DE2901293A1 - Dopplerlog - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Dopplerlog für ein Fahrzeug, mit Sende- und Empfangseinrichtungen auf zwei einander kreuzenden Messachsen, die parallel zu einer Ebene liegen, die durch die Längs- und Querachse des Fahrzeugs aufgespannt ist, zum Aussenden gebündelter Schallenergie, deren Richtungen längs der Messachsen um einen bekannten, gegen die beiden Messachsen ggf. unterschiedlichen Abstrahlwinkel geneigt und zum Lot auf die Messachsen symmetrisch sind, wobei die Sendeeinrichtungen mit bekannten, ggf. für die verschiedenen Richtungen unterschiedlichen Sendefrequenzen arbeiten, und zum Empfangen der reflektierten Anteile der Schallenergie aus den verschiedenen Richtungen, wobei
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Horizontalen ausgesendet, vom Gelände unter dem Fahrzeug (bei Schiffen vom Meeresboden) reflektiert und die reflektierten Anteile der Schallenergie wieder empfangen, die in ihrer Frequenz gegenüber der Sendefrequenz fS um die so genannte Dopplerfrequenz fD verschoben sind. Aus der Dopplerfrequenz fD wird die Geschwindigkeit v des Fahrzeugs nach folgender Formel berechnet: wobei c die Schallgeschwindigkeit im betreffenden Medium ist.

Bei der Verwendung eines Dopplerlogs zur Navigation eines Fahrzeugs ist es von großer Bedeutung, dass sich die Führung des Fahrzeugs jederzeit auf die Angaben des Dopplerlogs verlassen kann und dass Störungen sofort angezeigt werden. Eine Störung liegt beispielsweise dann vor, wenn ein Fischschwarm den Kurs des Schiffes kreuzt und deshalb die Geschwindigkeit des Schiffes über Grund nicht gemessen werden kann. Eine solche Störung tritt sehr kurzzeitig auf. Eine Prüfung der Schaltung mit Hilfe von Testgeräten außerhalb des Messbetriebs verbietet sich somit.

Besonders wichtig ist eine Aussage über die Richtigkeit des momentanen Messergebnisses des Dopplerlogs, wenn das Dopplerlog zusammen mit einem Kompass als Navigationssystem zum Bestimmen nordbezogener Wegstrecken verwendet wird, wobei die Integration der Geschwindigkeit über gleiche Zeitintervalle Wegstrecken liefert (DE-AS 22 11 063).

Eine Überprüfung der Messergebnisse des Dopplerlogs könnte hier mit einem anderen, ggf. an Bord befindlichen Navigationssystems, z.B. einem Funknavigationssystem erfolgen. Ein Vergleich der Geschwindigkeitsangabe des Dopplerlogs über Koppelnavigation mit innerhalb vorgegebener Zeiten zurückgelegten Wegstrecken, die mit dem zusätzlichen Navigationssystem bestimmt worden sind, ist jedoch zeitraubend und aufwendig. Außerdem wäre dadurch nur eine prinzipielle Übereinstimmung der Gesamtanlagen im Rahmen der vorhandenen Messwerttoleranzen feststellbar, jedoch nicht unbedingt eine Aussage über die Richtigkeit und Genauigkeit der momentanen Geschwindigkeitsangaben.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum Prüfen der Funktion eines Dopplerlogs der beschriebenen Art zu schaffen, die während der Geschwindigkeitsmessungen eine ständige Angabe über die Funktionstüchtigkeit des Dopplerlogs liefert.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass jeweils für die Ausgangssignale, die aus den reflektierten Anteilen der Schallenergie längs einer Messachse gebildet sind, ein Summenbildner vorgesehen ist, der ausgangsseitig mit einem Multiplizierer zur Multiplikation der Summen der Ausgangssignale mit dem Reziprokwert des Sinus des zugehörigen Abstrahlwinkels verbunden ist, dass den Multiplizieren eine Prüfschaltung nachgeschaltet ist, die bei Gleichheit ihrer Eingangssignale ein Signal für die einwandfreie Funktion des Dopplerlogs abgibt.

Die Ausgänge der Multiplizierer geben geschwindigkeitsproportionale Werte des Fahrzeugs in senkrecht auf den beiden Messachsen liegenden Hochachsen an. Diese Werte müssen bei einwandfreier Funktion des Dopplerlogs für beide Messachsen gleich sein, auch bei Roll- und Stampfbewegung, bei Schlingern und bei falscher Trimmlage des Fahrzeugs, da das Fahrzeug naturgemäß nur eine einzige Geschwindigkeitskomponente in seiner Hochachse aufweisen kann, diese kann unter Berücksichtigung der Schallgeschwindigkeit aus den Werten bestimmt werden.

In einer Weiterbildung dieser Erfindung ist die Prüfschaltung als Vergleichsschaltung ausgebildet, deren beide Eingänge mit den Ausgängen der beiden Multiplizierer verbunden sind. An einem Ausgang der Vergleichsschaltung erscheint bei Gleichheit ihrer Eingangssignale ein Gutanzeigesignal als Signal der Prüfschaltung. An einem zweiten Ausgang meldet ein Fehleranzeigesignal den Ausfall des Dopplerlogs, wenn die Eingangssignale nicht gleich groß sind.

Die Geschwindigkeiten des Fahrzeugs in seinen beiden Messachsen werden in zwei Differenzbildnern für die Quotienten und nachgeschalteten Rechenschaltungen ermittelt, indem die Dopplerfrequenzen bezogen auf die zugehörige Sendefrequenz je Messachse voneinander abgezogen werden und mit dem Reziprokwert des Cosinus des zugehörigen Abstrahlwinkels multipliziert werden. In einer vorteilhaften Weiterbildung dieser Erfindung ist es vorgesehen, diese Geschwindigkeiten über eine Torschaltung in einen Zwischenspeicher zu speichern, der mit einer Anzeige verbunden ist. Das Gutanzeigesignal von der Vergleichsschaltung dient als Torsignal. Werte von fehlerhaften Messungen des Dopplerlogs werden nicht eingespeichert und angezeigt, da kein Gutanzeigesignal die Torschaltung öffnet. Es bleibt die Anzeige der zuletzt ermittelten richtigen Geschwindigkeiten erhalten und der Ausfall des Dopplerlogs wird durch das Fehleranzeigesignal angezeigt, das beispielsweise eine Warneinrichtung ansteuert.

Besonders vorteilhaft ist eine Verwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung für ein Dopplerlog, das in einem Koppel-Navigationssystem entsprechend der deutschen Auslegeschrift 22 11 063 verwendet wird, um fehlerhafte Messwerte des Dopplerlogs für die Positionsberechnung ausscheiden zu können. Zu äquidistanten Zeitpunkten werden die Geschwindigkeiten des Fahrzeugs gemessen und daraus der zurückgelegte Weg errechnet. Wenn mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung ein Ausfall des Dopplerlogs gemeldet wird, kann die Koppel-Navigation trotzdem aufrechterhalten bleiben, indem das Fahrzeug solange mit unveränderter Geschwindigkeit seinen Kurs hält und der zurückgelegte Weg aus den zuletzt richtig ermittelten Messwerten für die Geschwindigkeit durch Integration über eine Zeit ermittelt wird, bis das Dopplerlog wieder richtig arbeitet.

Der besondere Vorteil der erfindungsgemäßen Vorrichtung liegt darin, dass durch einfaches Bestimmen von Geschwindigkeitskomponenten in Hochachse des Fahrzeugs, aus den für die Geschwindigkeitsangabe ohnehin bestimmten Quotienten aus Dopplerfrequenz und Sendefrequenz je Messachse eine Angabe über die Funktionstüchtigkeit der gesamten

Anlage während des Betriebs des Dopplerlogs möglich ist und bei Ausfall des Dopplerlogs eine Warneinrichtung angesteuert werden kann.

Der Erfindungsgegenstand ist in einem Ausführungsbeispiel in der Zeichnung dargestellt und wird im Folgenden näher beschrieben: Ein Dopplerlog besitzt vier Sendeeinrichtungen 11, 12, 13, 14 zum gerichteten Aussenden von Schallenergie, deren Richtungen I, II, III, IV längs zweier einander kreuzenden Messachsen um Abstrahlwinkel ?, ß gegen die Messachsen geneigt sind. Dabei sind zwei Sendeeinrichtungen 11, 12 bzw. 13, 14 für jede Messachse vorgesehen. Für eine Messachse - beispielsweise die Längsachse 21 eines Fahrzeugs 23 - wird Schallenergie nach vorne und nach achtern, längs der anderen Messachse - beispielsweise der Querachse 22 - wird Schallenergie nach rechts und links ausgestrahlt. (Die Zuordnung der Sendeeinrichtungen 11, 12, 13, 14 zu den Messachsen ist nicht dargestellt).

Die beiden Sendeeinrichtungen 11, 12 bzw. 13, 14, die längs einer Messachse aussenden, werden von einem gemeinsamen Oszillator 25 bzw. 26 zum Erzeugen der Sendefrequenz fS bzw. fS angesteuert, da üblicherweise die gleiche Sendefrequenz fS bzw. fS für das Aussenden längs einer Messachse verwendet wird. Sollte aber in jede Richtung I, II, III, IV mit einer anderen Sendefrequenz gesendet werden, müsste jede Sendeeinrichtung 11, 12, 13, 14 von einem eigenen Oszillator angesteuert werden.

Zum Empfangen reflektierter Anteile der Schallenergie aus den vier Richtungen I, II, III, IV sind den vier Sendeeinrichtungen 11, 12, 13, 14 vier Empfangseinrichtungen 31, 32, 33, 34 zugeordnet, denen Dopplerfrequenzanalysatoren 41, 42, 43, 44 nachgeschaltet sind, die mit ihrem zweiten Eingang mit dem zu den Richtungen I, II, bzw. III, IV gehörenden Oszillatoren 25 bzw. 26 verbunden sind. Durch Ermitteln der Differenz zwischen den jeweils empfangenen Frequenzen f31, f32 bzw. f33, f34 und den Sendefrequenzen fS bzw. fS werden Dopplerfrequenzen fD31, fD32 bzw. fD33, fD34 bestimmt. Nachgeschaltete Verhältnisbildner 51, 52, 53, 54 bilden Ausgangssignale S51, S52, S53, S54, die den Quotienten aus Dopplerfrequenz fD31, fD32 bzw. fD33, fD34 und Sendefrequenz fS bzw. fS angeben.

Den beiden Verhältnisbildnern 51, 52 bzw. 53, 54, die mit einem der beiden Oszillatoren 25 bzw. 26 verbunden sind, sind über Summenbildner 61 bzw. 62 Multiplizierer 66 bzw. 67 nachgeschaltet, in denen die Summen der Quotienten mit dem Reziprokwert des Sinus des betreffenden Ausstrahlwinkels ? bzw. ß der Schallenergie multipliziert werden. Die Multiplizierer 66, 67 sind auf Eingänge einer Vergleichsschaltung 70 geschaltet, in der ihre beiden Eingangssignale auf Gleichheit geprüft werden. Um geringfügige Toleranzen, wie sie bei Messwertschwankungen vorkommen können, nicht zu bewerten, enthält die Vergleichsschaltung 70 ein Toleranzfenster vorgegebener Größe.

Die Vergleichsschaltung 70 besitzt zwei Ausgänge 71, 72, am ersten Ausgang 71 steht ein Gutanzeigesignal S1 an, wenn die beiden Eingangssignale gleich sind oder eine innerhalb der Toleranz liegende Abweichung voneinander aufweisen, andernfalls wird am zweiten Ausgang 72 ein Fehleranzeigesignal S2 abgegeben.

Den beiden Summenbildnern 61, 62 sind eingangsseitig zwei Differenzbildner 61, 62 parallelgeschaltet, denen Rechenschaltungen 86, 87 zur Berechnung der Geschwindigkeit des Fahrzeugs 23 in der Längs- und Querachse 21, 22 nachgeschaltet sind. Die Rechenschaltungen 86, 87 sind über eine Torschaltung 91 auf einen Zwischenspeicher 92 geschaltet, wobei die Torschaltung 91 vom Gutanzeigesignal S1 als Torsignal angesteuert wird. Bei Erscheinen des Gutanzeigesignals S1 werden die von den Rechenschaltungen 86, 87 ermittelten Geschwindigkeiten in den Zwischenspeicher 92 eingespeichert. Eine dem Zwischenspeicher 92 nachgeschaltete Anzeige 93 zeigt die Geschwindigkeiten an. Erscheint das Gutanzeigesignal S1 nicht, so bleibt die Torschaltung 91 gesperrt und die Anzeige 93 gibt unverändert die in den Zwischenspeicher 92 zuletzt eingespeicherten Geschwindigkeiten an. Gleichzeitig erscheint das Fehleranzeigesignal S2 und steuert eine Warneinrichtung 96 an, die angibt, dass die Messwerte vom Dopplerlog momentan keine richtigen Geschwindigkeitsangaben liefern.

Claims (3)

1. Dopplerlog für ein Fahrzeug mit Sende- und Empfangseinrichtungen auf zwei einander kreuzenden Messachsen, die parallel zu einer Ebene liegen, die durch die Längs- und Querachse des Fahrzeugs aufgespannt ist, zum Aussenden gebündelter Schallenergie, deren Richtungen längs der Messachsen um einen bekannten gegen die beiden Messachsen ggf. unterschiedlichen Abstrahlwinkel geneigt und zum Lot auf die Messachsen symmetrisch sind, wobei die Sendeeinrichtungen mit bekannten, ggf. für die verschiedenen Richtungen unterschiedlichen Sendefrequenzen arbeiten, und zum Empfangen der reflektierten Anteile der Schallenergie aus den verschiedenen Richtungen, wobei jeder Empfangseinrichtung ein Dopplerfrequenzanalysator und ein Verhältnisbildner nachgeschaltet ist, der mit der Sendeeinrichtung für die gleiche Richtung verbunden ist und dessen Ausgangssignal einen Quotienten aus Dopplerfrequenz und Sendefrequenz angibt, dadurch gekennzeichnet, dass jeweils für die Ausgangssignale (S51, S52 bzw. S53, S54), die aus den reflektierten Anteilen der Schallenergie längs einer Messachse gebildet sind, ein Summenbildner (61, 62) vorgesehen ist, der ausgangsseitig mit einem Multiplizierer (66, 67) zur Multiplikation der Summen der Ausgangssignale mit dem Reziprokwert des Sinus des zugehörigen Abstrahlwinkels (?, ß) verbunden ist, dass den Multiplizierern (66, 67) eine Prüfschaltung (Vergleichsschaltung 70) nachgeschaltet ist, die bei Gleichheit ihrer Eingangssignale eine Signal für die einwandfreie Funktion des Dopplerlogs abgibt.

2. Dopplerlog nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Prüfschaltung eine Vergleichsschaltung (70) mit zwei Ausgängen (71, 72) ist, deren erster Ausgang (71) als Signal der Prüfschaltung ein Gutanzeigesignal (S1) abgibt, und deren zweiter Ausgang (78) ein Fehleranzeigesignal (S2) abgibt, wenn die beiden Eingangssignale der Vergleichsschaltung (70) nicht gleich sind.

3. Dopplerlog nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zwei Differenzbildner (81, 82) für die Quotienten vorgesehen sind, die eingangsseitig den beiden Summenbildnern (61, 62) parallelgeschaltet sind und ausgangsseitig mit Rechenschaltungen (86, 87) verbunden sind, wobei die Rechenschaltungen (86, 87) über eine Torschaltung (91) auf einen

Zwischenspeicher (92) geschaltet sind, dem eine Anzeige (93) nachgeschaltet ist, und dass die Torschaltung (91) durch das Gutanzeigesignal (S1) der Vergleichsschaltung (70) ansteuerbar ist.