DE2607303A1

DE2607303A1 - Driftmessvorrichtung

Info

Publication number: DE2607303A1
Application number: DE19762607303
Authority: DE
Inventors: Guy Parent
Original assignee: Alcatel CIT SA
Current assignee: Alcatel CIT SA
Priority date: 1975-02-27
Filing date: 1976-02-23
Publication date: 1976-09-09
Also published as: DK80776A; NL7602077A; DE2607256A1; FR2302533A1; US4031500A; NO760658L; FR2302533B1; GB1544277A

Description

Po 9773 D

Dipl.-Ing. Jürgen WEINMILLER PATENTASS ESSO R

SOSPS GmbH

80OO München 80 Zeppelinstr. 63

23. Feb, 1976

COMPAGNIE INDUSTRIELLE DES TELECOMMUNICATIONS

CIT-ALCATEL 12, rue de la Baume, 75008 PARIS, Frankreich

DRIFTMESSVORRICHTUNG

Die Erfindung betrifft eine Driftmeßvorrichtung, mit der die Abstände eines auf dem Wasser beweglichen Fahrzeugs in bezug auf einen auf dem Wassergrund gelegenen Festpunkts O, von dem Schallwellen ausgesandt werden, errechnet werden können und die mindestens drei Detektoren D,, D , D- umfaßt, die am Fahrzeug angebracht sind und an den Spitzen eines rechtwinkligen Dreiecks angeordnet sind, wobei der Abstand zwischen den Detektoren D,, D_ gleich 2a, zwischen den Detektoren D_, D~ gleich 2b, zwischen dem Punkt 0 und dem Detektor D, gleich d,, zwischen dem F inkt 0 und dem Detektor D₂ gleich d und zwischen dem Punkt 0 und dem

609837/0715

6 0 7 3 0

Detektor D gleich d ist, ferner Mittel, mit denen die Wassertiefe H unter dem Fahrzeug errechnet werden kann, Mittel, mit denen der Unterschied 4t , der Ausbreitungszeiten der Schallwellen zwischen dem Punkt O und dem Punkt D_ einerseits und zwischen dem Punkt O und D₁ andererseits errechnet werden kann, sowie Mittel, mit denen der Unterschied At,, der Ausbreitungszeit der Schallwellen zwischen dem Punkt O und dem Punkt D einerseits und zwischen dem Punkt O und D_? andererseits errechnet werden kann.

In bekannten Vorrichtungen erfolgt die Errechnung der Positionsabweichungen χ und γ von O im Verhältnis zu den Mittelebenen von D„ D₁ und von D„ D mit Hilfe eines Digitalrechners, der Näherungsformein verwendet. Außerdem werden in diesen Rechner andere Meßgrößen eingegeben, insbesondere Phasenunterschiedswinkel., zwischen den die verschiedenen Detektoren erreichenden Schallwellen.

Derartige Driftmeßvorrichtungen werden beispielsweise auf Bohrschiffen oder -plattformen verwendet und dienen dazu, die Lasge des Schiffes im Verhältnis zu einer beispielsweise auf den Meeresboden abgesenkten Bake zu bestimmen. Die Bake sendet dabei Schallwellen aus, die von drei an der Unterseite des Schiffes befestigten Detektoren aufgefangen werden.

Die erfindungsgemäße Driftmeßvorrichtung ist sehr einfach und erlaubt die Errechnung der Größen χ und γ mit Hilfe einfacher Analogschaltkreise, wobei lediglich die gemessenen Größen /S ^l'

iS t_ und H verwendet und keine Näherungsberechnungen durchgeführt werden.

609837/0715 ./.

Die erfindungsgemäße Driftmeßvorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, daß sie erste Mittel aufweist, die ausgehend vom Unterschied CX t_o, durch Multiplikation mit einem Koeffizienten, der von der Ausbreitungsgeschwindigkeit c der Schallwellen im Wasser abhängt, ein Signal (xo) liefern, das gleich dam Unterschied zwischen d_ und d, ist, und ausgehend vom Unterschied i)t.„ durch Multiplikation mit einem von c abgeleiteten Koeffizienten ein Signal (yo), das gleich dem Unterschied zwischen d und d_ ist,

3 ^

ferner zweite Mittel, die durch algebraische Multiplikationen und Additionen ausgehend von den Signalen xo und d, ein Signal (kx) liefern, wobei χ die Positionsabweichung des Punktes O im Verhältnis zur Mittelebene von D, D ist,

weiterhin dritte Mittel, die durch algebraische Multiplikationen und Additionen ausgehend von den Signalen xo, yo und d, ein Signal (ky) liefern, wobei y gleich der Positionsabweichung von O im Verhältnis zur Mittelebene von D₀ D_ ist, sowie vierte Mittel, die durch algebraische Multiplikationen und Additionen ausgehend von den Signalen kx, ky und H ein Signal

2 2

liefern, das gleich k d, ist und nach Weiterleitung auf einen Quadratwurzelzieher den zweiten und dritten Mitteln zugeführt wird.

Auf diese Weise ergibt sich ein Regelkreis, indem mit Hilfe des Signals kd» die zweiten und dritten Mittel, die kx bzw. ky liefern, gesteuert werden.

Merkmale bevorzugter Ausfuhrungsformen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

An Hand der nachfolgenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die beiliegenden Figuren wird die Erfindung näher erläutert.

ÜÜ9U37/Q715

Fig. 1 zeigt die Anordnung dreier Hydrophone der erfindungsgemäßen Driftmeßvorrichtung an Bord eines Schiffes.

Fig. 2 stellt ein Blockschaltbild der erfindungsgemäßen Driftmeßvorrichtung dar.

Fig. 3 zeigt eine geometrische Darstellung der verschiedenen in der erfindungsgemäßen Driftmeßvorrichtung verwendeten Meß- und Rechengrößen.

Fig. 4 stellt eine erste Ausfuhrungsform des Rechners der erfindungsgemäßen Driftmeßvorrichtung dar.

Fig. 5 zeigt eine Variante des in Fig. 4 gezeigten Rechners.

Fig. 6 zeigt eine zweite Ausführungsform des Rechners der erfindungsgemäßen Driftmeßvorrichtung.

Fig. 7 zeigt eine Variante des Rechners aus Fig. 6.

Die erfindungsgemäße Driftmeßvorrichtung ist insbesondere für den Einbau in einem Schiff (bzw. auf einer Bohrplattform) bestimmt, die zur Erforschung oder Ausbeutung des Meeresbodens und insbesondere zum Erdölbohren auf hoher See dienen soll. Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann mit großer Genauigkeit die Position dieses Schiffes im Verhältnis zu einer auf dem Meeresboden liegenden Bake feststellen, womit es beispielsweise möglich wird, die Lage einer Sondiervorrichtung im Verhältnis zum Schachtkopf zu bestimmen, damit der Bohrkopf in seine richtige Lage gebracht werden kann.

an Fig. 1 zeigt schematisch ein Schiff, dessen Unterseite

drei Detektoren angebracht sind, bei denen es sich um auf den Spitzen eines rechtwinkligen Dreiecks in einer horizontalen Ebene angeordnete Hydrophone D,, D , D^ handelt. Die Hydrophone D und

6 0 9 8 3 7/0715

D_ liegen in einem Abstand von 2a und parallel zur Längsachse des Schiffs.

Die Hydrophone D und D_ liegen im Abstand 2b zueinander und parallel zur Querachse des Schiffs.

In Fig. 2 wird ein Blockschaltbild der erfindungsgemäßen Driftmeßvorrichtung gezeigt.

Sie umfaßt drei auf dem Schiff 1 angeordnete Hydrophone D₁, D_ und D_, die die von einer auf dem Meeresgrund im Punkt O vorhandenen Bake 2 stammenden Schallwellen empfangen. Dabei wird der Abstand OD, mit d-, OD mit d_? und OD _ mit d bezeichnet. Jedem Hydrophon ist ein Empfänger 11, 12 bzw. 13 nachgeschaltet, in dem die vom entsprechenden Hydrophon stammenden Signale verarbeitet werden.

Den Empfängern 11, 12 und 13 sind Schaltkreise 14 zugeordnet, die ein Dauersignal liefern, das den Unterschied ^)t_?1 der Ausbreitungszeiten der Schallwellen zwischen dem Punkt 0 und dem Hydrophon D₉ einerseits und zwischen dem Punkt O und dem Hydrophon D₁ andererseits angibt, sowie ein Dauersignal, das den Unterschied £> t „ der Ausbreitungszeit der Schallwellen zwischen dem Punkt O und dem Hydrophon D_ einerseits und dem Punkt O und dem Hydrophon D andererseits angibt.

Ferner ist auf dem Schiff 1 eine Vorrichtung 15 angeordnet, die dauernd die Wassertiefe H unter den Hydrophonen anzeigt sowie eine Vorrichtung 16, die den Rollwinkel R und den Stampfwinkel T des Schiffs 1 mißt.

Die für ^ *₂1 ^und ^ ^fc32 ^{sowie für H und evt1}· ^{für R} und T stehenden Dauersignale werden einem Rechner 17 zugeführt,

609837/Q715 ./.

der im einzelnen in den Figuren 4 bis 7 dargestellt wird und Signale liefert, die gleich oder proportional χ und y sind, wobei χ der Abstand vom Punkt O zur Mittelebene von D, D und y der Abstand vom Punkt O zur Mittelebene von D D_ ist.

Unter Bezugnahme auf Fig. 3 erkennt man, daß in der Ebene der drei Hydrophone χ und y die Koordinaten der Projektion O¹ des Punktes O auf diese Ebene im Verhältnis zu zwei Koordinatenachsen mit dem Mittelpunkt I darstellen, die aus den Mittellinien von D» D_, die die y-Achse, und von D_ D_, die die x-Achse darstellt, gebildet werden.

Es ist möglich, d. , ä , d_ in bezug auf x, y und H zu berechnen :

d_x ² = H² + (x + a)² + (y + b)²
d₂ ² = H² + (x - a)² + (y + b)²
d₃ ² = H² + (x - a)² + (y - b)²

Setzt man für xo = d - d. und für yo = d_ - α_, so erhält man die Formeln

(1) χ = - H (2Cl₁ + xo)

^{y =} ~ 4§ ^(2dl ^{+ 2xo + yo)}
(3) et α_χ ² = H2 + (χ + a) ² + (y + b)²

Fig. 4 zeigt eine erste Ausführungsform des Rechners 17 gemäß der Erfindung.

Die den Ausbreitungsunterschieden d - d, und d. - d entsprechenden Größen xo und yo werden erhalten, indem die Unterschiede der Ausbreitungszexten ^ t^ und /)t mit c, der Ausbreitungsgeschwindigkeit des Schalls in Wasser, multipliziert

fj 0 9 B 3 7 / 0 7 1 5

werden. Diese Multiplikation erfolgt in einer ersten Verstärkervorrichtung 18 und einer zweiten Verstärkervorrichtung 19, denen ^3 t _ bzw. 43 t zugeführt werden; die Verstärkervorrichtung

18 liefert das Signal xo = c . ■ At-, und die Verstärk er vor richtung

19 das Signal yo = c . ^ t__?.

Der ^Kechner 17 umfaßt weiterhin Mittel 20, die ausgehend von den Signalen xo und d, das Signal χ liefern.

Zu den Mitteln 20 gehört ein Verstärker 21, dem das aus der Verstärkervorrichtung 18 stammende Signal xo zugeführt wird und der ein Signal - ^p liefert, weiterhin ein Summierer 22, dessen einer Eingang das vom Verstärker 18 stammende Signal xo empfängt und dessen anderer Eingang ein aus einem Quadratwurzelzieher 6o stammendes Signal d, empfängt; der Quadratwurzelzieher

60 wird durch Mittel 40 gespeist, die das Signal d, liefern, dessen Bildung weiter unten beschrieben wird.

Der Summierer 22 liefert auf seinem Ausgang ein Signal 2d. + xo.

Die Mittel 20 umfassen schließlich einen Multiplizierer 23 mit zwei Eingängen, von denen einer mit dem Ausgang des Verstärkers 21 und der andere mit dem Ausgang des Summierers 22 verbunden ist; der Multiplizierer 23 liefert durch Multiplikation der Signale ^p· und 2d, + xo unter Anwendung der Formel (1) das Signal x.

Der Rechner 17 umfaßt außerdem Mittel 30, die ausgehend von den Signalen xo, yo und d, das Signal y liefern (Formel 2).

Die Mittel 30 umfassen einen Verstärker 31, dem das aus der Verstärkungsvorrichtung 19 stammende yo zugeführt wird und der ein Signal - ^g liefert, ferner einen Summierer 32 mit drei

B09837/0 7 1&

"⁸" 26 0 7 3 ü 3

Eingängen, der auf einem ersten Eingang das Signal xo, auf einem zweiten Eingang das Signal yo und auf einem dritten Eingang das aus dem Quadratwurzelzieher 60 stammende Signal d. empfängt und auf seinem Ausgang das Signal 2d. + 2xo + yo liefert.

Ferner umfassen die Mittel 30 einen Multiplizierer 33 mit zwei Eingängen, von denen einer mit dem Ausgang des Verstärkers 31 und der andere mit dem Ausgang des Summierers 32 verbunden ist und der gemäß der Formel (2) das Signal y liefert.

2 Die Mittel 40 ermöglichen es, ein Signal d, ausgehend

von den Signalen x, y und H zu liefern; hierzu umfassen die Mittel 40 einen ersten Summierer 41, dem ein konstantes Signal und das Signal χ zugeführt wird und der ein Signal χ + a liefert, sowie ein zweiter Summierer 42, dem ein konstantes Signal und das Signal y zugeführt werden und der ein Signal y + b liefert.

Das Signal χ + a wird den beiden Eingängen eines Multi-

plizierers 43 zugeführt, der also ein Signal (x + a) liefert.

Das Signal y + b wird den beiden Eingängen eines Multi—

2 plizierers 44 zugeführt, der ein Signal (y + b) liefert.

Das Signal H wird den beiden Eingängen eines Multipli-

zierers 45 zugeführt, der ein Signal H liefert.

Die Ausgänge der Multiplizierer 43, 44 und 45 werden

2 einem Summierer 46 zugeführt, der das Signal d, liefert.

Der Ausgang des Summierers 46 ist mit dem Eingang des Quadratwurzelziehers 60 verbunden.

Bei der Berechnung der Signale χ und y wurden die Stampf- und Rollbewegungswrnkel (T und R) nicht berücksichtigt.

Sind diese Winkel klein, so weisen die den Formeln (1),

609837/0715

- 9 - 2 6 ü 7 3 U 3

(2) und (3) zuzuordnenden Korrekturen folgende Form auf :

(1) ' x¹ = χ + TH

(2)' y¹ = y + RH

(3)' d^² = U₁ ² - 2H(bR + aT)

Außerdem ist es möglich, Tauchschwingungen zu korrigieren, indem als Wert für xo gewählt wird :

c a T 2

^{XO = fc}21 "cösT ^ ^^r21 ^{c(1 +} ~"2* und als Wert für yo :

yo = t __c ^ |

"" cosR ^όΔ *

In Fig. 5 wird der komplette, diese Korrekturen durchführende Rechner dargestellt :
Er umfaßt außer den Bauelementen des Rechners ^aus Fig. 4 :

- einen Addierer 51, der die Summe aus dem von den Mitteln 20 stammenden Signal χ mit einem Signal T . H bildet, das aus einem mit dem Signal T und dem Signal H gespeisten Multiplizierer 52 stammt,

- und einen Addierer 53, der die Summe aus dem von den Mitteln 30 stammenden Signal y und einem Signal R . H bildet, das von

einem mit dem Signal H und dem Signal R gespeisten Multiplizierer 54 kommt.

Der Rechner umfaßt außerdem zur Durchführung der Platt-

formkorrektur auf d, den Multiplizierer 52, der das Produkt aus den Signalen T und H bildet, sowie den Multiplizierer 54, der das Produkt aus den Signalen R und H herstellt.

Weitere Ausgänge der Multiplizierer 52 und 54 sind an

einen vierten und fünften Eingang des Summierers 46 angeschlossen,

2 2 2

der das Signal (x + a) + (y + b) + H - 2bHR - 2aHT liefert.

Ü09837/0715

Zur Durchführung der Tauchbewegungskorrektur wird der

Verstärkungskoeffizient des Verstärkers 18 dauernd korrigiert;

T²
er weist dabei die Form c(l + —) auf, während der Verstärkungs-

R² koeffizient des Verstärkers 19 die Form c(l + —-) hat. Die Sig-

2 2

T R

nale c(l + —) und c(l + —) können auf leichte Weise ausgehend

von T und R durch quadratische Gleichrichtung erhalten werden. In Fig. 6 wird eine zweite Ausführungsform 17" des

erfindungsgemäßen Rechners 17 dargestellt.

¹^ xv

Dieser echner liefert die Signale — und ■£ durch Anwen-

dung der Formeln (1), (2), (3), die nach Umformung ergeben : 2£ - xo ,o __1 . £9λ

H " 4a ⁽² H ⁺ H^}

Z = _ 2° I₂ i + 2 ^2. _{H 4b} [2 _H + 2 _H

Wie im Rechner aus Fig. 4 werden die den Ausbreitungswegdifferenzen d„ - d^ und d. - d„ entsprechenden Größen xo und yo dadurch erhalten, daß die Unterschiede der Ausbreitungszeit ^Q t₂» und Ci t_₂ mit c, der Ausbreitungsgeschwindigkeit des Schalls im Wasser, multipliziert werden. Diese Multiplikation erfolgt in einer ersten Verstärkervorrichtung 18 bzw. der zweiten Verstärkervorrichtung 19, von der eine mit cS t₂, und die andere

mit A t_- gespeist wird; die erste Verstärkervorrichtung 18¹ liefert das Signal xo = σ 'Δ^ΐ' während die zweite Verstärkervorrichtung 19 das Signal yo = c Jj t liefert.

Der Rechner umfaßt weiterhin Mittel 20', die ausgehend

^dl x

von den Signalen xo, —=■ und H das Signal — liefern.

£1 ti

Zu den Mitteln 20¹ gehört ein Verstärker 21*, dem das aus der Verstärkervorrichtung 18 stammende Signal xo zugeführt wird

609837/07 15

XO

und der ein Signal - -j- liefert, ferner ein erster Multiplizierer 24" mit zwei Eingängen, der auf einem Eingang das Signal xo und auf dem anderen Eingang das Signal — empfängt, das

rl

durch Umkehr des Signals H erhalten wird, und der ein Signal

— liefert, weiterhin ein Summierer 22', dessen einer Eingang

XO

das Signal —rr empfängt und dessen anderer Eingang ein aus einem

^dl

Quadratwurzelzieher 60* stammendes Signal — empfängt; der

rl

Quadratwurzelzieher 60¹ wird durch Mittel 40¹ gespeist, die das

^dl 2
Signal (—=?) liefern, dessen Bildung weiter unten beschrieben

Der Summierer 22' liefert auf seinem Eingang ein Signal

²~H ⁺ ~H *

Die Mittel 20' umfassen schließlich einen zweiten Multiplizierer 23' mit zwei Eingängen, von denen einer mit dem Ausgang des Verstärkers 21* und der andere mit dem Ausgang des

Summierers 22' verbunden ist; der Multiplizierer 23· liefert

d, χ

durch Multiplikation der Signale - -r— und 2 — + —— das Signal H *

4a rl rl

Der Rechner umfaßt außerdem Mittel 30', die ausgehend von den Signalen xo, yo, —— und H das Signal £ liefern.

rl rl

Die Mittel 30' umfassen einen Verstärker 31*, dem das aus der Verstärkungsvorrichtung 19 stammende Signal yo zugeführt wird und der ein Signal - -^ liefert, ferner einen ersten Multiplizierer 34¹ mit zwei Eingängen, der auf einem Eingang das Signal yo und auf dem anderen Eingang das Signal — empfängt und ein Signal

— liefert, einen Summierer 32' mit drei Eingängen, der auf einem

XO

ersten Eingang das Signal —=,, auf einem anderen Eingang das Sig-

ri

nal ~r und auf einem dritten Eingang das aus dem Quadratwurzel-

^dl
zieher 60* stammende Signal —— empfängt und auf seinem Ausgang

rl

609837/0715

das Signal 2 — + 2 ^§ + %% liefert.

χι η η

Ferner umfassen die Mittel 3O¹ einen zweiten Multiplizierer 33' mit zwei Eingängen, von denen einer mit dem Ausgang des Verstärkers 31· und der andere mit dem Ausgang des Summierers 32' verbunden ist und der das Signal ^ liefert.

^dl 2 Die Mittel 4O¹ ermöglichen es, ein Signal (—) ausgehend

£1 X Y

von den Signalen —, — zu liefern; hierzu umfassen die Mittel 6O¹

ti rl

einen ersten Summierer 41', dem das durch Umkehrung des Signals

1 χ

H erhaltene Signal —— und das Signal — zugeführt wird und der

rl ti

χ -h a

ein Signal ——— liefert, sowie ein zweiter Summierer 42' , dem ü

das Signal ·== und das Signal ·£ zugeführt werden und der ein Sig-

xi χι

nal liefert.

Xl

Das Signal —g— wird den beiden Eingängen eines Multi-

x + a 2 plizierers 43' zugeführt, der ein Signal (———) liefert. Das Signal ^r=— wird den beiden Eingängen eines Multi-

xi

plizierers 44* zugeführt, der ein Signal r~;—) liefert.

ri

Die Ausgänge der Multiplizierer 43' und 44· ebenso wie

ein Signal Eins werden einem Summierer 46' zugeführt, der das Sig-

^dl 2
nal H|) liefert.

JtI

Der Ausgang des Summierers 46' ist mit dem Eingang des

Quadratwurzelziehers 6O¹ verbunden.

x y

Bei der Berechnung der Signale — und *r wurden die Stampf-

xl Ja

und RoIlbewegungswinke1 (T und R) nicht berücksichtigt.

Sind diese Winkel klein, so weisen die den Formeln (4),

(5) und (6) zuzuordnenden Korrekturen folgende Form auf : (4). f- = | + T

(5). _df i_d

ß09837/0715

26Ü73U3

Außerdem kann man eine Korrektur der Tauchbewegung vornehmen, indem als Wert für xo gewählt wird : xo = A. t„, <Ä£ ^^fc2l ⁰^^{1 +} ~~i) ^{und für}

In Fig. 7 wird ein kompletter, diese Korrekturen berücksichtigender Rechner dargestellt, der zusätzlich zu den Bauelementen des "echners gemäß Fig. 6 einen Addierer 51', der die Summe aus dem von den Mitteln 20¹ kommenden Signal — mit

ti

einem Signal T bildet, sowie einen Addierer 53' aufweist, der die Summe aus dem aus den Mitteln 30· kommenden Signal % mit einem Signal R bildet.

Im Verhältnis zum Rechner aus Fig. 6 umfaßt der Rechner

^dl 2 gemäß Fig. 7 zur Durchführung der Plattformkorrektur mit (—)

rl

einen Multiplizierer 52", der das Produkt aus den Signalen T und — bildet, sowie einen Multiplizierer 54', der das Produkt aus den Signalen R und ·== bildet.

rl

Die Ausgänge der Multiplizierer 52' und 54" sind an einen vierten und einen fünften Eingang des Summierers 46' angeschlossen, der das Signal , ,x+a» 2 ,y+b>2 ar bR

^d'l 2
liefert, das gleich ■ ) ist und mit dem nach Durchlauf des

ti

Quadratwurzelziehers 60' die Mittel 20¹ und 30' beaufschlagt werden.

Zur Durchführung der Tauchschwingungskorrektur wird der

Verstärkungskoeffizient 18 dauernd korrigiert und weist die Form

T²
c(l + —χ) auf, während der Verstärkungskoeffizient des Verstärkers

9 9

R T R

19 die Form c (1 + ■=—) besitzt. Die Signale c (1 + —r·) und c(l + ~) können auf leichte Weise ausgehend von T bzw. R durch quadratische Gleichrichtung erhalten werden.

6 O 9 8 3 7 / Q 7 1 5

Die in der erfindungsgemäßen Driftmeßvorrichtung eingesetzten Sammierer bestehen aus Gleichstromverstärkern und

Potentiometernwiderständen, mit denen die Summenfunktion Ti.ai si erzeugt werden kann, wobei die verschiedenen ai durch die Potentiometerwiderstände eingestellt werden und die verschiedenen si die auf die Eingänge der Summierer geleiteten Signale sind.

Die Wassertiefe H kann beispielsweise durch eine Sonde angegeben werden.

Patentansprüche

609837/071 5

Claims

PATENTANSPRÜCHE

1 ■* Driftmeßvorrichtung, mit der die Abstände eines auf dem Wasser beweglichen Fahrzeugs in bezug auf einen auf dem Wassergrund gelegenen Festpunkt O, von dem Schallwellen ausgesandt werden, errechnet werden können und die mindestens drei Detektoren D-, D„, D umfaßt_#die am Fahrzeug angebracht sind und an den Spitzen eines rechtwinkligen Dreiecks angeordnet sind, wobei der Abstand zwischen den Detektoren D₁, D gleich 2a, zwischen den Detektoren D_, D_ gleich 2b, zwischen dem Punkt O und dem Detektor D.. gleich d, , zwischen dem Punkt O und dem Detektor

D„ gleich d und zwischen dem Punkt 0 und dem Detektor D gleich δ 2. 3

d ist, ferner Mittel, mit denen die Wassertiefe H unter dem Fahrzeug errechnet werden kann, Mittel, mit denen der Unterschied Q t - der Ausbreitungszeiten der Schallwellen zwischen dem Punkt O und dem Punkt D einerseits und zwischen dem Punkt O und D andererseits errechnet werden kann, sowie Mittel, mit denen der Unterschied (j t der Ausbreitungszeit der Schallwellen zwischen dem Punkt O und dem Punkt D_ einerseits und zwischen dem Punkt O und D andererseits errechnet werden kann, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung erste Mittel (18, 19) aufweist, die ausgehend vom Unterschied Q t . durch Multiplikation mit einem Koeffizienten, der von der Ausbreitungsgeschwindigkeit c der Schallwellen im Wasser abhängt, ein Signal (xo) liefern, das gleich dem Unterschied zwischen d und d. ist, und ausgehend vom Unterschied /\ t_„ durch Multiplikation mit einem von c abgeleiteten Koeffizienten

609837/07 15 *^A

26Ü7303

ein Signal (yo), das gleich dem Unterschied zwischen d und d ist,

ferner zweite Mittel (20, 20'), die durch algebraische Multiplikationen und Additionen ausgehend von den Signalen xo und d, ein Signal (kx) liefern, wobei χ die Positionsabweichung des Punktes 0 im Verhältnis zur Mittelebene von D, D„ ist, weiterhin dritte Mittel (30, 30'), die durch algebraische Multiplikationen und Additionen ausgehend von den Signalen xo, yo und d, ein Signal (ky) liefern, wobei y gleich der Positionsabweichung von 0 im Verhältnis zur Mittelebene von D D^ ist, sowie vierte Mittel (40, 40'), die durch algebraische Multiplikationen und Additionen ausgehend von den Signalen kx, ky und H

2 2

ein Signal liefern, das gleich k d, ist und nach Weiterleitung auf einen Quadratwurzelzieher (60, 60') den zweiten und dritten Mitteln(20, 20', 30, 30') zugeführt wird.

2 - Vorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß k gleich 1 ist.

3 - Vorrichtung gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die zweiten Mittel (20) einen Verstärker (21) umfassen, der auf seinem Eingang das Signal xo empfängt und auf seinem Ausgang ein Signal - -j- liefert, ferner einen algebraischen Summierer (22), dem die Signale xo und d, zugeführt werden und der ein Signal 2d.. + xo liefert, weiter einen Multiplizierer (23) mit zwei Eingängen, von denen einer mit dem Ausgang des Verstärkers (21) verbunden ist und von denen der andere mit dem Ausgang des Summierers (22) in Verbindung

Ü09837/0715

steht und das Signal χ liefert,

daß die dritten Mittel (30) einen Verstärker (31) enthalten, der auf seinem Eingang das Signal yo empfängt und auf seinem Ausgang das Signal - ^ liefert,

ferner einen algebraischen Summierer (32), der die Signale xo, yo und d₁ empfängt und auf seinem Ausgang das Signal 2d.. + 2xo + yo liefert,

sowie einen Multiplizierer (33) mit zwei Eingängen, von denen ein erster Eingang mit dem Ausgang des Verstärkers (31) und ein anderer Eingang mit dem Ausgang des Summierers (32) verbunden ist und der auf seinem Ausgang das Signal y liefert, und daß schließlich die vierten Mittel (40) einen ersten Summierer

(20) (41), dem das von den zweiten Mitteln stammende Signal χ sowie ein konstantes Signal zugeführt wird und der ein Signal χ + a liefert,

einen zweiten Summierer (42), dem das von den dritten Mitteln (30) stammende Signal y und ein konstantes Signal zugeführt wird und der ein Signal y + b liefert,

einen ersten Multiplizierer (43) mit zwei Eingängen, die mit dem Ausgang des ersten Summierers (41) verbunden sind, einen zweiten Multiplizierer (44) mit zwei Eingängen, die mit dem Ausgang des zweiten Summierers (42) verbunden sind, sowie einen dritten Summierer (46) umfassen, von dem ein erster Eingang mit dem Ausgang des ersten Multiplizierers (43), ein zweiter Eingang mit dem Ausgang des zweiten Multiplizierers (44) ver-

bunden ist und ein dritter Eingang das Signal H empfängt und

dessen Ausgang das Signal d. liefert, das einem Quadratwurzel-

(60) ^X

zieher zugeführt wird, dessen Ausgang mit den algebraischen Summierern (22, 32) der zweiten und dritten Mittel (20, 30) in Verbindung steht. Ü09837/0715

" ¹⁸ " 26U73Ü3

4 - Vorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß k gleich — ist.

ti

5 - Vorrichtung gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die zweiten Mittel (20*) einen Eingangsverstärkers (21¹) umfassen, der am Eingang das Signal xo empfängt und an seinem Ausgang das Signal - -τ- liefert, ferner einen ersten Multiplizierer (24¹) mit zwei Eingängen, der auf einem ersten Eingang das Signal xo und auf dem anderen Eingang das Signal — empfängt,

rl

weiterhin einen algebraischen Summierer (22¹) mit zwei Eingängen umfassen, der auf einem ersten Eingang das vom ersten Multipli-

XO

zierer (24¹) stammende Signal —— und auf dem anderen Eingang das

d, 2A₁ + xo Signal — empfängt und auf seinem Ausgang ein Signal ~

rl ι!

liefert,

und schließlich einen zweiten Multiplizierer (23¹) mit zwei Eingängen, der auf einem Eingang das vom Eingangsverstärker (21·) stammende Signal - -r- und auf dem anderen Eingang das vom genannten algebraischen Summierer (22¹) stammende Signal empfängt und auf seinem Ausgang das Signal — liefert, daß die dritten Mittel (30*) einen Eingangsverstärker (31¹) umfassen, der auf seinem Eingang das Signal yo empfängt und das Signal - -jrr liefert,

ferner einen ersten Multiplizierer (§4') mit zwei Eingängen, der auf einem ersten Eingang das Signal yo und auf dem anderen Eingang das Signal — empfängt und ein Signal -^- liefert,

rl rl

weiter einen algebraischen Summierer (32¹) mit drei Eingängen, der auf einem ersten Eingang das vom ersten Multiplizierer (34¹)

Ü09837/Q715

stammende Signal -~r, auf einem zweiten Eingang das vom ersten

XO

Multiplizierer (24¹) der ersten Mittel stammende Signal —=■ und

rl

auf dem dritten Eingang ein Signal — empfängt und auf seinem

2d. + 2xo + yo
Ausgang das Signal g liefert,

und schließlich einen zweiten Multiplizierer (33¹) mit zwei Eingängen, von denen ein erster Eingang mit dem Ausgang des Eingangsverstärkers (31¹) und der andere Eingang mit dem Ausgang des algebraischen Summierers (32¹) verbunden ist und der auf seinem Ausgang das Signal ^- liefert,

Xl

und daß schließlich die vierten Mittel (40¹) einen ersten Summierer (41¹) mit zwei Eingängen umfassen, der auf einem ersten Eingang das von den zweiten Mitteln (2O¹) stammende Signal

χ 1

—, auf dem anderen Eingang das Signal — empfängt und auf seinem

rl rl

χ -ί" a

Ausgang ein Signal —— liefert,

rl

ferner einen zweiten Summierer (42¹) mit zwei Eingängen, der auf einem ersten Eingang das von den dritten Mitteln (30¹) stammende Signal ^ und auf einem zweiten Eingang das Signal — empfängt und

rl rl

auf seinem Ausgang ein Signal ^-=— liefert, weiterhin einen ersten Multiplizierer (43*) mit zwei Eingängen, dessen beide Eingänge mit dem Ausgang des ersten Summierers (41¹) verbunden sind,

einen zweiten Multiplizierer (44¹) mit zwei Eingängen, dessen beide Eingänge mit dem Ausgang des zweiten Summierers (42¹) verbunden sind,

sowie einen dritten Summierer (46¹), von dem ein erster Eingang mit dem Ausgang des ersten Multiplizierers (43*), ein zweiter Eingang mit dem Ausgang des zweiten Multiplizierers (44*) in Verbindung steht und ein dritter Eingang mit dem Signal 1 gespeist

609837/071 5

wird, wobei der dritte Summierer (46¹) auf seinem Ausgang ein Signal (——) liefert, das gleich der Summe der Signale 1, ) und ( ) ist und dem Eingang eines Quadratwurzelziehers (6O¹) zugeführt wird, dessen Ausgang mit einem Eingang der Summierer (22¹, 32') der zweiten und dritten Mittel 20', 30¹) verbunden ist.

6 - Vorrichtung gemäß Anspruch 3, dadurch g e k e η nzeichnet, daß sie am Ausgang der zweiten Mittel (2O, 2O¹) einen Addierer (51) , der die Summe aus dem von den Mitteln (20) stammenden Signal χ mit einem Signal T . H bildet, wobei T der Stampfwinkel ist, und am Ausgang der dritten Mittel (3O, 30*) einen Addierer (53) umfaßt, der die Summe aus dem von den dritten Mitteln (3O) stammenden Signal y und einem Signal R . H bildet, wobei R der Rollwinkel ist,

7 - Vorrichtung gemäß Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der dritte Summierer (46¹) der vierten Mittel (40) auf einem vierten Eingang ein Signal TH und auf einem fünften Eingang ein Signal RH empfängt.

8 — Vorrichtung gemäß Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten Mittel (18, 19) xo durch Multiplikation von Δ t_, mit einem Koeffizienten liefern, der ungefähr

T Λ

gleich c (1 + —r-) ist, und yo durch Multiplikation von £λ t„ mit

j^2 einem Koeffizienten liefern, der ungefähr gleich c(l + —r) ist.

9 - Vorrichtung gemäß 'Anspruch 5, dadurch geken nzeichnet, daß sie am Ausgang der zweiten Mittel (2O*) einen Addierer (51'), der die Summe aus dem aus den zweiten Mitteln (2O¹) stammenden Signal — und einem Signal T bildet, wobei T der Stampf—

Xl

009837/0715

bewegungswinkel ist, sowie am Ausgang der dritten Mittel (30·) einen Addierer (53¹) aufweist, der die Summe aus dem aus den dritten Mitteln (3O¹) stammenden Signal y und einem Signal R bildet, wobei R der Rollwinkel ist.

10 - Vorrichtung gemäß Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der dritte Summierer (46) der vierten Mittel (40) auf einem vierten Eingang das Signal — und auf einem fünften

Xl

Eingang das Signal — empfängt.

11 - Vorrichtung gemäß Anspruch 10, dadurch gekenn

xo

zeichnet, daß die ersten Mittel (18, 19) durch Multiplikation von CJ t τ mit einem Koeffizienten, der ungefähr gleich

2
T A

c (1 + —r) ist, und yo durch Multiplication von ** t, mit einem

R Koeffizienten, der ungefähr gleich c (1 + —z)' ist, liefern.

bü9837/Q"M5