Title:
Wasserfahrzeug zum Orten eines Unterwasserobjektes
Document Type and Number:
Kind Code:
A1

Abstract:

Die Erfindung betrifft ein Wasserfahrzeug zum Orten eines Unterwasserobjektes mittels eines Sonarsystems mit einer aktiven Schallwandleranordnung und einer passiven Schallwandleranordnung, wobei Unterwasserschallsignale mittels der aktiven Schallwandleranordnung sendbar und mittels der passiven Schallwandleranordnung empfangbar sind, und die aktive Schallwandleranordnung und die passive Schallwandleranordnung räumlich getrennt angeordnet sind, wobei die aktive Schallwandleranordnung am Wasserfahrzeugskörper angeordnet ist und die passive Schallwandleranordnung dem Wasserfahrzeugskörper zugeordnet ist, sodass das Wasserfahrzeug zum Orten in engen und/oder flachen Gewässern einsetzbar ist.





Inventors:
Vollgold, Andreas (28355, Bremen, DE)
Application Number:
DE102016109105A
Publication Date:
11/23/2017
Filing Date:
05/18/2016
Assignee:
ATLAS ELEKTRONIK GmbH, 28309 (DE)
International Classes:
G01S15/89; G01S7/521; H01Q1/34
Foreign References:
20060007784
20120113757
3144631
3426725
5150335
Claims:
1. Wasserfahrzeug (101, 201) zum Orten eines Unterwasserobjektes mittels eines Sonarsystems (103, 203) mit einer aktiven Schallwandleranordnung (105, 205) und einer passiven Schallwandleranordnung (107, 207), wobei Unterwasserschallsignale mittels der aktiven Schallwandleranordnung sendbar und mittels der passiven Schallwandleranordnung empfangbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass die aktive Schallwandleranordnung und die passive Schallwandleranordnung räumlich getrennt angeordnet sind, wobei die aktive Schallwandleranordnung am Wasserfahrzeugskörper (109) angeordnet ist und die passive Schallwandleranordnung dem Wasserfahrzeugskörper zugeordnet ist, sodass das Wasserfahrzeug zum Orten in engen und/oder flachen Gewässern (121, 221) einsetzbar ist.

2. Wasserfahrzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Wasserfahrzeug ein Gewicht von kleiner 8.000t, insbesondere kleiner 7.000t, bevorzugt kleiner 5.000t aufweist.

3. Wasserfahrzeug nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Frequenzen im Bereich von 2kHz bis 10kHz, bevorzugt von 4kHz bis 6kHz, von der aktiven Schallwandleranordnung aussendbar und/oder von der passiven Schallwandleranordnung empfangbar sind.

4. Wasserfahrzeug nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die aktive Schallwandleranordnung eine kleinere räumliche Dimension und/oder eine geringere Anzahl an Schallwandlern als die passive Schallwandleranordnung aufweist.

5. Wasserfahrzeug nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die aktive Schallwandleranordnung am Bug (111, 211) des Wasserfahrzeuges angeordnet ist.

6. Wasserfahrzeug nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die aktive Schallwandleranordnung aus dem Bug des Wasserfahrzeuges heraus- und/oder hereinfahrbar ist, sodass das Wasserfahrzeug eisgangfähig ist.

7. Wasserfahrzeug nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die passive Schallwandleranordnung am Wasserfahrzeugskörper angeordnet oder als Schleppantenne (217) ausgestaltet ist.

8. Wasserfahrzeug nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die aktive Schallwandleranordnung und/oder die passive Schallwandleranordnung nachrüstbar ist oder sind.

Description:

Die Erfindung betrifft ein Wasserfahrzeug zum Orten eines Unterwasserobjektes mittels eines Sonarsystems mit einer aktiven Schallwandleranordnung und einer passiven Schallwandleranordnung, wobei Unterwasserschallsignale mittels der aktiven Schallwandleranordnung sendbar und mittels der passiven Schallwandleranordnung empfangbar sind.

Zum Orten von Unterwasserobjekten werden üblicherweise Sonare eingesetzt. Das Senden und Empfangen von Unterwasserschallsignalen ist mit herkömmlichen Sonaren in flachen und/oder engen Gewässern, wie beispielsweise einem Fjord, nicht optimal durchführbar. Üblicherweise wird hierzu ein Wasserfahrzeug mit einem Bugsonar eingesetzt, welches mit der gleichen Antenne sendet und empfängt.

Alternativ wird herkömmlicherweise eine Schleppantenne hinter einem Wasserfahrzeug geschleppt, welche den aktiven und den passiven Teil des Sonars aufweist. Ein derartiges Schleppsonar besteht beispielsweise aus einem an einem Schleppkabel gezogenen Körper, welcher den aktiven Teil zum Aussenden von Unterwasserschallsignalen aufweist. Nach dem gezogenen Körper folgen ein Strang zur akustischen Entkoppelung und anschließend der passive Teil zum Empfang von Unterwasserschallsignalen, wobei letzterer üblicherweise als langer Schlauch mit aufgereihten Hydrophonen ausgebildet ist.

Wenn jedoch hohe Empfindlichkeiten und/oder tiefe Frequenzen empfangen werden sollen, ist die herkömmliche Sonartechnik in flachen und/oder engen Gewässern nicht einsetzbar, da hierzu sehr lange Antennen notwendig sind.

In flachen und/oder engen Gewässern kann eine Schleppantenne mit bis zu mehreren hundert Meter Länge nicht über eine Winde des Wasserfahrzeugs ins Wasser gelassen und nicht optimal gezogen werden, sodass die Manövrierfähigkeit des Wasserfahrzeuges eingeschränkt ist.

Bei einem rumpfbasierten Sonar mit kombiniertem aktiven und passiven Teil oder einem Schleppsonar ist ein großes Schiff notwendig, welches im Falle der Schleppantenne auch eine entsprechende Schleppkraft aufweisen muss. In engen und/oder flachen Gewässern können jedoch nur kleine Schiffe eingesetzt werden.

Aufgabe der Erfindung ist es, den Stand der Technik zu verbessern.

Gelöst wird die Aufgabe durch ein Wasserfahrzeug zum Orten eines Unterwasserobjektes mittels eines Sonarsystems mit einer aktiven Schallwandleranordnung und einer passiven Schallwandleranordnung, wobei Unterwasserschallsignale mittels der aktiven Schallwandleranordnung sendbar und mittels der passiven Schallwandleranordnung empfangbar sind, und die aktive Schallwandleranordnung und die passive Schallwandleranordnung räumlich getrennt angeordnet sind, wobei die aktive Schallwandleranordnung am Wasserfahrzeugskörper angeordnet ist und die passive Schallwandleranordnung dem Wasserfahrzeugskörper zugeordnet ist, sodass das Wasserfahrzeug zum Orten in engen und/oder flachen Gewässern einsetzbar ist.

Dadurch, dass die aktive Schallwandleranordnung und die passive Schallwandleranordnung des einen Sonarsystems räumlich getrennt angeordnet sind und somit unterschiedliche Antennen verwenden, kann das Senden und/oder Empfangen von Unterwasserschallsignalen optimal an flache und/oder enge Gewässer angepasst werden.

Folglich bleibt das Wasserfahrzeug auch in engen und/oder flachen Gewässern manövrierfähig, ohne dass das Senden und/oder Empfangen von Unterwasserschallsignalen und somit das Orten eines Unterwasserobjektes beeinträchtigt wird.

Folgendes Begriffliche sei erläutert:
Bei einem „Wasserfahrzeug“ kann es sich insbesondere um ein Überwasserschiff, beispielsweise ein Küstenmotorschiff oder ein Schleppschiff, handeln oder um ein Unterwasserschiff, beispielsweise ein U-Boot. Das Wasserfahrzeug ist insbesondere geeignet, auch in engen und/oder flachen Gewässern zu fahren und/oder zu manövrieren.

Ein „Unterwasserobjekt“ ist ein Objekt, welches sich insbesondere unter Wasser befindet. Bei einem Unterwasserobjekt kann es sich insbesondere um eine natürliche Struktur, beispielsweise einen Felsen, und/oder eine technische Struktur, beispielsweise ein versunkenes Schiff oder eine Mine, handeln.

Eine „aktive Schallwandleranordnung“ ist insbesondere eine Vorrichtung, welche ein elektrisches Signal als Schallwechseldrücke in ein akustisches Signal umwandelt, wobei das akustische Signal insbesondere ins Wasser ausgesendet werden. Als Schallsender in aktiven Schallwandlern werden insbesondere keramische Ringwandler mit einer Rundumcharakteristik eingesetzt.

Eine „passive Schallwandleranordnung“ ist insbesondere eine Vorrichtung zum Empfangen von akustischen Unterwassersignalen. Die passive Schallwandleranordnung empfängt insbesondere Unterwasserschallsignale und wandelt diese in ein elektrisches Signal zur Weiterverarbeitung um. Beispielsweise werden als passive Schallwandler Hydrophone unter Wasser eingesetzt, um dort Unterwasserschallgeräusche aufzunehmen. Hierbei wandelt ein Hydrophon den Wasserschall in eine dem Schalldruck entsprechende elektrische Größe.

Unter „Sonarsystem“ wird ein System zum Orten von Objekten im Raum und unter Wasser mittels gesendeter und/oder empfangener Schallimpulse verstanden. Ein Sonarsystem weist insbesondere eine aktive Schallwandleranordnung und eine passive Schallwandleranordnung auf, welche räumlich getrennt angeordnet sind.

Ein „Wasserfahrzeugskörper“ ist insbesondere der Rumpf unter Wasser eines Wasserfahrzeuges.

„Am Wasserfahrzeugskörper angeordnet“ bedeutet insbesondere, dass die aktive Schallwandleranordnung physikalisch mit dem Wasserfahrzeugskörper verbunden ist.

„Dem Wasserfahrzeugskörper zugeordnet ist“ bedeutet insbesondere, dass die passive Schallwandleranordnung direkt oder indirekt mit dem Wasserfahrzeugskörper verbunden ist. Die passive Schallwandleranordnung kann insbesondere direkt am Rumpf des Wasserfahrzeuges befestigt sein oder hinter dem Wasserfahrzeug geschleppt werden, wobei im letzteren Fall die passive Schallwandleranordnung über eine Schleppkabel mit der Winde am Deck des Wasserfahrzeugskörpers verbunden ist.

Ein „enges und/oder flaches Gewässer“ ist insbesondere ein Gewässer, welches nur wenige Kilometer breit, insbesondere < 10km breit, bevorzugt < 3km breit ist, und eine Tiefe von < 1km, insbesondere < 100m, bevorzugt < 10m, aufweist.

In einer weiteren Ausführungsform weist das Wasserfahrzeug ein Gewicht von kleiner 8.000t, insbesondere kleiner 7.000t, bevorzugt kleiner 5.000t auf.

Somit wird ein kleines Wasserfahrzeug bereitgestellt, welches mittels eines Sonarsystems mit hoher Empfindlichkeit auch tiefe Frequenzen empfangen kann und zum Orten eines Unterwasserobjektes in engen und/oder flachen Gewässern einsetzbar ist.

Um ein optimales Orten eines Unterwasserobjektes zu gewährleisten, sind Frequenzen im Bereich von 2kHz bis 10kHz, bevorzugt von 4kHz bis 6kHz, von der aktiven Schallwandleranordnung aussendbar und/oder von der passiven Schallwandleranordnung empfangbar.

Folglich können auch Unterwasserobjekte, welche selbst tiefe Frequenzen aussenden und/oder durch Aussenden von tiefen Frequenzen mittels des Sonarsystems detektiert und geortet werden.

In einer weiteren Ausführungsform des Wasserfahrzeuges weist die aktive Schallwandleranordnung eine kleinere räumliche Dimension und/oder eine geringere Anzahl an Schallwandlern als die passive Schallwandleranordnung auf.

Somit kann die aktive Schallwandleranordnung optimal an die Platzverhältnisse eines kleines Wasserfahrzeuges und/oder dem Aussenden von Unterwasserschallsignalen in engen und/oder flachen Gewässern angepasst werden. Durch eine kleinere Dimensionierung der aktiven Schallwandleranordnung kann die Sendeleistung der aktiven Schallwandleranordnung optimiert und angepasst werden. Somit können beispielsweise zu starke Reflexionen am flachen Gewässergrund und/oder an den nahen Gebirgen, welche das enge Gewässer begrenzen, vermieden werden.

Dadurch, dass die passive Schallwandleranordnung eine größere räumliche Dimension als die aktive Schallwandleranordnung aufweist, kann die Empfindlichkeit und somit die Reichweite der empfangenen Unterwasserschallsignale verbessert werden. Zudem kann durch die längere Ausführung der passiven Schallwandleranordnung diese tiefere Frequenzen empfangen.

Die „räumliche Dimension“ ist insbesondere der Raum, welcher durch die drei zueinander orthogonalen Dimensionen Höhe, Breite und Tiefe bestimmt wird. Die räumliche Dimension ist somit insbesondere der Platzbedarf der aktiven Schallwandleranordnung oder der passiven Schallwandleranordnung.

Um optimal Unterwasserschallsignale auszusenden, ist die aktive Schallwandleranordnung am Bug des Wasserfahrzeuges angeordnet.

Durch Anordnung der aktiven Schallwandleranordnung am Bug, insbesondere an der Wulst, wird eine gute Sicht nach vorne und hinten erreicht.

Der „Bug“ ist insbesondere der Vorderteil des Wasserfahrzeugskörpers.

In einer weiteren Ausführungsform des Wasserfahrzeuges ist die aktive Schallwandleranordnung aus dem Bug des Wasserfahrzeuges heraus- und/oder hereinfahrbar, sodass das Wasserfahrzeug eisgängig ist.

Somit kann bei starkem Eisgang die aktive Schallwandleranordnung in den Bug des Wasserfahrzeuges hereingefahren und somit können Schäden an der aktiven Schallwandleranordnung vermieden werden.

Durch ein Herausfahren der aktiven Schallwandleranordnung und somit einer größeren Entfernung der aktiven Schallwandleranordnung zum Wasserfahrzeugkörper, kann das Aussenden von Unterwasserschallsignalen und somit die Sicht des Sonarsystems weiter verbessert werden.

Um einen optimalen Empfang von Unterwasserschallsignalen zu gewährleisten, ist die passive Schallwandleranordnung am Wasserfahrzeugskörper angeordnet oder als Schleppantenne ausgestaltet.

Somit kann die passive Schallwandleranordnung optimal an die Gegebenheiten des engen und/oder flachen Gewässers angepasst werden.

Somit ist es möglich, auch in engen und/oder flachen Gewässern eine Schleppantenne zu verwenden, welche von einem kleinen Wasserfahrzeug gezogen wird. Insbesondere kann die Schleppantenne des erfindungsgemäßen Sonarsystems kürzer gestaltetet werden, da in dieser Schleppantenne im Gegensatz zu herkömmlichen Schleppsonaren ein aktiver Teil des Sonars und ein Strang zur akustischen Entkoppelung nicht vorhanden und auch nicht notwendig sind.

Eine „Schleppantenne“ ist insbesondere eine flüssigkeits- oder gelgefüllte Schlauchhülle, in der eine Vielzahl von beabstandeten elektroakustischen Schallwandlern zum Empfangen von Unterwasserschallsignalen aufgereiht ist. Entgegen herkömmlichen Schleppantennen weist diese Schleppantenne insbesondere nur passive Schallwandler, beispielsweise Hydrophone, auf. Dadurch, dass ein aktiver Schallsender in der Schleppantenne nicht enthalten ist, kann die Schleppantenne insbesondere kürzer ausgestaltet werden. Die Schleppantenne wird insbesondere über ein Schleppkabel (Zugseil oder Zugkabel) hinter dem Wasserfahrzeug hergeschleppt.

Um bestehende Wasserfahrzeuge umzurüsten und/oder das erfindungsgemäße Sonarsystem auszutauschen, ist oder sind die aktive Schallwandleranordnung und/oder die passive Schallwandleranordnung nachrüstbar.

Somit können auch bestehende Wasserfahrzeuge mit einem herkömmlichen Sonar auf das erfindungsgemäße Sonarsystem umgerüstet werden.

Im Weiteren wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen

1 eine nicht maßstabsgerechte, schematische Schnittdarstellung eines Küstenmotorschiffs mit einem aktiven Sonarsystem in einem Fjord, und

2 eine nicht maßstabsgerechte, schematische Schnittdarstellung eines Schleppschiffes mit einem Sonarsystem in einem engen Meeresarm.

Ein Küstenmotorschiff 101 mit einem Gewicht von 8.000t fährt auf der Wasseroberfläche eines Fjords 121, welcher beidseitig von einem Gebirge 122 umgeben ist.

Das Küstenmotorschiff 101 weist ein aktives Sonarsystem 103 auf, welches aus der aktiven Schallwandleranordnung 105 und der passiven Schallwandleranordnung 107 besteht.

Die aktive Schallwandleranordnung 105 ist an der Wulstbug 111 des Schiffsrumpfs 109 angeordnet. Die aktive Schallwandleranordnung 105 ist mittels des Hydraulikzylinders 112 aus der Wulstbug 111 in das umgebende Wasser des Fjords 121 herausgefahren.

Die aktive Schallwandleranordnung 105 weist drei keramische Ringwandler mit einem Durchmesser von jeweils 20cm auf.

Räumlich getrennt von der aktiven Schallwandleranordnung 105 ist die passive Schallwandleranordnung 107 im hinteren Teil des Küstenmotorschiffes 101 am unteren Schiffsrumpf 109 angeordnet. Die passive Schallwandleranordnung 107 weist fünf Hydrophone und eine Länge von 1m auf.

Mittels der aktiven Schallwandleranordnung 105 werden Unterwasserschallsignale mit einer Frequenz vom 6kHz ausgesendet und nach Reflexion an dem Grund des Fjords 121, dem Gebirge 122 unter Wasser und an zu detektierenden Unterwasserobjekten (nicht gezeigt) von der passiven Schallwandleranordnung 107 empfangen.

Somit kann mittels des Küstenmotorschiffes 101 ein optimales Orten von Unterwasserobjekten in dem engen Fjord 121 mit hoher Empfindlichkeit erfolgen, ohne dass die Manövrierfähigkeit des Küstenmotorschiffes 101 beeinträchtigt wird.

In einer Alternative handelt es sich um ein Schleppschiff 201 mit einem Gewicht von 6.500t, welches an der Wasseroberfläche eines engen Meeresarms 221 fährt und ein Sonarsystem 203 aufweist. Das Sonarsystem 203 weist die aussendende Schallwandleranordnung 205 und die empfangende Hydrophonanordnung 207.

Die aussendende Schallwandleranordnung 205 ist am Bug 211 des Schleppschiffes 201 unter Wasser angeordnet. Die aussendende Schallwandleranordnung 205 weist vier keramische Ringsender auf.

Am Heck des Schleppschiffes 201 ist eine Winde 213 angeordnet. Über die Winde 213 ist ein Schleppkabel 215 in den Fjord 221 gelassen. An dem Schleppkabel 215 ist eine Schleppantenne 217 angeordnet, welche die empfangende Hydrophonanordnung 207 aufweist. Die Schleppantenne 217 weist eine Länge von 10m auf.

Mittels der aussendenden Schallwandleranordnung 205 werden Unterwasserschallsignale in den engen Meeresarm 221 ausgesendet, am Meeresgrund des engen Meeresarms 221 und an nicht gezeigten Unterwasserobjekten reflektiert und anschließend durch die empfangene Hydrophonanordnung 207 empfangen. Somit ist mittels eines kleinen Schleppschiffes 201 mit dem Sonarsystem 203 auch das Ausbringen und Verwenden einer Schleppantenne 217 zum Orten von Unterwasserobjekten in dem engen Meeresarm 221 realisiert.

Bezugszeichenliste

101
Küstenmotorschiff
103
aktives Sonarsystem
105
aktive Schallwandleranordnung
107
passive Schallwandleranordnung
109
Schiffsrumpf
111
Wulstbug
112
Hydraulikzylinder
121
Fjord
122
Gebirge
201
Schleppschiff
203
Sonarsystem
205
aussendende Schallwandleranordnung
207
empfangende Hydrophonanordnung
211
Bug
213
Winde
215
Schleppkabel
217
Schleppantenne
221
enger Meeresarm