en plaats R als hoekpunten geldt: ___ _ s _ ν.Δτ OOS d - - = -J—.

Zodoende geldt: 30

r V

en men verkrijgt voor de vergelijking I: f· = ΔΤ t -3^- (II! r V .Δτ

De eerste term Δτ aan de rechterzijde van vergelijking II is precies die tijd, die verloopt, 35 wanneer het vaartuig 1 met vaartuigsnelheid V de weg s aflegt. De tweede term 5401937 - 40 - si_____ V2. Δτ is een tijdspanne ΔΤ, die zal verlopen, wanneer het vaartuig de weg q van de meetplaats 3 tot aan de plaats R zou afleggen met een fictieve snelheid Vs, welke wijst 5 in de richting van de dwarsafstand q, zoals de volgende berekening laat zien:

Met s = ν.Δτ verkrijgt men - at - a_ = ai · <m> ν2.Δτ s-v 10 Bovendien is volgens fig. 8 2 = tan a, s

dat ingezet wordt in vergelijking III

ΔΤ = 2 tan α (IV) en volgens fig. 8 geldt: 15 —— = Vs, tan α ' hetgeen naar tan α wordt opgelost en in vergelijking IV wordt ingezet. Er geldt dus: ΔΤ = -*2— = 2* .

V .Δτ

Men kan zich thans voorstellen, dat het 20 vaartuig 1 van de meetplaats 3 met de radiale snelheids-component V via de weg r na een tijd xTC * &— zijn huidige positie heeft bereikt. Anderzijds kanrhet deze positie ook bereikt hebben, doordat het van de meetplaats 3 de dwarsafstand q met de fictieve snelheid V* in de 25 "yS = AT en aansluitend de weg s met de vaartuig- snelheid V in de tijd Δτ = ti"tcPA keeft afgelegd. Aangezien evenwel het vaartuig 1 op de tijd t^ onafhankelijk van een ingeslagen weg de ingetekende positie bereikt heeft, is 25 τΙ5 = Δτ + ΔΤ =* 2 .

γ»

Het quotiënt ^ is evenwel volgens vergelijking (A) juist gelijk aan het produkt van de stijging t' van een van de interferentielijnen in het segment bij de middenfrequentie fQ en de faktor X(f0) 30 X'(f\ 1/1·fo· 8401337 0 - 41 -

Er geldt dus ook voor een willekeurige koers van het vaartuig 1, dat uit de stijging t' de interferen-tielijn en de radiale snelheidscomponent Vr de afstand r tussen de meetplaats 3 en vaartuig 1 volgens vergelijking 5 (A) op blz. 36 op elk tijdstip kan worden bepaald.

In de afstandsberekenaar 55 volgens fig. 2 wordt de vaartuigafstand r berekend. Aan de uitgang van de rekenschakeling 40 verschijnt de radiale snelheidscomponent Vr van de vaartuigsnelheid V. De vaartuigsnel-10 heid V wordt berekend uit de radiale snelheidscomponent V en de tangentiale snelheidscomponent V volgens de j- 9 stelling van Pythagoras in een vaartuigsnelheidsberekenaar 60, die aan ingangszijde met de rekenschakeling 40 en via een vermenigvuldigingsschakelaar 61 met de afstands-15 berekenaar 55 verbonden is: V = ^/v^ + v|. In de vermenig vuldig ingsschakeling 61 wordt het produkt van de vaartuigaf stand r en de verandering in de tijd van de hoek θ berekend. Deze hoekverandering in de tijd wordt vaak hoek-snelheid Θ genoemd. De geometrische betrekkingen tussen 20 de snelheidscomponenten Vr, VQ/ van vaartuigsnelheid V ten opzichte van de meetplaats 3 zijn uit fig. 4 af te leiden. De hoek Θ wordt uit het looptijdverschil τ2 in een achter de maximumdetector 35 geschakeld rekenorgaan C · To 62 volgens de betrekking Θ = arcsin —— bepaald.

25 Achter het rekenorgaan 62 is een differentieerschakeling 63 geschakeld, waarin de verandering in de tijd van de hoek Θ per tijdeenheid T wordt bepaald. De vermenig-vuldigingsschakeling 61 is met haar tweede ingang verbonden met de differentieerschakeling 63 en berekend het 30 produkt uit de vaartuigafstand r en de verandering in de tijd van de hoek 9. Dit produkt is gelijk aan de tangentiale snelheidscomponent Vg = r.9.

Voor het berekenen van de op het noorden gerefereerde koers van γ is achter de interferentielijnen-35 berekenaar 50 en de differentieerschakeling 63 een hoekrekentrap 64 geschakeld, waarin een snelheidshoek a, zoals aangegeven in fig. 4, wordt berekend. De snelheidshoek α ligt tussen de radiale snelheidscomponent Vr en de vaartuigsnelheid V en luidt: 8 4 0 1 9 .o ·* - 42 - /x(fo} Λ α = arc tanl χ, ^ . t' . Qj . (D)

Deze uitdrukking kan uit de geometrische opstelling volgens fig. 4 en onder toepassing van vergelijking (C) op de volgende wijze worden afgeleid:

V X X x(f0> X

V λ l TIPT * ^ tv · ^ ^ O

5 tan α= ψ- = —^.r. *θ = — ^ β'χΤ(Έ0) mt' *c* ’

Derhalve is ^ tan α » ψτ7τ~\ * t'. Θ.

*

Deze betrekking, opgelost naar α geeft vergelijking (D).

10 De vaartuigsnelheid V kan uit de snelheidshoek α en de radiale snelheidscomponent Vr berekend worden volgens de betrekking V = —.

COS 0&

Achter de hoekrekentrap 64 is een sommerings-schakeling 65 geschakeld, die als tweede ingangsgrootheid 15 de op noord gerefereerde peilhoek φ bevat, waaruit volgens fig. 1 de op het noorden gerefereerde koershoek γ = φ-α-180° wordt berekend.

Fig. 9 toont een modificatie van de interferen-tielijnenrekenaar 50. De approximatieberekenaar 51 bevat 20 hier voor het bepalen van de approximatie van de inter-ferentielijn in het segment van een intensiteitsmonster en een in de simulatieberekenaar 52 tot stand gebrachte rechte een selectieschakeling 69, die de intensiteiten in het segment, welke op de rechte liggen, uitzoekt, 25 en een gemiddelde-waardevormer 70, waarin de intensiteiten I. langs de rechte opgeteld en door hun aantal N worden

1 N

gedeeld: = _ 1 _ 1 N Ar i* i=l 1

In een kwadrateerorgaan 71 worden de afzonder-30 lijke intensiteiten 1^ langs de rechte gekwadrateerd en in een nageschakelde opteller 72 opgeteld en gedeeld door het aantal N. Men verkrijgt de gemiddelde waarde van de gekwadrateerde intensiteiten: 1 N 2 m = i T 17.

N i i=l 8 4 o 1 r' - - 43 -

Achter de gemidöelde-waardevormer 70 en het optelorgaan 72 is een rekenschakeling 73 geschakeld, waarin de relatieve standaarddeviatie ~ van de intensiteiten 1^ langs de rechte ten opzichte Xvan een gemiddelde 5 waarde ï wordt berekend volgens de formule: 'Nm-Ï ^ _ σ ï ï

De uitgang ervan is verbonden met een controle-schakeling 74 voor het vrijgeefsignaal van de approximatie-berekenaar 51. De controleschakeling 74 geeft dan een 10 vrijgeefsignaal af, wanneer de relatieve standaarddeviatie = zo klein mogelijk is en kleiner dan een vooraf vastgestelde waarde. Dan zijn de intensiteiten 1^ langs de rechte bij benadering gelijk en de rechte nadert het best aan de interferentielijn. Het vrijgeefsignaal wordt 15 toegevoerd aan de stijgingsberekenaar 53, waarin de in de simulatieberekenaar 52 gesimuleerde rechte t(f) wordt gedifferentieerd naar de frequentie f. Wanneer er geen vrijgeefsignaal wordt gegenereert, wordt de rechte in de simulatieberekenaar 52 gedraaid en/of in de tijds-20 richting zo lang verschoven totdat de relatieve standaarddeviatie ^ het kleinst is.

Ook is het mogelijk in de simulatieberekenaar 52 in plaats van een rechte een bundel rechten te simuleren, die elkaar allen bij de frequentie -0,l.fQ snijden 25 en op het frequentiespoor van de middenfrequentie met nul gelijke afstanden vertonen. De selectieschakeling 69 zoekt dan de corresponderende intensiteiten,die behoren tot de coördinaten van de gesimuleerde rechten, uit het segment van de intensiteitsmonsters, welke in de gemid-30 delde waardevormen 70 en het kwadrateerorgaan 71 per rechte verder verwerkt worden. Voor alle rechten wordt de relatieve standaarddeviatie ^ berekend en de rechten aan de interferentielijnen in het segment geapproximeerd.

De controleschakeling 74 genereert een vrijgeefsignaal, 35 wanneer voor alle rechten de relatieve standaarddeviatie

= het kleinst is. Door de simulatieberekenaar 52 wordt I

de door het midden van het segment verlopende rechte overgedragen aan de stijgingsberekenaar 53.

8*01597 - 44 -

In het volgende zal het geval van een diepteverandering in de overdrachtslaag worden beschreven:

Indien de meetplaats met de omzetters zich bijvoorbeeld in een vlakwatergebied bevindt, dat geen 5 constante waterdiepte vertoont, is de bepaling van de radiale snelheidscomponent Vr uit de tijdsverschuiving niet meer onafhankelijk van de plaats van het schip en de waterdiepte aan de plaats van het schip.

Fig. 10 toont een principeschets van een vlak-10 waterkanaal, waarbij eenvoudshalve een continue diepte-variatie door twee waterdieptes H1 en H2 met een sprong weergegeven wordt. Aan de hand van dit model zal een correctie van de snelheidsmeting worden toegelicht.

In.dit modelachtige vlakwaterkanaal interfereren twee 15 eigengolven met elkaar, die in het gebied met de waterdiepte een interferentiegolflengte X^ en in het gebied met de waterdiepte H2 een interferentiegolflengte X2 vertonen. De meetplaats 3 bevindt zich in het gebied met waterdiepte H^. Indien het vaartuig 1 zich bevindt 20 in het gebied met de waterdiepte wordt aan de meetplaats 3 een tijdverschuiving gemeten, die samen met de afstand d van de omzetters 4 en 5 volgens vergelijking (B) op blz. 36 de vaartuigsnelheid Vr = V levert.

Het vaartuig 1 legt bijvoorbeeld met zijn 25 vaartuigsnelheid V in een tijd t^ een zodanige afstand af, welke juist gelijk is aan de interferentiegolflengte X^. Aangezien het vaartuig 1 omgeven is door zijn inter-ferentieveld, zal een intensiteitmaximum in het gebied met de waterdiepte H2 in de tijd t^ een weg S2 afleggen, 30 die kleiner is dan de weg en juist gelijk aan de interferentiegolflengte X2·

Indien het vaartuig 1 zich bevindt in het gebied met de waterdiepte H2, zal met vaartuigsnelheid V een interferentiemaximum in een tijd t2 een weg afleggen 35 volgens de referentiegolflengte X2· Gemeten wordt aan de meetplaats 3, waar evenwel in dezelfde tijd t2 een interferentiemaximum een weg in overeenstemming met de referentiegolflengte X^ met een gemeten snelheid V*S heeft afgelegd: X^ = Vs*.t2, De tijd t2 wordt bepaald 40 uit de interferentiegolflengte X2 en de vaartuigsnelheid 14 o::, ? - 45 - _ ‘ X2 V en is t2 = ψ— . Indien meg^t2 in de vergelijking voor Χχ inzet, krijgt men Χχ = -— .X2>

Indien men deze vergelijking oplost naar de gemeten snelheid V**, verkrijgt men V** = V.

5 Uit de tijdverschuiving die gemeten wordt uit de meetplaats 3, wanneer het vaartuig 1 zich bevindt in het gebied met waterdiepte H2, is de gemeten snelheid V** bekend. Deze gemeten snelheid V** is groter dan de vaar— tuigsnelheid V, namelijk V** = , waarbij Χχ < X2 is.

10 Uit het bovengenoemde artikel van Weston is bekend, dat de interferentiegolflengtes Χχ, X2 zich verhouden als de kwadraten van de waterdiepten , H2: fl ,2 x2 ( h2 >

Er treedt dan een schattingsfout op voor de 15 snelheid V volgens: AV _ V-V** _ , ΔΗ . ΔΗ . 2

V^± V*S " Ηχ 1 Ηχ J

met ΔΗ = Hj-^.

In de meeste toepassingsgevallen is de relatieve ΔΗ 20 diepteverandering ^ klein. Daarom kan de tweede term van deze vergelijking worden verwaarloosd. Men verkrijgt een van juist voorteken voorziene correctiefaktor, die alleen van het verval van de bodem afhangt en gelijk is aan de dubbele relatieve diepteverandering.

25 Wegens de verandering van de interferentiegolf- lengten worden zowel de interferentielijnenstijging t' alsook de tijdverschuiving τ^κ met dezelfde faktor veranderd. Aangezien deze beide waarden volgens vergelijking (C) als verhouding in de formule voor de vaar-30 tuigafstandsbepaling ingaan, en de overige grootheden van deze formule niet door de dieptevariatie worden beïnvloed, behoeft de vaartuigafstand geen correctie.

Voor de berekening van de snelheidshoek moet de waarde van de interferentielijnenstijging worden gecorri-35 geerd. Indien de gemeten interferentielijnenstijgingswaarde 8 4 ö 1 ΰ 9 7 4 i. » - 46 - t' is en t' de gecorrigeerde interferentielijnenstijgings-waarde, geldt de volgende correctie: t' = t'S.( )2.

H2

De snelheidshoek a wordt dan met de gecorrigeerde 5 stijging van de interferentielijn uit vergelijking (D) als volgt berekend: X(fo] * H1 2 o = are tan · t' . ( g=* } . Θ.

- conclusies - 84 0 1 99·*

Claims (27)

1. Werkwijze voor de passieve bepaling van doelgegevens zoals voertuigsnelheid, afstand en koers, van een zelfgegenereerde golfenergie afstralend voertuig, in het bijzonder een watervoertuig, vanuit een meetplaats, 5 waarbij de golfenergie aan de meetplaats ontvangen door omzetters, wordt omgezet in elektrische ontvangst-signalen, en een invalsrichting van de golfenergie ten opzichte van de referentierichting als peilhoek wordt opgenomen, met het kenmerk, dat de meetplaats 10 binnen een meetgebied in een overdrachtslaag met dispersie-eigenschappen voor de door het voertuig afgestraalde golfenergie wordt gelegd, dat aan de meetplaats ten minste twee omzetters op afstand van elkaar worden aangebracht, dat ontvangstsignalen van elke omzetter voortdurend worden 15 onderworpen aan een frequentieanalyse en intensiteiten in afhankelijkheid van zowel de frequentie alsook de tijd worden opgeslagen, dat telkens uit de opgeslagen intensiteiten van de ontvangstsignalen van elke omzetter een door een vaststelbaar frequentiegebied en een vaststelbaar 20 tijdsinterval bepaald segment gekozen wordt, dat een onderlinge tijdsverschuiving van de intensiteitsmonsters in de beide segmenten wordt bepaald, en dat enerzijds ter bepaling van de voertuigsnelheid een radiale snelheids-component van de voertuigsnelheid uit het met de afstand 25 van de omzetter vermenigvuldigde quotiënt van de sinus van de peilhoek en de tijdsverschuiving verkregen wordt en/of anderzijds ter bepaling van de afstand tussen meetplaats en voertuig binnen één van de segmenten uit naburige intensiteiten van gelijke sterkte frequentie-30 afhankelijke interferentielijnen worden verkregen en de frequentiematige verandering of stijging van ten minste één van de zich in het segment bevindende interferentielijnen wordt bepaald en uit het produkt van de stijging en het met de afstand van de omzetters vermenigvuldigde 35 quotiënt van de sinus van de peilhoek en de tijdsverschuiving de afstand wordt verkregen.

2. Werkwijze volgens conclusie 1, m e t het k e n m e r k, dat de tangentiale snelheidscomponent van de voertuigsnelheid wordt verkregen uit het produkt van de afstand en de verandering in de tijd van de 5 peilhoek.

3. Werkwijze volgens conclusie 2, m e t het kenmerk, dat de ontvangstsignalen van de beide omzetters worden gebruikt voor de bepaling van de peilhoek en de verandering in de tijd daarvan, dat een looptijd- 10 verschil van de ontvangstsignalen in een hoger dan het frequentiegebied gelegen frequentie-interval wordt gemeten en daaruit onder in achtname van de afstand van de omzetters de peilhoek en de verandering in de tijd daarvan worden berekend.

4. Werkwijze volgens conclusie 3, m e t het kenmerk, dat een derde omzetter zodanig aan de meetplaats opgesteld wordt,· dat de drie omzetters in de overdrachtslaag parallel'aan hun grensvlak een bij voorkeur gelijkzijdige driehoek omspannen, dat voor het 20 verkrijgen van de tijdsverschuiving en het looptijdver-schil de omzetters paarsgewijs worden gebruikt.

5. Werkwijze volgens conclusie 4, m e t het kenmerk, dat uit de looptijdverschillen hoeken ten opzichte van de middel-loodrechte op de afstand tussen 25 elk omzetterpaar worden berekend, dat deze hoeken in boekwaarde ten opzichte van een gemeenschappelijke referentierichting worden omgerekend en met elkaar vergeleken, en dat de peilhoek uit de looptijdverschillen, die tot even grote boekwaarden behoren, wordt bepaald.

6. Werkwijze volgens conclusie 4 of 5, m e t het kenmerk, dat de bepaalde looptijdverschillen en/of tijdsverschuivingen met elkaar worden vergeleken, en dat voor het berekenen van de afstand en de voertuigsnelheid het grootste looptijdonderverschil met de 35 uit ontvangstsignalen van· hetzelfde omzetterpaar bepaalde tijdsverschuiving of de maximale tijdsverschuiving met 34 0 1 3 3 7 - 49 - ' de uit ontvangstsignalen van hetzelfde omzetterpaar verkregen looptijdverschil wordt gecombineerd.

7. Werkwijze volgens conclusie 6, m e t het kenmerk, dat de tot dezelfde boekwaarden behorende 5 looptijdverschillen met elkaar worden vergeleken en uit het kleinste looptijdverschil de peilhoek en de verandering in de tijd van de peilhoek wordt bepaald.

8. Werkwijze volgens conclusie 7, m e t het kenmerk, dat de koers bepaald wordt uit de peilhoek 10 vermeerderd met een snelheidshoek, die tussen de radiale snelheidscomponent en de voertuigsnelheid ligt.

8. C< 1 r, e 7 W · vy * & f - 48 -

9. Werkwijze volgens conclusie 8,m e t het kenmerk, dat de snelheidshoek met behulp van de boogtangens uit het produkt van stijging, een faktor, 15 en de verandering in de tijd van de peilhoek wordt berekend.

10. Werkwijze volgens één der conclusies 1 tot 9, met het kenmerk, dat het frequentiegebied met zijn middenfrequentie zodanig wordt bepaald, dat langs elk frequentiespoor een modulatiemaat van de opgeslagen 20 intensiteiten binnen het tijdsinterval wordt bepaald, en een gebied van naburige frequentiesporen, waarvoor het frequentiematige verloop van de modulatiemaat boven een drempel ligt, als frequentiegebied wordt gekozen.

11. Werkwijze volgens conclusie 10, i e t het 25 kenmerk, dat het frequentie-interval voor de peiling op een zodanige frequentieafstand van het frequentiegebied en zijn middenfrequentie wordt gekozen, dat fasesnelheden van golven binnen dit frequentie-interval in afhankelijkheid van de frequentie bij benadering 30 constant en gelijk aan de uitbreidingssnelheid van de golfenergie in het medium van het meetgebied zijn.

12. Werkwijze volgens conclusie 11, m e t het kenmerk, dat de afstand wordt berekend door het produkt uit stijging, looptijdverschil, uitbreidingssnelheid 34 0.1 9 3 7 - 50 - en faktor, gedeeld door de tijdsverschuiving van de intensiteitsmonsters van de ontvangstsignalen van hetzelfde omzetterpaar.

13. Werkwijze volgens conclusie 12, m e t het 5 kenmerk, dat de radiale snelheidscomponent wordt aangegeven door het met de uitbreidingssnelheid vermenigvuldigde looptijdverschil, gedeeld door de bijbehorende tijdverschuiving.

14. Werkwijze volgens conclusie 13, m e t het 10 kenmerk, dat de voertuigsnelheid door toepassing van de stelling van Pythagoras berekend wordt uit de radiale en tangentiale snelheidscomponent door quadratering, sommering en worteltrekken.

15. Werkwijze volgens conclusie 12, m e t het 15 kenmerk, dat de interferentiegolflengte van twee in de overdrachtslaag met elkaar interfererende eigen-golven in afhankelijkheid van de frequentie wordt bepaald, en de frequentiematige afleiding ervan bij de midden-frequentie gevormd wordt, en dat de faktor uit het 20 quotiënt van interferentiegolflengte bij de middenfrequen-tie en haar afleiding wordt gevormd. \

16. Werkwijze volgens conclusie 12,met het kenmerk, dat de faktor gekozen wordt gelijk aan de 1,1-voudige waarde van de middenfrequentie van het 2. frequentiegebied.

17. Werkwijze volgens één der conclusies 1 tot 16, met het kenmer k,dat het tijdsinterval evenredig aan de interferentiegolflengte van twee in de overdrachtslaag met elkaar refererende eigen-golven, 30 die op grond van gekozen middenfrequentie worden gevormd, wordt gekozen, en ten minste twee interferentielijnen op het frequentiespoor van de middenfrequentie bevat. ü v U j ij d 7 - 51 -

18. Werkwijze volgens conclusie 17, m e t het kenmerk, dat de afstand van de omzetters kleiner gekozen wordt dan de halve interferentiegolflengte van twee in de overdrachtslaag met elkaar interfererende 5 eigen-golven, die op grond van de gekozen middenfrequentie staan.

19. Werkwijze volgens conclusie 18, met het kenmerk, dat de omzetters binnen de overdrachtslaag op een zodanige afstand evenwijdig aan het grensvlak 10 daarvan aangebracht worden, dat ten gevolge van eigen-golven van hogere orde binnen het segment meer dan twee interferentielijnen op het frequentiespoor van de middenfrequentie aan te geven zijn.

20. Werkwijze volgens één der conclusies 1 tot 19, 15 met het kenmerk, dat uit de ontvangstsignalen van elke omzetter voor de frequentieanalyse korte-tijd-vermogensdichtheid-spectra in voorbepaalde tijdeenheden worden gevormd en betrokken op een tijdbasis steeds als intensiteiten in afhankelijkheid van de frequentie 20 opgeslagen worden, dat de tijdbasis gerasterd is in tijdeenheden, en dat het tijdsinterval een voorbepaald aantal tijdseenheden omvat.

21. Werkwijze volgens één der conclusies 1 tot 20, met het kenmerk, dat de stijging verkregen 25 wordt door approximatie van een rechte aan de interferentie-lijn.

22. Werkwijze volgens conclusie 21, m e t het kenmerk, dat binnen een door frequentie en tijdeenheden gevormd frequentie-tijd-coordinatenstelsel 30 van het intensiteitsmonster intensiteiten langs een willekeurig in het segment aangebrachte rechte worden gemeten, dat voor de approximatie van de rechte aan de interferentielijn de rechte wordt gedraaid en zo lang in tijd- en/of frequentierichting verschoven, totdat 35 de langs de rechte gemeten intensiteiten de kleinste afwijking ten opzichte van elkaar hebben. a 4 o 1Λ' - 52 -

23. Werkwijze volgens conclusie 22, m e t het kenmerk, dat binnen het frequentie—tijd-coördinaten— stelsel van het intensiteitsmonster intensiteiten langs een willekeurig in het segment aangebrachte rechte worden 5 gemeten, dat voor de approximatie van de rechte aan de interferentielijn de middelwaarde van de intensiteiten, die langs de rechte gemeten worden, wordt gevormd, dat verder de afzonderlijke intensiteiten worden gekwadrateerd en opgeteld en deze som door het aantal der gemeten 10 intensiteiten wordt gedeeld, dat daaruit de relatieve standaarddeviatie van de intensiteiten van de middelwaarde wordt berekend, en dat de kleinste afwijking van de rechte van de interferentielijn dan bereikt is, wanneer de relatieve standaarddeviatie het kleinst is.

24. Werkwijze volgens conclusie 22 of 23, met het kenmerk, dat in het frequentie-tijd-coördinatenstelsel een monster uit een bundel elkaar bij de -0,1-voudige waarde van de middenfrequentie snijdende rechten met equidistante afstanden op het frequentiespoor 20 van de middenfrequentie wordt samengesteld, dat in overeenstemming met het frequentiespoor de middenfrequentie, het segment, en het monster van de bundel langs de tijdbasis ten opzichte van elkaar verschoven worden, totdat de afzonderlijke rechten van de bundel de inter- · 25 ferentielijnen raken en niet meer snijden, dat de stijging van de verbindingslijn tussen het snijpunt van de rechte en het middelpunt van het segment de stijging van de interferentielijn aangeeft.

25. Werkwijze volgens één der conclusies 1 tot 24, 30 met het kenmerk, dat de intensiteitsverdeling in de tijd in het segment van het aan een omzetter toegekende intensiteitsmonster langs elk frequentiespoor in het voorbepaald frequentiegebied met de intensiteitsverdeling in de tijd van het aan de andere omzetter toegekende 35 intensiteitsmonster langs hetzelfde frequentiespoor over het totale tijdsinterval wordt gecorreleerd, dat de correlatiefunkties van alle frequentiesporen worden ge- Λ ·’ƒ*«* Λ Λ1 —< ΰ -i y i 3 9 - 53 - ' middeld en uit de plaats van het maximum van de gemiddelde correlatiefunktie de tijdsverschuiving wordt bepaald.

26. Werkwijze volgens conclusie 25, m s t het k e n m e r k, dat bij een meetgebied met diepteverandering 5 tussen de grensvlakken de bepaalde radiale snelheids-component in afhankelijkheid van de relatieve diepteverandering, betrokken op de diepte aan de meetplaats, met het dubbele bedrag van de relatieve diepteverandering wordt gecorrigeerd.

27. Werkwijze volgens conclusie 26, m e t h e t kenmerk, dat de stijging wordt vermenigvuldigd met een gekwadrateerd quotiënt uit de diepte op de plaats van het voertuig en de diepte aan de meetplaats. S 4 o 1 s s 7