Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Erkennen von Objekten mit oder ohne aktiver Signatur in einem Fluid mit Hilfe eines Passivsonars . Weiterhin bezieht sie sich auf eine Vorrichtung zur Durchführung eines solchen Verfahrens.

Zur Erweiterung der Sonarfunktionen ist es sinnvoll, auf See befindliche Objekte, die über keine aktive Signatur verfügen, mit Hilfe eines Passivsonars aufzuspüren.

Es ist allgemein bekannt, dass bisher mit verschiedenen Methoden das Ausbringen von Sonarbojen z.B. mit einem Geschoß (DE102007048073) und Erkennen von Objekten wie z.B. U-Booten (GB2320556) durch Systeme in Verbindung mit Sonarbojen bestückt mit Hydrophonen, wie beispielsweise vom Typ DIFAR, geschieht. Auch ist das Ausbringen von Detonatoren zum Analysieren des Umfeldes (US5164919) ist bereits bekannt.

Ebenso die Zusammenlegung von Schallstrahler und Hydrophon in einer Sonarboje (DE000003934747 ) als geschlossenes und Auswertungsplattform gebundenes System gilt als Stand der Technik. Alle diese Möglichkeiten der Ortung haben gleich mehrere Nachteile, dass u.a. Übergänge von verschiedenen Wasserschichten, sogenannte Sprungschichten, nicht überwunden werden können. Eine umfassende Detektion ist somit nur begrenzt möglich. Zudem bringen Auswertungsplattform gebundene Systeme den Nachteil mit sich, dass von der Auswertungsplattform immer an sich störende Signale ausgehen.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein gattungsgemäßes Verfahren auf einfache Weise zu schaffen. . _A „«e- Die Erfindung löst die erste Aufgabe dadurch, dass wenigstens ein Sonaremitter positioniert wird, der Sonarschall emittiert und dass in einem Detektorsystem die Position des Objektes aus den direkt empfangenen Signalen und den vom aufzuspürenden Objekt reflektierten Signalen ermittelt wird. Die Ermittlung der Position erfolgt unter Berücksichtigung der empfangenen Signalstärke und der daraus ableitbaren Dämpfung und Signalwegstrecke.

Der Begriff Signalstärke soll im Zusammenhang mit der Erfindung auch ähnliche Größen umfassen. Insbesondere kann anstelle der Signalstärke auch die Signalintensität, die Signalleistung, die Signalamplitude, die Lautstärke, der Schalldruckpegel, der Schallintensitätspegel oder einfach der relative Ausgangswert des Signalempfängers, z. B. in Volt oder Ampere, gemeint sein.

Bei einer zur Lösung der weiteren Aufgabe der Erfindung vorgesehenen Vorrichtung, wird vorgeschlagen, dass wenigstens ein Sonaremitter ausbringbar und die Position eines aufzuspürenden Objektes aus den vom Sonaremitter direkt empfangenen Signalen sowie den vom aufzuspürenden Objekt reflektierten Signalen ermittelbar ist.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind durch die Verfahren gemäß Anspruch 2 bis 11 gekennzeichnet.

Die Möglichkeit zum Ausbringen des Sonaremitters ermöglicht dabei auf eine einfache Weise das rasche Aufspüren solcher Objekte im Fluid, die keine aktive Signatur besitzen. Für die Durchführung des Verfahrens gemäß der Erfindung eignet sich insbesondere ein modifizierter Raketengefechtskopf oder aber auch spezielle Kanonenmunition. Alternativ kann der Sonaremitter händisch ausgesetzt werden. In weiteren Ausführungsformen kann der Sonaremitter oder eine Mehrzahl an Sonaremittern durch ein Luftfahrzeug, insbesondere einen Hubschrauber oder ein schwebefähiges unbemanntes Luftfahrzeug ausgebracht werden.

Wird ein derartiger Sonaremitter ausgesetzt, so beginnt er mit dem Aussenden des Schallsignals. Der Detektor empfängt hierbei sowohl den Schall auf direktem Wege als auch Schall- Reflexionen von Objekten. Der Empfangswinkel zum Sonaremitter ist aufgrund des direkt empfangenen Schalls bekannt; die Position eines reflektierenden Objekts kann anhand der empfangenen Reflexion berechnet werden. Verschiedene Emissionswinkel in relativer Position zum Schiff ermöglichen in diesem Zusammenhang eine verbesserte Lokalisierung. Daher ist es besonders vorteilhaft, das Gewicht des Sonaremitters vorher zu kalibrieren, um ihn langsam sinken oder unter der Oberfläche frei schweben zu lassen. Unter langsam sinken wird im Sinne der Erfindung eine Sinkgeschwindigkeit von nicht mehr als 10 m/s, bevorzugt nicht mehr 5 m/s verstanden. Weiter wird unter langsam sinken im Sinne der Erfindung eine Sinkgeschwindigkeit von wenigstens 0,01 m/s, bevorzugt von wenigstens 0,1 m/s verstanden.

Der freie Schwebeeffekt kann zum Beispiel durch Dichteänderungen des Wassers an thermischen Schichten auftreten. Hierbei sinkt der Sonaremitter zunächst langsam von der Oberfläche, bis der Sonaremitter eine thermische Schicht erreicht. Aufgrund der Dichteänderung an der thermischen Schicht sinkt der Sonaremitter nicht weiter, sondern verharrt in der thermischen Schicht und schwebt frei.

Der Schwebeeffekt kann aber auch durch an sich bekannte Maßnahmen zur Tarierung des Sonaremitters erreicht werden. Derartige Maßnahmen sind beispielsweise das Anbringen und steuern von Auftriebskörpern, derart, dass sich Auftriebs- und Gewichtskraft in einer bestimmten Tiefe die Waage halten. Man spricht auch von einer neutralen Tarierung.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird vor dem Ausbringen des Sonaremitters die Masse des Sonaremitters angepasst, sodass das kalibrierbare spezifische Gewicht (Dichte) des den Sonaremitter tragenden Gesamtkörpers größer ist als das des Wassers an der Wasseroberfläche. Da die Dichte des Sonaremitters größer ist als die Dichte des Wassers sinkt dieser. Durch Einstellung des

Dichteunterschieds kann die Sinkgeschwindigkeit eingestellt werden .

Um die Genauigkeit des Systems noch weiter zu erhöhen, ist es ferner vorteilhaft, wenn mehrere derartige Sonaremitter in beliebigen Anordnungen in Position gebracht werden. Hierbei ist überdies der Einsatz unterschiedlicher Frequenzen von Vorteil, damit die Sonaremitter voneinander unterschieden werden können. Welche Frequenz/Frequenzen vom Sender genutzt wird/werden, kann kurz vor seiner Positionierung konfiguriert werden: Dies kann vorzugsweise durch eine drahtlose Programmierschnittstelle oder auch kabelgebunden erfolgen.

In weiteren Ausführungsformen der Erfindung weist der Sonaremitter eine drahtlose Programmierschnittstelle oder eine drahtgebundene Programmierschnittstelle auf. Diese Programmierschnittstelle wird zur Programmierung des Sonaremitters verwendet.

Es kann vorgesehen sein, dass auch weitere Eigenschaften des Sonaremitters und des abzugebenden Signals über die Programmierschnittstelle vorgegeben werden. Insbesondere kann der Zeitpunkt und die Dauer der Abstrahlung, die Abstrahlung bei Erreichen einer bestimmten Tiefe oder Position, die Synchronisierung der Zeit im Sonaremitter mit der Zeit am Empfänger oder mit einer globalen Zeit oder es kann die Abstrahlsignalstärke vorgegeben werden und durch die Programmierung über die Programmierschnittstelle eingestellt werden .

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung schematisch dargestellt. Die Figur zeigt ein Wasserfahrzeug 1, das sich in einer ersten Position befindet. Ein Sonaremitter 2 wird im Fall des hier beschriebenen Beispiels in einer Entfernung von etwa 3,3 Kilometern ausgesetzt und beginnt, Schallwellen mit der Signalstärke s ₀ zu emittieren. Diese Schallwellen werden sowohl auf direktem Wege (durchgezogene Linien) als auch in Form von Reflexionen an einem aufzuspürenden Objekt 3 (punktierte Linien) von dem an Bord des Wasserfahrzeuges befindlichen Empfängers 1, in der Figur nicht dargestellten Detektorsystem registriert und ausgewertet. Hierbei werden die Signalstärken s _x und s ₂ sowie zugehörige Winkel ψχ und φ ₂ detektiert. ρ ist das Dämpfungsmaß der Reflexion. Die gesamte Wegstrecke des reflektierten Signales beträgt in dem hier beschriebenen Fall 6,7 Kilometer, was sich anhand der Dämpfung, die die Signale erfahren, ermitteln lässt. Hierbei wird die Annahme getroffen, dass ein konstantes Dämpfungsmaß τ pro Streckenlänge für die Ausbreitung im Seewasser anzunehmen ist. Hierdurch lässt sich die Entfernung entsprechend der folgenden Formel berechnen:

(S ₀ -5 ₁ ) ² -(S ₀

X = Formel 1

2 τ( ρ- so-Si) cos(<p ₂ - <Pi)-s ₀ +s ₂ ) mit :

X: Entfernung zum Objekt 3

SQ: Signalstärke am Sonaremitter Si : Signalstärke am Detektor, direkt vom Sonaremitter 2 Signalstärke am Detektor nach Reflexion am Objekt 3 T: Dämpfungsmaß pro Streckenlänge Q: Dämpfungsmaß der Reflexion

(Pl : Winkel am Detektor, direkt vom Sonaremitter 2 (P2 '· Winkel am Detektor nach Reflexion am Objekt 3

Zusammen mit der Richtung >2 des Objekts 3 zum Wasserfahrzeug 1 kann die Position bestimmt werden.

Der Aufenthaltsbereich des Objektes 3 lässt sich auf diese Weise mit einer gewissen Unschärfe ermitteln. Die verbleibende Streuung basiert auf der Ungenauigkeit in der Signalstärke und der Winkelauflösung des Passivsonaremitters, sowie den gemittelten Erfahrungswerten für die Reflexion Q und das Dämpfungsmaß T. Hinzu kommt, dass das Objekt 3 kein

Punkt ist, sondern eine Ausdehnung aufweist. Die Ortsauflösung des Systems kann aber durch die Verwendung weiterer derartiger Sonaremitter 2 oder die Nutzung mehrerer empfangener Signale nachhaltig verbessert werden. Hierzu sind insbesondere mathematische Methoden für inverse Probleme, die zum Beispiel die Computertomographie ermöglicht haben, zu nennen, mit denen ein nicht konstantes Dämpfungsmaß T und ggf. unbekannte Reflexionsdämpfungen Q berücksichtigt werden können. Somit können durch eine derartige Erweiterung der Sonarfunktion Objekte ohne aktive Signatur mit einem Passivsonar aufgespürt werden. Die hierfür verwendeten Sonaremitter werden vorzugsweise mit einem geeigneten Träger oder durch Abwurf aus einem Helikopter, manuell in ihre Position gebracht und emittieren den Sonarschall während sie langsam sinken oder schweben. Die Genauigkeit des Systems kann durch den Einsatz mehrerer Sonaremitter erhöht werden.

Zur Verbesserung der Genauigkeit kann in einer Weiterbildung unmittelbar nach der Ausbringung des Sonaremitters 2 die

Signalstärke detektiert werden. Da zu diesem Zeitpunkt die Entfernung des Sonaremitters 2 zum Empfänger 1 bekannt ist, kann das Dämpfungsmaß pro Streckenlänge T präzise bestimmt werden, sodass lokale Bedingungen, . wie Temperatur und Salzgehalt des Wassers, berücksichtigt sind. In erster

Näherung wird dann dieser Wert T im Weiteren verwendet.