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Die Erfindung betrifft ein Verfahren
zur Messung der akustischen Rückstreueigenschaft
von Gewässerböden, insbesondere
von Meeresböden,
der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Art.
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Aus der
DE 33 38 050 A1 ist eine
Sende- und Empfangsantennen-Anordnung bekannt, die um 90° um die Hochachse
eines Schiffes gedreht werden kann und in Verbindung mit einem geeigneten
Meß- und
Eichbetrieb zur akustischen Vermessung des Oberflächenprofils
eines Gewässergrundes
genutzt werden kann. Unter Ermittlung einer Korrekturgröße, welche
die am momentanen Meßort
herrschenden tatsächlichen
Schallgeschwindigkeitsverhältnisse exakt
berücksichtigt,
kann durch das dort beschriebene Verfahren das Oberflächenprofil
des abgetasteten Gewässergrundes
trotz hoher Geschwindigkeit des Vermessungsschiffes exakt bestimmt
werden. Dieses Verfahren liefert allerdings keine Informationen über die
akustischen Rückstreueigenschaften des
Gewässerbodens.
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Die Kenntnis der Rückstreueigenschaft
eines beschallten Gewässerbodens,
auch Bodenrückstreumaß genannt,
läßt Rückschlüsse auf
Bodensedimentart und -zustand sowie mikroskalige Oberflächenstrukturen
des Gewässerbodens
zu. Das akustische Rückstreuverhalten
realer Gewässerböden zeigt
jedoch deutliche Abhängigkeit
vom Einfallswinkel der Schallfront, wobei der Rückstreukoeffizient erheblich
durch den Schallstrahlwinkel gegen die lokale Flächennormale bestimmt wird.
Um zuverlässig Rückschlüsse auf
die Bodensedimente ziehen zu können,
ist es daher notwendig, Einflüsse,
die den Rückstreukoeffizienten
beeinflussen und nicht vom Bodensediment bestimmt sind, aus den
gemessenen Empfangsenergien, die vom Gewässerboden aufgrund der Beschallung
mit Schallenergie reflektiert werden, zu eliminieren.
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Ein bekanntes Verfahren der beschriebenen Art,
auch „acoustic
backscattering measurement" genannt,
ist beispielsweise beschrieben in: Moustier de, C., Approaches to
acoustic backscattering measurements from the deep seafloor, Marine
Physical Laboratory, Scripps Institution of Oceanography, University
of California, San Diego, Symposium on Current Practices and New
Technoloy in Ocean Engineering, Am. Soc. of Mech. Eng., OED 11,
Seiten 137-143 (reprinted in Trans. of the ASME, J., Energy Resources Tech.,
110, 77 – 84,
1988). Dabei werden zur Berücksichtigung
eines Teils dieser Abhängigkeiten
die aus jedem beschallten Abschnitt des Gewässerbodens erhaltenen elektrischen
Empfangsenergien rechnerisch in akustische Rückstreuenergien konvertiert, wobei
diese Umwandlung die Winkeländerungen durch
Schallstrahlbeu gungen, den geometrischen Effekt von Bodenneigungen
in Richtung quer zur Fahrtrichtung und die Schallimpulsausbreitung
innerhalb eines beschallten Abschnitts so berücksichtigt, daß diese
Einflüsse
im sog. "normierten" Rückstreumaß eliminiert
sind. Bei diesem Verfahren werden in den gemessenen Empfangsenergien
somit nur solche Einflüsse
bezüglich
des Schallstrahlwinkels erfaßt,
die sich aus der rein geometrischen Schrägprojektion des Schallstrahls
ergeben, und hier auch nur solche, die von der Neigungskomponente
des Bodens in Richtung quer zur Fahrtrichtung verursacht werden.
Wie eingangs bereits erwähnt,
wird jedoch das Rückstreumaß durch
den Schallstrahlwinkel gegen die lokale Flächennormale bestimmt, die ein Raumvektor
ist. Eine vorhandene Neigung des Bodens in Fahrtrichtung führt daher
nach wie vor zu einer Verfälschung
des Rückstreumaßes. Darüber hinaus
wird die physikalische Abhängigkeit
des Rückstreumaßes vom
Einfallswinkel des Schallstrahls gänzlich ignoriert. Daher können trotz
der Konvertierung der elektrischen Empfangsenergien lokale Variationen
des Bodenrückstreumaßes innerhalb
eines beschallten Abschnitts nicht interpretiert werden und bleiben
zweideutig, da sie sowohl durch den winkelabhängigen Anteil der Rückstreufunktion
als auch durch lokale Änderung
der Bodensedimentart oder des Bodensedimentzustandes hervorgerufen
sein können.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein
Verfahren der eingangs genannten Art so zu verbessern, daß die beschriebene
Zweideutigkeit beseitigt wird, damit eine insitu-Kalibrierung der
elektrischen Empfangsenergien und damit der Bodenrückstreuwerte
erreicht wird, so daß lokale
Variationen des Bodenrückstreumaßes eindeutig
als Änderungen
im Bodensediment ausweisbar sind.
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Die Aufgabe ist bei einem Verfahren
zur Messung der akustischen Rückstreueigenschaft
von Gewässerböden der
im Oberbegriff des Anspruchs 1 definierten Gattung erfindungsgemäß durch
die Merkmale im Kennzeichenteil des Anspruchs 1 gelöst.
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Der erfindungsgemäße Kalibrierbetrieb ermöglicht es,
daß bedingt
durch die Eigenfahrt des Schiffes das selbe Bodenelement des Gewässerbodens
in verschiedenen Empfängerstreifen,
die eine unterschiedliche Lage innerhalb des Fächers aufweisen und damit einen
Schallempfang aus unterschiedlichen Richtungswinkeln festlegen,
vermessen wird. Eine unbekannte Größe, nämlich das Bodensediment, wird
damit eliminiert. Für
jeden auf der Kurslinie des Schiffes erfaßten Bodenpunkt steht damit eine
gemessene Rückstreufunktion
in Abhängigkeit von
den einzelnen Empfängerstreifen
innerhalb des Fächers
und damit eine winkelabhängige
Rückstreufunktion
zur Verfügung.
Wird diese Rückstreufunktion zur
Korrektur der im Meßbetrieb
in den Empfängerstreifen
erhaltenen Daten verwendet, so sind danach noch auftretende lokale
Va riationen in den Bodenrückstreuwerten
eindeutig als Änderungen
der Bodensedimentart oder des Bodensedimentzustandes zu interpretieren.
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Vorteilhafte Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens
mit zweckmäßigen Ausgestaltungen
und Weiterbildungen der Erfindung sind in den weiteren Ansprüchen angegeben.
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In einer bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung werden die im Meßbetrieb
erhaltenen Rückstreuwerte
in gleicher Weise, wie eingangs zum Stand der Technik beschrieben,
normiert, um die verfälschenden
Einflüsse
von Winkeländerungen
durch Schallbeugungen, Bodenneigungen in Richtung quer zur Fahrtrichtung
und Schallimpulsausbreitung innerhalb der Abschnitte, sowie die
unterschiedliche Größe der Empfängerstreifen
im Fächer
zu kompensieren. Im Kalibrierbetrieb werden vor Erstellung der Kalibrierkurven
die gemessenen Rückstreuwerte
mit dem gleichen Algorithmus normiert, so daß auch hier die verfälschenden
Einflüsse
von Winkeländerung durch
Schallbeugungen, durch Bodenneigungen, jetzt aber in Fahrtrichtung,
durch Schallimpulsausbreitung innerhalb der Lotabschnitte und unterschiedliche
Breite der Empfängerstreifen
in Fahrtrichtung des Fächers
kompensiert sind.
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Die Erfindung ist anhand eines mittels
der Zeichnung illustrierten Ausführungsbeispiels
eines Verfahrens zur Messung der akustischen Rückstreueigenschaft des Meeresbodens
im folgenden näher erläutert. Dabei
zeigen jeweils in schematischer Darstellung:
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1 und 2 jeweils eine perspektivische
Ansicht eines Senderzielstreifens und eines Fächers von Empfängerstreifen,
die mittels eines Fächerlots von
einem Vermessungsschiff aus akustisch auf dem Meeresboden erzeugt
werden, und zwar im Meßbetrieb
(1) und im Kalibrierbetrieb
(2),
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3 ein
der Verdeutlichung des Verfahrens dienendes Schema der räumlichen
Zuordnung von im Meß-
und Kalibrierbetrieb zu verschiedenen Zeitpunkten während der
Fahrt des Vermessungsschiffes gewonnenen Schallrückstreuwerten in Zuordnung
zu den einzelnen Bodenabschnitten,
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4 eine
im Meßbetrieb
für einen
Lotabschnitt erstellte Kalibrierkurve.
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5 und 6 Meß- und Kalibriergraphen zur Erläuterung
des Kalibriervorgangs.
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Bei dem Verfahren zur Messung der
akustischen Rückstreueigenschaft
von Gewässerböden, vorzugsweise
des Meeresbodens eines Seegebiets, wird ein an sich bekanntes sog.
Fächer-Echolot
mit einer Sende- und Empfangsvorrichtung verwendet, das am Boden
eines Wasserfahrzeugs, hier eines Oberflächenschiffs, installiert ist.
Ein solches Vermessungsschiff
110 ist jeweils in den
1 und
2 dargestellt. Anordnung und Ausbildung
der Sende- und Empfangsvorrichtung mit Sende- und Empfangsantenne,
auf deren Darstellung hier verzichtet worden ist, kann so getroffen
sein, wie dies in der
US-PS 3
144 631 beschrieben ist.
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Mit der Sendevorrichtung wird ein
sich im wesentlichen lotrecht unter dem Schiff quer zu dessen Fahrtrichtung
oder quer zur mit dieser übereinstimmenden
Schiffslängsachse
liegender Senderzielstreifen 112 auf dem Meeresboden 111 mit
Schallimpulsen beschallt. Durch eine entsprechende Ausbildung der
Sendeantenne, z.B. als Linienarray, und/oder durch elektronische
Richtungsbildung sind die von der Sendeantenne ausgehenden Schallstrahlen
so gebündelt,
daß sie
in Fahrtrichtung einen Öffnungswinkel
von ungefähr
2° und quer
zur Fahrtrichtung einen Öffnungswinkel
2ϑs von etwa 60 bis 120° aufweisen.
Ein solcher Sendeschallstrahl oder Sendebeam ist in 1 schematisch dargestellt und mit 113 bezeichnet.
Die Projektion des Sendebeams 113 auf den Meeresboden 111 bildet
den Senderzielstreifen 112.
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Die im Sendezielstreifen 112 am
Meeresboden 111 reflektierten Schallenergien werden mittels der
Empfangsvorrichtung richtungsselektiv empfangen. Durch entsprechende
elektronische Verarbeitung der einzelnen Empfangssignale wird erreicht, daß die Empfangsvorrichtung
mit Empfangsantenne einen Fächer 114 von
in Fahrtrichtung sich erstreckenden, quer zur Fahrtrichtung aneinandergereihten
schmalen Empfangsbeams 116 oder Empfangssektoren erzeugt,
die am Meeresboden 111 Empfängerstreifen 115 begrenzen,
wie sie in 1 und 2 skizziert sind. Der Öffnungswinkel
2ϑE der Empfangsbeams 116 beträgt in Fahrtrichtung
etwa 15° und quer
dazu ungefähr
2°. Die
Empfangsantenne der Empfangsvorrichtung ist relativ zu der Sendeantenne so
angeordnet, daß der
Senderzielstreifen 112 von dem Fächer 114 der Empfängerstreifen 115 überdeckt
wird.
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Zur Messung der akustischen Rückstreueigenschaft
des Meeresbodens 111 in dem zu vermessenden Seegebiet,
auch Bodenrückstreumaß des Meeresbodens 111 genannt,
werden im Meßbetrieb in
bekannter Weise über
die Sendeantenne von der Sendevorrichtung Schallimpulse ausgesendet,
wobei jeder Schallimpuls den Meeresboden 111 im Senderzielstreifen 112 beschallt.
Wegen der Kreuzanordnung von Senderzielstreifen 112 und
Empfängerstreifen 115 wird
in jedem Empfängerstreifen 115 nur ein
Abschnitt A akustisch "beleuchtet", der klein ist gegen
die auf den Meeresboden 111 projizierte Fläche der
Empfangsbeams 116, die identisch ist mit den Empfängerstreifen 115.
Bei gleichem Öffnungswinkel
2ϑE aller Empfangsbeams 116 nimmt
die Breite der Empfängerstreifen 115 mit
anwachsendem Richtungswinkel der Empfangsbeams 116 im Fächer 114 nach
außen
hin zu, was in der Darstellung der Zeichnung nicht weiter berücksichtigt
ist. Damit vergrößert sich
auch die Fläche
der akustisch beleuchteten Abschnitte A, und zwar ausgehend von
dem lotrecht unter Schiffslängsachse
liegenden Abschnitt A0, im folgenden kurz Lotabschnitt A0 genannt,
der von dem im wesentlichen lotrecht unter Empfangsantennenmitte
liegenden Empfängerstreifen 115 ausgeschnitten
ist, bis zu dem im äußersten
Empfängerstreifen 115 des
Fächers 14 liegenden
Abschnitt AIX.
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Die in den einzelnen Abschnitten
A vom Meeresboden 111 zurückgestreute Schallenergie wird
getrennt aus den einzelnen Empfängerstreifen 115 von
der Empfangsvorrichtung empfangen und als elektrische Meßgrößen ausgegeben.
Diese elektrischen Meßgrößen sind
durch verschiedene, durch reale Schallausbreitungsbedingungen und
durch Systemvariablen und -konstanten der Sende- und Empfangsvorrichtung
bedingten Einflüssen
verfälscht.
Sie werden daher mittels eines Algorithmus in Rückstreuwerte SC konvertiert,
bei welchen diese verfälschenden
Einflüsse
eliminiert sind. Ein solcher Algorithmus wird beispielsweise in
der bereits oben erwähnten
Schrift de Moustier theoretisch erläutert. Er berücksichtigt
dabei insbesondere die winkelabhängige
Sendeenergieverteilung im betrachteten Raumwinkel, sphärische Ausbreitungsverluste
und Absorptionsverluste im Seewasser, Winkeländerungen durch Schallstrahlbeugungen,
Bodenneigungen in Fahrtquerrichtung, Echointegration durch Schallimpulsausbreitung
innerhalb der einzelnen beleuchteten Abschnitte A und die Systemvariablen
und -konstanten der Sende- und Empfangsvorrichtung. Die so erhaltenen
Schallrückstreuwerte
werden in Zuordnung zu den einzelnen Empfängerstreifen 115, aus
denen sie empfangen wurden, abgespeichert, so daß die räumliche Zuordnung von Rückstreuwert
und Bodenelement ersichtlich ist. Dies ist im oberen Teil der 3 in schematischer Weise
verdeutlicht. Hier sind die beschallten Abschnitte A in ihrer räumlichen Zuordnung
dargestellt. Mit I bis IX sind die Empfängerstreifen 115 auf
Steuer- und Backbordseite des Vermessungsschiffes 110 bezeichnet,
mit 0 ist der lotrecht unter Empfangsantennenmitte und damit in Schiffslängsachse
liegende Empfängerstreifen 115 gekennzeichnet.
Die horizontal aneinandergereihten arabischen Ziffern kennzeichnen
Lotungen, also die aufeinanderfolgende Aussendung von Schallimpulsen,
während
sich das Vermessungsschiff in Fahrtrichtung 117 vorwärts bewegt.
Bei an die Frequenz der Schallimpulsaussendung angepaßter Fahrgeschwindigkeit
des Vermessungsschiffes 110 wird damit ein komplettes Gebiet
des Meeresbodens 111 in einer der Fächerbreite entsprechenden Breite
beschallt. In dem in 3 dargestellten
Schema hat sich das Vermessungsschiff um die 10 fache Breite des
Senderzielstreifens 112 in Fahrtrichtung vorgeschoben.
Die in den einzelnen Abschnitten A nach Konvertierung erhaltenen
Rückstreuwerte
sind in den einzelnen Abschnitten A lediglich durch Punkte markiert.
In Wirklichkeit sind aber die skalaren Werte der Schallrückstreuung
erfaßt,
so daß sich
eine Verteilungsfunktion der Schallrückstreuung über die Breite des Fächers 114 quer
zur Fahrtrichtung ergibt. Die von dem lotrecht unter Empfangsantennenmitte
liegenden Empfängerstreifen 115 überdeckten,
aufeinanderfolgend akustisch beleuchteten Lotabschnitte A0 sind
durch Kreuzschraffur herausgehoben.
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Diese so gewonnene Verteilungsfunktion des
Rückstreumaßes des
vermessenen Meeresbodens 111 läßt aber noch nicht eindeutige
Rückschlüsse auf
Bodensedimentart oder Bodensedimentzustand zu, da lokale Variationen
des Rückstreumaßes sowohl
von einer Änderung
des Bodensediments herrühren
können,
als auch von der physikalischen Winkelabhängigkeit des Rückstreumaßes sowie
von Veränderungen
der Bodenneigung in Fahrtrichtung bewirkt werden können. In
dem vorstehend genannten Algorithmus zur Konvertierung der von der
Empfangsvorrichtung nach Empfang der rückgestreuten Schallenergien
ausgegebenen elektrischen Meßgrößen ist
die Abhängigkeit
vom Einfallswinkel der Schallfront nur insoweit kompensiert, als
der Schallstrahlwinkel gegen eine in der Querebene zur Fahrtrichtung
liegende Flächennormale
auf jedem vom Abschnitt A überdeckten
Bodenelement berücksichtigt
ist. Der Rückstreukoeffizient
der innerhalb der Abschnitte A beschallten Bodenelemente ist aber
jeweils von der Flächennormalen
des Bodenelements bestimmt, die ein Raumvektor ist, und damit eine
(im Algorithmus erfaßte)
Vektorkomponente in der Querebene zur Fahrtrichtung und eine (vom
Algorithmus nicht erfaßte)
Vektorkomponente in der Parallelebene zur Fahrtrichtung hat. Um
die dadurch und durch die physikalische Abhängigkeit des Rückstreumaßes vom
Schallstrahlwinkel bedingte Zweideutigkeit zu beseitigen, wird zusätzlich zum
Meßbetrieb
ein Kalibrierbetrieb eingeführt,
in welchem durch geeignete Messungen Kalibrierkurven erzeugt werden,
die eine in-situ-Kalibrierung
der im Meßbetrieb
gewonnenen Verteilungsfunktion der Schallrückstreuwerte erlauben.
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Hat das Vermessungsschiff 110 im
Meßbetrieb
eine Weglänge
in Fahrtrichtung 117 zurückgelegt, so sind von der Sendevorrichtung
eine Vielzahl von Senderzielstreifen 112 aufeinanderfolgend
akustisch beleuchtet worden, die in 3 mit
den arabischen Ziffern 1 bis 10 gekennzeichnet
sind. In jedem Senderzielstreifen 112 wurden durch die
Empfängerstreifen 115 des
Fächers 114 die
Abschnitte A überdeckt.
Die aus den Abschnitten A rückgestreute Schallenergie
wurde gemessen und die elektrischen Meßgrößen in Rückstreuwerte konvertiert. Zu
einem frei wählbaren,
im folgenden noch näher
definierten Zeitpunkt, wird die Sende- und Empfangsvorrichtung auf
Kalibrierbetrieb umgeschaltet, d. h. es werden der Sendebeam 113 und
der Fächer 114 von
Empfangsbeams 116 gemeinsam aus ihrer in 1 dargestellten Grund- oder Meß stellung
um 90° um
die Schiffshochachse in ihre in 2 dargestellte
Eich- oder Kalibrierstellung geschwenkt. Diese Schwenkung erfolgt
bevorzugt durch Umschalten einer zwischen den Antennen (Sende- und
Empfangsantenne) und Vorrichtungen (Sende- und Empfangsvorrichtung) angeordneten
Relaismatrix, welche die einzelnen Antennenwandler von der jeweils
zugeordneten Vorrichtung trennt und an die jeweils andere Vorrichtung anschließt. Dies
setzt eine gleiche geometrische Ausbildung der Sende- und Empfangsantenne
voraus. In Einzelfällen
kann die Schwenkung aber auch durch gemeinsame mechanische Drehung
der Sende- und Empfangsantenne erfolgen. Der Senderzielstreifen 112 und
die Empfängerstreifen 115 des
Fächers 114 nehmen
nunmehr eine Lage ein, wie sie in 2 schematisch
skizziert ist. Der Senderzielstreifen 112 liegt nunmehr
lotrecht unter Längsschiff
und die quer zur Fahrtrichtung 117 des Vermessungsschiffes 110 ausgerichteten
Empfängerstreifen 115 sind
in Fahrtrichtung 117 nebeneinander aufgereiht. Der Senderzielstreifen 112 überdeckt
in der Kalibrierstellung des Fächerlots
exakt denjenigen Teil des Vermessungsgebietes, in dem die Lotabschnitte
A0 definiert sind. Nunmehr wird in gleicher Weise wie im Meßbetrieb
die aus den einzelnen Lotabschnitten A0 unter Schiffslängsachse
rückgestreuten
Schallenergie gemessen und mit dem beschriebenen Algorithmus in
Rückstreuwerte
aus den Lotabschnitten A0 konvertiert. Wird das Fächerlot über eine
Reihe von Schallzyklen hinweg konstant im Kalibrierbetrieb eingesetzt,
so wird bei idealer gerader Kurslinie jeder Lotabschnitt A0 von
allen Empfängerstreifen 115 überdeckt
und somit jedes von einem Lotabschnitt A0 eingegrenzte Bodenelement
von einer ganzen Reihe von Empfangsbeams 116 mit unterschiedlicher
Winkelorientierung vermessen. Dies ist im unteren Teil der 3 beispielhaft für den Lotabschnitt
A010 dargestellt, der im Senderzielstreifen 112 mit
der Ziffer 10 liegt. In 3 ist
in dem geschwenkten Fächer 114 die
Kennzeichnung der nunmehr in Fahrtrichtung 117 nebeneinanderliegenden
Empfängerstreifen 115 mit
den römischen
Ziffern I bis IX und mit 0 beibehalten. Die vom Lotabschnitt A010 bei Beschallung durch einen Sendeschallimpuls
zurückgestreute
Schallenergie wird zunächst
in der Empfangsvorrichtung aus dem lotrechten Empfängerstreifen 115 mit
der Kennzeichnung 0 empfangen, im nächsten Schallzyklus im Empfängerstreifen
I, darauffolgend im Empfängerstreifen
II, III usw. bis zuletzt im Empfängerstreifen
IX. Damit wird das vom Lotabschnitt A010 eingegrenzte Bodenelement
aus zehn verschiedenen Richtungswinkeln vermessen und unter zehn
verschiedenen Richtungswinkeln die rückgestreute Schallenergie gemessen
und die elektrischen Meßgrößen mit
Hilfe des beschriebenen Algorithmus in Rückstreuwerte konvertiert. Die
Rückstreuwerte
SC ergeben in Zuordnung zu den einzelnen Empfangsstreifen 0, I bis IX
die sog. Kalibrierkurve, wie sie beispielhaft in 4 dargestellt ist. Dabei sind auf der
Abszisse die römischen
Ziffern der Empfängerstreifen
und auf der Ordinate die jeweils gemessenen Rückstreuwerte SC aufgetragen.
Eine solche Kalibrierkurve wird für jeden Lotabschnitt A0, also
Lotabschnitt A010 bis A010,
erstellt.
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Mit diesen Kalibrierkurven werden
nunmehr die im Meßbetrieb
in Zuordnung zu den einzelnen Empfängerstreifen 115 erhaltenen
Rückstreuwerte des
Meeresbodens 111 korrigiert, wobei jeweils eine Kalibrierkurve
für alle
bei einer Lotung innerhalb des gleichen Senderzielstreifens 112 erhaltenen
Rückstreuwerte
gültig
ist. So wäre
theoretisch die in 4 dargestellte
Kalibrierkurve für
den Lotabschnitt A010 ausschließlich für die Kalibrierung
der im Schallzyklus mit der Ziffer 10 im gleichen Senderzielstreifen 112 erhaltenen
Meßwerte
anzuwenden. Entsprechend wäre
eine für
den Lotabschnitt A09 in gleicher Weise erstellte
Kalibrierkurve für
alle die Rückstreuwerte
gültig,
die durch die Beschallung im Senderzielstreifen 112, der
in 3 mit der Ziffer 9 gekennzeichnet
ist, gewonnen worden sind. In der Praxis bewirken jedoch Kursvariationen
des Vermessungsschiffes 110 Abweichungen von der idealen
Kurslinie. Damit ist die beschriebene eindeutige Zuordnung schwierig
und es wird eine Mittelung der Kalibrierkurven für mehrere oder alle Lotabschnitte
A0 erforderlich, die dann auf die Meßwerte aus einer Mehrzahl von
Lotungen angewendet wird. Die Kalibrierung erfolgt in der Weise,
daß die
den einzelnen Empfängerstreifen
0 und I bis IX zugeordneten Rückstreuwerte mit
den Kalibrierwerten korrigiert werden, die in den einzelnen, den
Empfängerstreifen
0, I bis IX zugehörigen
Kalibrierkurven bzw. in der gemittelten Kalibrierungskurve enthalten
sind.
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In 5 und 6 ist der Kalibriervorgang
zeichnerisch erläutert.
Dabei ist in 5 mit Kurve
a ein Beispiel einer Bemittelten Kalibrierkurve dargestellt. Kurve
b zeigt ein Beispiel einer Meßkurve
auf Backbord- oder Steuerbordseite. Wie in 4 sind wiederum die Rückstreuwerte SC über die
Empfängerstreifen
0 und I – IX
des Fächers 114 aufgetragen.
In 6 ist die gleiche
Meßkurve
wie in 5 wiederum mit
b bezeichnet und mit c die kalibrierte Meßkurve. Zur Durchführung der
Kalibrierung wird in der Kalibrierkurve a für jeden Empfängerstreifen
0, I – IX
die Differenz des Kalibrierwertes zu einer willkürlich, vorzugsweise parallel
zur Abszisse, festgelegten Normierungsgeraden N bestimmt (5) und diese Differenz zu
dem Meßwert
der Meßkurve
b in dem zugeordneten Empfängerstreifen
0, I – IX
hinzuaddiert (6). Damit
ergibt sich die kalibrierte Meßkurve
c in 6. Durch diese
Kalibrierung ist in der kalibrierten Verteilerfunktion des Bodenrückstreumaßes (kalibrierte
Meßkurve
c) neben der physikalischen Winkelabhängigkeit des Rückstreumaßes auch
jegliche Änderung
kompensiert, die durch eine in Fahrtrichtung liegende Neigung der
Bodenelemente hervorgerufen wird. Jede jetzt noch in der kalibrierten
Verteilungsfunktion der Rückstreuwerte
auftretende lokale Änderung
des Bodenrückstreumaßes ist
damit nur noch durch eine Änderung der
Bodensedimentart oder des Bodensedimentzustandes bedingt und damit
eindeutig.
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Damit das Vermessungsschiff 110 eine
stetige Vermessungsfahrt ausführen
kann und dabei der gesamte Meeresboden 111 unter der Fächerbreite
im Meßbetrieb
lückenlos
erfaßt
wird, wird das Fächerlot alternierend
im Meß-
und Kalibrierbetrieb betrieben. So wird z. B. wechselweise eine
Lotung im Meßbetrieb
und die nächste
Lotung im Kalibrierbetrieb durchgeführt, d.h. bei jeder zweiten
Schallimpulsaussendung im Sendebeam 113 wird das Fächerlot
von seiner Grund- oder Meßstellung
in seine Eich- oder Kalibrierstellung umgeschwenkt. Damit erhält man eine
solche Überlappung
des Vermessungsgebiets durch das Fächerlot, daß der beschriebene Meß- und Kalibrierbetrieb
lückenlos
und ohne Genauigkeitseinbuße
bei konstanter Fahrt des Vermessungsschiffes 110 durchgeführt werden
kann. Selbstverständlich
ist es auch möglich,
im Meßbetrieb
mehrere Schallimpulse hintereinander auszusenden und anschließend erst
den Kalibrierbetrieb aufzunehmen. Doch gibt es hier eine Grenze,
von welcher an gewisse Lücken
im Meßbetrieb
und größere Ungenauigkeiten
im Kalibrierbetrieb in Kauf genommen werden müssen.