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Title:
DEPTH-VARIABLE TRAILING SONAR AND METHOD FOR OPERATION
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2021/244863
Kind Code:
A2
Abstract:
The present invention relates to a watercraft (10) having a trailing sonar, the trailing sonar having a tow cable region (30) and an antenna region (40), the tow cable region (30) of the trailing sonar being arranged between the watercraft and the antenna region (40) of the trailing sonar, a first submersible body (20) being arranged in front of the antenna region (40) and/or a second submersible body (20) being arranged behind the antenna region (40), characterised in that the submersible body (20) has at least one depth setting device.

Inventors:
HAUSCHILDT PETER (DE)
Application Number:
PCT/EP2021/063558
Publication Date:
December 09, 2021
Filing Date:
May 20, 2021
Export Citation:
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Assignee:
THYSSENKRUPP MARINE SYS GMBH (DE)
THYSSENKRUPP AG (DE)
International Classes:
B63B21/66
Domestic Patent References:
WO2008043823A12008-04-17
WO2019121743A12019-06-27
Foreign References:
DE102016109108A12017-11-23
DE102015116750A12017-04-06
DE102015115693A12017-03-23
US5532975A1996-07-02
DE19719306A11998-11-12
US3605647A1971-09-20
US4197591A1980-04-08
Attorney, Agent or Firm:
THYSSENKRUPP INTELLECTUAL PROPERTY GMBH (DE)
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Claims:
Patentansprüche

1. Wasserfahrzeug (10) mit einem Schleppsonar, wobei das Schleppsonar einen Zugkabelbereich (30) und einen Antennenbereich (40) aufweist, wobei der Zugkabelbereich (30) des Schleppsonars zwischen dem Wasserfahrzeug (10) und dem Antennenbereich (40) des Schleppsonars angeordnet ist, wobei vor dem Antennenbereich (40) ein erster Tauchkörper (20) und/oder hinter dem Antennenbereich (40) ein zweiter Tauchkörper (20) angeordnet ist, wobei der Tauchkörper (20) wenigstens eine Tiefeneinstellvorrichtung aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der Tauchkörper (20) wenigstens einen ersten Umgebungssensor zur Erfassung einer Umgebungsmessgröße aufweist.

2. Wasserfahrzeug (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Tiefeneinstellvorrichtung ein Tiefenruder (50) ist.

3. Wasserfahrzeug (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Tauchkörper (20) zusätzlich ein Seitenruder (70) aufweist.

4. Wasserfahrzeug (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Tauchkörper (20) eine Steuervorrichtung aufweist, wobei die Steuervorrichtung zur Auslesung des ersten Umgebungssensors und zur Ansteuerung der Tiefeneinstellvorrichtung ausgebildet ist.

5. Wasserfahrzeug (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Wasserfahrzeug eine Steuervorrichtung aufweist, wobei die Steuervorrichtung zur Auslesung des ersten Umgebungssensors und zur Ansteuerung der Tiefeneinstellvorrichtung ausgebildet ist.

6. Wasserfahrzeug (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Umgebungssensor ausgewählt ist aus der Gruppe umfassend Drucksensor, Salinitätssensor, Schallgeschwindigkeitssensor, Temperatursensor, Leitfähigkeitssensor, optischer Sensor, Strömungssensor. 7. Wasserfahrzeug (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Tauchkörper (20) reversibel lösbar mit dem Schleppsonar verbindbar ist.

8. Wasserfahrzeug (10) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Schleppsonar durch den Tauchkörper (20) verläuft, wobei der Tauchkörper 20 beim Aufwinden reversibel lösbar und beim Abwinden reversibel verbindbar mit dem Schleppsonar ist.

9. Wasserfahrzeug (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Zugkabelbereich (30) eine Datenverbindung zwischen dem Wasserfahrzeug (10) und dem Tauchkörper (20) aufweist, wobei der Tauchkörper (20) über die Datenverbindung steuerbar ist.

10. Wasserfahrzeug (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Tauchkörper (20) ein Aktivsonar aufweist.

11. Verfahren zum Betreiben eines Wasserfahrzeugs (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist: a) Ausbringen des Schleppsonars, b) Vorgeben einer tiefenkorrelierten Umgebungsmessgröße, c) Ansteuern der aus der tiefenkorrelierten Umgebungsmessgröße ergebenden Tiefe durch den Tauchkörper (20) mit Hilfe der Tiefeneinstellvorrichtung, d) Kontinuierliches Messen einer zur tiefenkorrelierten Umgebungsmessgröße korrelierten Messgröße mit dem ersten Umgebungssensor, e) Auswerten der Messgröße und prüfen, ob eine Tiefenanpassung durchgeführt werden muss und wenn notwendig ansteuern der Tiefeneinstellvorrichtung.

12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass während des Schrittes c) das Tiefenprofil der Messgröße ermittelt wird.

13. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Wasserfahrzeug (10) einen ersten Tauchkörper (20) und einen zweiten Tauchkörper (20) aufweist, wobei eine Abstimmung zur gleichzeitigen Tiefenänderung zwischen dem ersten Tauchkörper (20) und dem zweiten Tauchkörper (20) erfolgt.

Description:
Tiefenvariables Schleppsonar sowie Verfahren zum Betreiben

Die Erfindung betrifft ein Schleppsonar, welches hinter einem Wasserfahrzeug zur Erfassung von Schall geschleppt werden kann, wobei wenigstens der Bereich des Schleppsonars mit den Hydrophonen in verschiedene Wassertiefen einstellbar verbringbar ist.

Herkömmliche Schleppsonare weisen üblicherweise eine auftriebsneutrale Empfangsantenne mit Hydrophonen auf, deren Lauftiefe (Schlepptiefe) durch die Länge und/oder die Dichte des ausgebrachten Schleppkabels und die Fahrtgeschwindigkeit des Schleppschiffes eingestellt wird. Hierbei ist die Lauftiefe immer ein Kompromiss zwischen der Abdeckung der Wassersäule und der maximalen horizontalen Ortungsreichweite.

Allgemein hängt die Ortungsleistung vom Schallgeschwindigkeitsverlaufprofil über die Wassertiefe ab. Eine Störung der Ortung kann dadurch auftreten, dass Schallanomalien an einer sogenannten Thermokline und/oder Konvergenzzone (Übergang von Wasserschichten mit unterschiedlicher Temperatur, Druck etc.) entstehen. Eine Thermokline wirkt aufgrund der lokal hohen Brechung der Schallwellen wie eine spiegelnde horizontale Trennwand für die Sonarortung, wobei der Wasserschall zu einer Serie von Kurven abgelenkt wird, welche sich bis zur Wasseroberfläche und zum Meeresgrund krümmen. Mit Ausnahme von sehr engen Winkeln können Sonare lediglich auf der Seite der Thermokline orten, auf welcher diese sich selbst befinden. Konvergenzzonen entstehen insbesondere dadurch, dass Schallstrahlen im Wasser derart gebogen werden, dass Blindzonen und Zonen mit Verdichtung entstehen. Während der Verdichtungseffekt vereinzelt höhere Ortungsreichweiten ermöglicht, verhindern die Blind- oder Schattenzonen eine durchgehende Ortung.

Zum anderen kann ein Wasserfahrzeug in Gewässern mit unterschiedlichen Tiefen unterwegs sein. In flachen küstennahen Regionen, beispielsweise auch in der Ostsee, führt die geringe Wassertiefe dazu, dass ein Schleppsonar in vergleichsweise geringer Wassertiefe geschleppt werden soll. Im Tiefwasser, beispielsweise in Bereichen der Nordsee oder des Atlantiks, kann es vorteilhaft sein, das Schleppsonar auf geringer oder in größerer Tiefe zu schleppen. Aus der DE 10 2016 109 108 A1 ist eine Trommel für eine Schleppantenne bekannt

Aus der DE 10 2015 116 750 A1 ist ein Schleppsonar mit einer Schallwandleranordnung mit einem Spannrahmen bekannt.

Aus der DE 10 2015 115693 A1 ist ein Schleppsonar mit einer ersten Antenne und einer zweiten Antenne bekannt. Über Kopplungselemente können Antennen in verschieden Wassertiefen eingesetzt werden.

Aus der US 5,532,975 A ist eine Vorrichtung zur Positionierung von seismischem Equipment in einer vorbestimmten Unterwasserposition bekannt.

Aus der WO 2008/043823 A1 ist die Anordnung einer tiefenvariablen Vorrichtung an einem Schleppseil bekannt.

Aus der WO 2019/121743 A1 ist ein Schleppkörper mit einem winkelveränderlichen Ruder bekannt.

Aus der DE 197 19 306 A1 ist ein Schleppkörper mit einem akustischen Sendeteil bekannt.

Aus der US 3 605 647 A ist eine Vorrichtung zur Kontrolle eines geschleppten Kabels bekannt.

Aus der US 4 197 591 A ist das gleichzeitige Schleppen von mehreren Unterwasserschleppkörpern bekannt.

Aus der WO 2008/043823 A1 ist eine Vorrichtung zum Automatischen An- und Abkoppeln eines geschleppten Sonars bekannt. Aus Gründen der Haltbarkeit und der Einsatzfreundlichkeit ist es wünschenswert, unterschiedliche Wassertiefen auf einfache Weise und ohne manuelle Umrüstung erreichen zu können.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Schleppsonar zur Verfügung zu stellen, welches einfach auf verschiedenen Wassertiefen betrieben werden kann, ohne dass die Länge des Schleppkabels oder die Schleppgeschwindigkeit beziehungsweise die Tauchtiefe eines schleppenden Wasserfahrzeugs verändert werden muss.

Gelöst wird diese Aufgabe durch das Wasserfahrzeug mit den in Anspruch 1 angegebenen Merkmalen sowie durch das Verfahren mit den in Anspruch 11 angegebenen Merkmalen. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen, der nachfolgenden Beschreibung sowie den Zeichnungen.

Das erfindungsgemäße Wasserfahrzeug weist ein Schleppsonar auf. Das Schleppsonar kann dabei beispielsweise über eine Trommel aufnehmbar sein. In diesem Fall kann das Wasserfahrzeug das Schleppsonar aufnehmen und aussetzen. In einer alternativen Ausführungsform kann das Schleppsonar mit dem Wasserfahrzeug verbunden werden, also zum Beispiel mit Hilfe eines anderen Fahrzeuges zum Einsatzort verbracht und hinter dem Wasserfahrzeug ausgebracht und mit diesem verbunden werden. Diese Ausführungsform ist insbesondere bei kleinen Wasserfahrzeugen, ganz besonders bei unbemannten Wasserfahrzeugen bevorzugt. Es gibt aber auch Unterseeboote, die missionsbedingt mit einem nicht durch das Unterseeboot aufnehmbaren Schleppsonar, insbesondere vor der Mission im Hafen, verbunden werden. Dieses hat den Vorteil, dass im Unterseeboot Platz und Gewicht gespart werden kann. Auf der anderen Seite nimmt man den Nachteil in Kauf, dass das Schleppsonar permanent hinter dem Unterseeboot angeordnet ist, was auch bei der Navigation berücksichtigt werden muss.

Als Wasserfahrzeug kommen alle Wasserfahrzeuge in Betracht, die insbesondere zur Bekämpfung von Unterseebooten eingesetzt werden (Anti Submarine Warfare, ASW). Beispielsweise und insbesondere handelt es sich um Kreuzer, Zerstörer, Fregatten, Korvetten und Unterseeboote sowie unbemannte Wasserfahrzeuge. Aber gerade in den aktuellen Zeiten, in denen zunehmend bistatische Verfahren an Bedeutung gewinnen, da die Ortbarkeit der Unterseeboote immer weiter reduziert wird, kann das Schleppsonar auch von weiteren Schiffen im Verband gezogen werden. Beispielsweise kann ein unbemanntes Fahrzeug als Signalgeber von einem Schiff ausgesetzt werden und das Schleppsonar mit dem Schiff verbunden sein. Auf diese Weise erhält man oftmals eine höhere Detektionswahrscheinlichkeit von im Gebiet befindlichen Unterseebooten ohne die eigene Position zu offenbaren. Sofern die Daten dann nicht unmittelbar auf dem Wasserfahrzeug ausgewertet werden können, können diese dann auch auf ein anderes weiteres Wasserfahrzeug übertragen werden, insbesondere an ein anderes Wasserfahrzeug mit einem Aktivsonar.

Das Schleppsonar weist einen Zugkabelbereich und einen Antennenbereich auf. Das Schleppsonar kann bevorzugt zusätzlich hinter dem Antennenbereich ein Endseil aufweisen. Das Endseil sorgt durch seinen Strömungswiderstand dafür, dass das Schleppsonar in einer möglich gerade gestreckten Form ist. Zusätzlich kann das Schleppsonar eine Sonarsendevorrichtung aufweisen. Flierdurch kann das Schleppsonar auch für Aktivsonarverfahren verwendet werden. Nachteil aller Aktivsonarverfahren ist jedoch, dass der eigene Standort durch das aktive Aussenden von Schall zwangsweise verraten wird und somit zu einer Gefährdung für das Wasserfahrzeug führt. Daher ist dieses besonders bevorzugt, wenn das Wasserfahrzeug ein unbemanntes Wasserfahrzeug ist.

Der Zugkabelbereich des Schleppsonars ist zwischen dem Wasserfahrzeug und dem Antennenbereich des Schleppsonars angeordnet. Durch den Zugkabelbereich wird zum einen ein Abstand zwischen dem Wasserfahrzeug und dem Antennenbereich geschaffen. Hierdurch wird die Beeinflussung des Antennenbereichs durch die Eigengeräusche des Wasserfahrzeugs minimiert. Zusätzlich ist der Zugkabelbereich auch dazu da, um einen Höhenunterschied zwischen dem Wasserfahrzeug und dem Antennenbereich auszugleichen. In diesem Bereich verläuft der Zugkabelbereich üblicherweise schräg durch das Wasser, da ein Höhenunterschied ausgeglichen werden muss. Der Antennenbereich sollte aber für die beste Auswertung der empfangenen Daten horizontal und in einer möglich gerade gestreckten Form angeordnet sein. Erfindungsgemäß ist vor dem Antennenbereich ein erster Tauchkörper und/oder hinter dem Antennenbereich ein zweiter Tauchkörper angeordnet. Hierbei ist bevorzugt vor dem Antennenbereich ein erster Tauchkörper und hinter dem Antennenbereich ein zweiter Tauchkörper angeordnet oder ganz besonders bevorzugt vor dem Antennenbereich ein erster Tauchkörper angeordnet, besonders bevorzugt ist nur vor dem Antennenbereich ein erster Tauchkörper angeordnet. Der Tauchkörper beziehungsweise die Tauchkörper weist wenigstens eine Tiefeneinstellvorrichtung auf. Während herkömmlicher weise die Tiefe, in welcher der Antennenbereich geschleppt wird über die Parameter Schleppgeschwindigkeit des Wasserfahrzeugs, Dichte des Antennenbereichs, Dichte des Zugkabelbereichs und Länge des Zugkabelbereichs (oftmals variiert über die von einer Trommel abgegebene Länge) eingestellt wird, ist über den Tauchkörper mit einer Tiefeneinstellvorrichtung eine aktive Einstellung der Tiefe wenigstens partiell unabhängig von den vorgenannten Parametern möglich. Der Tauchkörper, beziehungsweise die Tauchkörper, weist wenigstens einen ersten Umgebungssensor zur Erfassung einer Umgebungsmessgröße auf.

Eine Umgebungsmessgröße ist eine Messgröße der Umgebung, des umgebenden Wassers, also beispielsweise Druck, Temperatur, Salzgehalt. Es kann sich aber beispielsweise auch um die Schallgeschwindigkeit handeln, welche beispielsweise durch Temperatur und Salzgehalt beeinflusst wird. Eine Umgebungsmessgröße umfasst somit insbesondere keine Eigenschaft, keinen Zustand oder keine Stellgröße des Tauchkörpers selbst, also beispielsweise den Winkel eines Ruders.

Insbesondere ist der erste Umgebungssensor ausgewählt aus der Gruppe umfassend Drucksensor, Salinitätssensor, Schallgeschwindigkeitssensor, Temperatursensor, Leitfähigkeitssensor, optischer Sensor, Strömungssensor. Bevorzugt ist der erste Umgebungssensor ausgewählt aus der Gruppe umfassend Drucksensor, Salinitätssensor, Schallgeschwindigkeitssensor, Temperatursensor,

Leitfähigkeitssensor, Strömungssensor. Besonders bevorzugt ist der erste Umgebungssensor ausgewählt aus der Gruppe umfassend Salinitätssensor, Schallgeschwindigkeitssensor, Temperatursensor, Leitfähigkeitssensor. Insbesondere Schichtungen aus Wasser mit unterschiedlicher Temperatur oder Salzgehalt können durch die Veränderung an der Schichtungsgrenze eine Barriere für Schall darstellen. Die Schallgeschwindigkeit in Wasser ändert sich mit Temperatur und Salzgehalt, sodass an Sprungstellen Reflexionsschichten entstehen, sodass Schall durch solche Schichten nicht oder wenigstens nicht zuverlässig detektiert werden kann. Solche Schichten können sogar zu einer lokalen Trübung führen, sodass diese Schichten sogar optisch wahrnehmbar und detektierbar sein können. Es kann daher vorteilhaft sein, die Größe, die zu diesem Effekt führt, direkt zu messen, beispielsweise die Temperatur oder den Salzgehalt, um somit sicher unter oder über einer solchen Schichtung, beispielsweise unterhalb oder oberhalb einer Thermokline, zu bleiben. Hierdurch kann es zuverlässiger sein, diese Schichten gezielt anzusteuern, da die Höhe dieser Schichten veränderlich ist. Der Salzgehalt kann beispielsweise entweder direkt, beispielsweise über Natriumionen selektive Sensoren, oder beispielsweise indirekt über einen Leitfähigkeitsdetektor bestimmt werden. Eine einfache Tiefenmessung, beispielsweise mittels eines Drucksensors ist jedoch einfacher zu realisieren. Dieser Sensor könnte redundant, also doppelt, vorgesehen sein. Ebenso könnte ein optischer Sensor, insbesondere in nach oben gerichteter optischer Sensor die Tauchtiefe durch die Absorption des Sonnenlichts, insbesondere in Verbindung mit einem zweiten optischen Sensor an Bord des Wasserfahrzeugs, ermitteln. Ein die Schallgeschwindigkeit ermittelnder Sensor hätte den Vorteil, dass hiermit unmittelbar die wesentliche Größe erfasst wird, unabhängig davon, ob diese sich durch Temperaturänderung oder Änderung des Salzgehaltes ändert. Ein Sonar kann verwendet werden, sofern dieses gezielt zur Detektion des Bodens ausgebildet ist. Hierdurch kann beispielsweise im Flachwasser ein sicherer Abstand über Grund gehalten werden. Hierdurch kann eine Beschädigung des Schleppsonars vermieden werden.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist der Tauchkörper wenigstens einen zweiten Umgebungssensor auf, wobei der zweite Umgebungssensor von dem ersten Umgebungssensor verschieden ist und wobei der zweite Umgebungssensor ausgewählt ist aus der Gruppe Drucksensor, Salinitätssensor, Schallgeschwindigkeitssensor, Temperatursensor, Leitfähigkeitssensor, optischer Sensor, Strömungssensor, Sonar.

Mit dem erfindungsgemäßen Wasserfahrzeug ist es möglich, ein Schleppsonar einzusetzen, sowohl im Flachwasser wie im Tiefwasser, ohne dass dieses beispielsweise umgerüstet werden muss oder ohne dass es zu deutlichen Restriktionen bei der Fahrtgeschwindigkeit bei verschiedenen Tiefen kommt. Es ist weiter möglich, den Antennenbereich des Schleppsonars gezielt auf einer bestimmten Wassertiefe, also beispielsweise wahlweise oberhalb oder unterhalb einer Thermokline einzusetzen. Somit ermöglicht die Erfindung den flexiblen Einsatz eines Schleppsonars beispielsweise an einer Fregatte sowohl im Tiefwasser, beispielsweise im Atlantik, als auch im Flachwasser, beispielsweise in der Ostsee. Ebenso kann die Erfindung dafür verwendet werden, wenn als Wasserfahrzeug ein Unterseeboot ausgewählt wird, das Unterseeboot beispielsweise auf der einen Seite einer Thermokline und den Antennenbereich des Schleppsonars entsprechend darüber oder darunter auf der anderen Seite der Thermokline einzusetzen.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist die Tiefeneinstellvorrichtung ausgewählt aus der Gruppe umfassend Tiefenruder und Ballasttank. Bevorzugt weist der Tauchkörper sowohl ein Tiefenruder als auch wenigstens einen, besser zwei Ballasttanks auf. Mit Hilfe eines Tiefenruders und/oder eines Ballasttanks kann der Tauchkörper gezielt die Tauchtiefe verändern. Dadurch zieht dieser den damit verbundenen Antennenbereich auf diese Tiefe, sodass über den Tauchkörper die Tiefe des Antennenbereichs ausgewählt und eingestellt werden kann. Auf diese Weise kann dann eben auch der Bereich, aus dem Schall empfangen werden kann, gezielt ausgewählt werden. Die Kombination aus Tiefenruder und Ballasttank ist besonders günstig, da das Tiefenruder eine schnelle gezielte Änderung der Tiefe ermöglichen kann. Auf der anderen Seite kann die Tauchtiefe über einen Ballasttank über lange Zeit stabil gehalten werden. Zusätzlich entfällt dann die Notwendigkeit, kontinuierlich mit einem Tiefenruder steuern zu müssen, was den Strömungswiderstand erhöht und damit den Energieverbrauch des Wasserfahrzeugs erhöht und dessen Spitzengeschwindigkeit reduziert. Besonders bevorzugt weist der Tauchkörper lediglich das Tiefenruder und keinen Ballasttank als Tiefeneinstellvorrichtung auf, da hierdurch das System einfach und klein gehalten werden kann.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist der Tauchkörper zusätzlich ein Seitenruder auf. Mit einem zusätzlichen Seitenruder kann der Antennenbereich seitlich parallel zur Fahrtrichtung des Wasserfahrzeugs verschoben werden. Dieses hat insbesondere bei zwei Einsatzszenarien große Vorteile. Im Flachwasser ist es so möglich, den Antennenbereich aus dem Kielwasser des ziehenden Wasserfahrzeugs zu entfernen. Zum anderen kann diese seitliche Distanz zwischen der Fahrtlinie des Wasserfahrzeugs und der Schlepplinie des Antennenbereichs im Falle eines Aktivsonars einen potentiellen Feind über die Position des schleppenden Wasserfahrzeugs täuschen, da dieser das schleppende Wasserfahrzeug in gerader Linie vor dem aktiv sendendem Schleppsonar erwarten würde. Selbst wenn ein potentieller Feind diese Möglichkeit berücksichtigt, ergibt sich eine deutlich gesteigerte Unsicherheit über die Position des schleppenden Wasserfahrzeugs, da beispielsweise unklar ist, ab das Schleppsonar nach steuerbord oder backbord verschoben gezogen wird.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist der Tauchkörper eine Steuervorrichtung auf. Die Steuervorrichtung ist zur Auslesung des ersten Umgebungssensors und zur Ansteuerung der Tiefeneinstellvorrichtung ausgebildet. Der Tauchkörper kann also selbsttätig eine vorgegebene tiefenkorrelierte Umgebungsmessgröße, welche auch die Tiefe selbst sein kann, kontrollieren und gegebenenfalls aktiv steuern.

In einer weiteren alternativen Ausführungsform der Erfindung weist das Wasserfahrzeug eine Steuervorrichtung auf. Die Steuervorrichtung ist zur Auslesung des ersten Umgebungssensors und zur Ansteuerung der Tiefeneinstellvorrichtung ausgebildet. Vorteil ist, dass somit alle Informationen direkt und unmittelbar in der Einsatzzentrale vorliegen. Zusätzlich ist gerade bei größeren Tiefenanpassungen diese Information auch für die Auswertung der Sonardaten des Schlappsonars relevant, da bei größeren Änderungen nicht mehr von einer geraden, horizontalen Anordnung der Hydrophone ausgegangen werden kann.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist der Tauchkörper reversibel lösbar mit dem Schleppsonar verbindbar. Ganz besonders bevorzugt ist der Tauchkörper unbemannt, besonders bevorzugt autonom, an das Schleppsonar verbringbar und mit dem Schleppsonar verbindbar. Gerade im Bereich der Anwendung in einem Unterseeboot ist es nicht möglich, bei Ausbringen oder Einholen des Schleppsonars Bauteile, zum Beispiel einen Sender für ein Aktivsonar oder eben einen Tauchkörper manuell anzukoppeln oder abzukoppeln. Das Schleppsonar muss also in einer einfachen Form auf eine Trommel aufgewickelt werden können. In dieser Form wird es aber technisch schwierig, einen Tauchkörper in einem Schleppsonar anzuordnen. Daher ist der Tauchkörper bevorzugt mit einem Antriebssystem ausgestattet und weist vorzugsweise die Form eines Torpedos auf. Auf diese Weise kann der Tauchkörper aus einem Waffenrohr ausgebracht werden. Anschließend kann der Tauchkörper entweder drahtgelenkt oder autonom an das Schleppsonar verbracht und an dieses angekoppelt werden. Im Falle einer Drahtlenkung wird danach der Draht gekappt, um das Waffenrohr schließen zu können. Außerdem kann das Antriebssystem auch dazu genutzt werden, noch schneller Flöhenänderungen des Antennenbereichs vornehmen zu können.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung verläuft das Schleppsonar durch den Tauchkörper. Der Tauchkörper ist beim Aufwinden reversibel lösbar und beim Abwinden reversibel verbindbar mit dem Schleppsonar. Beispiele für solche Verbindungen sind dem Fachmann beispielsweise aus der WO 2008/043823 A1 bekannt, deren Offenbarungsgehalt hiermit vollständig mit umfasst wird. Besonders bevorzugt ist dieses, sofern das Wasserfahrzeug ein Unterseeboot ist. In diesem Fall verbleibt der Tauchkörper nach dem Aufwinden des Schleppsonars außerhalb des Unterseebootes.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist der Zugkabelbereich eine Datenverbindung zwischen dem Wasserfahrzeug und dem Tauchkörper auf, wobei der Tauchkörper über die Datenverbindung steuerbar ist. Im Zugkabelbereich verlaufen Datenleitungen, um die Sonardaten aus dem Antennenbereich in das Wasserfahrzeug zu leiten. Daher ist die Integration einer entsprechenden Datenverbindung für den Tauchkörper sehr einfach. Hierdurch ist eine direkte Steuerung und damit Einstellung der Tauchtiefe des Antennenbereichs auch direkt aus dem Sonarsystem leicht umsetzbar. Optional kann zusätzlich auch eine Verbindung zur Energieversorgung des Tauchkörpers vorgesehen sein. Alternativ können die verschiedenen Systeme über getrennte Energieversorgungen durch den Zugkabelbereich mit dem Wasserfahrzeug verbunden sein, sodass eine Steuerung nur über die bereitgestellte Energie an die einzelnen Systeme erfolgt. Beispielsweise kann zeitweise eine Pumpe im Tauchkörper mit Energie versorgt werden, welche Wasser aus einem Ballasttank heraus fördert und so eine Verringerung der Tauchtiefe bewirkt. Ebenso kann ein Stellmotor eines Tiefenruders oder Seitenruders mit Energie versorgt werden, um die daraus resultierende Änderung zu bewirken. Die Information wird somit nur durch die Übertragung von Energie übertragen. io

Die Datenverbindung kann durch ein elektrisch leitfähiges Kabel gebildet werden. Hierbei kann es sich um eine reine Datenverbindung handeln. Alternativ kann auch eine energieführende Leitung verwendet werden, um die Daten zusätzlich zum Energietransfer über die selbe Leitung zu transportieren. Die Datenverbindung kann weiter durch ein Glasfaserkabel gebildet werden.

In einer weiteren alternativen Ausführungsform der Erfindung wird eine Datenverbindung zwischen dem Wasserfahrzeug und dem Tauchkörper mittels eines Akustikmodem gebildet, wobei der Tauchkörper über die Datenverbindung steuerbar ist. Diese Ausführungsform ermöglicht eine Nachrüstbarkeit für bestehende Anlagen, ohne das Zugkabel verändern zu müssen.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist der Tauchkörper ein Aktivsonar auf. Gerade wenn das Schleppsonar auf einer anderen Seite einer Thermokline gezogen wird als sich das Wasserfahrzeug befindet, kann dieses vorteilhaft sein.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist das Wasserfahrzeug zwei Schleppsonare auf, von denen wenigstens ein Schleppsonar einen Tauchkörper aufweist, bevorzugt beide Schleppsonare mit jeweils mindestens einem Tauchkörper ausgestattet sind. Hierdurch ist es möglich ein erstes Schleppsonar beispielsweise oberhalb einer Thermokline einzusetzen und das zweite Schleppsonar beispielsweise unterhalb einer Thermokline. Hierdurch wird es für ein feindliches Unterseeboot extrem schwierig, sich der Ortung zu entziehen.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist der Tauchkörper keine gasgefüllten Bereiche auf. Bevorzugt ist der erste Tauchkörper vollständig vergossen oder wasserdurchspült. Durch den Verzicht auf gasgefüllte Bereiche wird eine sprunghafte Änderung der Schallgeschwindigkeit an der Grenze zwischen fest und gasförmig vermieden und so die Reflektivität für Schallwellen reduziert und somit die Signatur des Tauchkörpers. Diese Ausführungsform ist besonders bevorzugt für die passive Ausführungsform. Im Falle eines Aktivsonars an Bord des Tauchkörpers verrät dieser seine Position bereits durch das Aussenden der Schallwellen, sodass eine Signaturoptimierung verzichtbar ist. In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung erfolgt die Energieversorgung über ein Stromkabel im Zugkabelbereich, wobei das Stromkabel wenigstens vieradrig ausgebildet ist und wobei das Stromkabel jeweils zwei Adern mit gleicher Polarität aufweist, wobei jeweils Adern mit entgegengesetzter Polarität zueinander benachbart sind. Im Falle von vier Adern ergeben sich zwei Adern mit einem hohen Potential (+) und zwei mit einem niedrigen Potential (-). Diese vier Adern sind an den Ecken eines Quadrats angeordnet, sodass Adern mit gleichem Potential sich diagonal gegenüberliegen. Hierdurch wird eine Reduktion der elektromagnetischen Signatur erreicht.

In einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben eines erfindungsgemäßen Wasserfahrzeugs. Das Verfahren weist die folgenden Schritte auf: a) Ausbringen des Schleppsonars, b) Vorgeben einer tiefenkorrelierten Umgebungsmessgröße, c) Ansteuern der aus der tiefenkorrelierten Umgebungsmessgröße ergebenden Tiefe durch den Tauchkörper mit Hilfe der Tiefeneinstellvorrichtung, d) Kontinuierliches Messen einer zur tiefenkorrelierten Umgebungsmessgröße korrelierten Messgröße mit dem ersten Umgebungssensor, e) Auswerten der Messgröße und prüfen, ob eine Tiefenanpassung durchgeführt werden muss und wenn notwendig ansteuern der Tiefeneinstellvorrichtung.

Die in Schritt b) vorgegebene tiefenkorrelierte Umgebungsmessgröße kann beispielsweise die Tiefe selbst, ein Umgebungsdruck, eine Umgebungstemperatur, eine Umgebungsleitfähigkeit oder ein Salzgehalt sein. Selbstverständlich kann die tiefenkorrelierte Umgebungsmessgröße zu jedem Zeitpunkt geändert werden, beispielsweise um die Suche mit dem Schleppsonar auf einer andere Tiefe und damit beispielsweise in einer anderen Schicht fortzusetzen. Dann springt das Verfahren wieder in Schritt b), gefolgt von dem Ansteuern der neuen Tiefe in Schritt c). Besonders bevorzugt kann aber auch eine lokale Änderung der Umgebungsmessgröße vorgegeben werden. Dieses kann beispielsweise vorteilhaft sein, wenn das Schleppsonar beispielsweise unterhalb einer ersten Thermokline, also einer ersten starken Temperaturänderungsschicht, angeordnet werden soll. Da durch die beispielsweise jahreszeitlichen Veränderungen die exakte Lage dieser Thermokline üblicherweise nicht exakt bekannt ist, kann auch vorgegeben werden, dass das Schleppsonar auf einer Tiefe knapp unterhalb einer schlagartigen Änderung beispielsweise der Temperatur oder des Salzgehalts oder der Schallgeschwindigkeit gehalten werden soll. In diesem Fall erfolgt ein Absenken des Schleppsonars solange, bis die erfasste Umgebungsmessgröße eine entsprechende vorgegebene Änderung aufweist. Hierdurch ist es möglich, ein Schleppsonar richtig zu positionieren, auch wenn die exakte Schichtung des Wassers zunächst nicht bekannt ist.

Die Schritte d) und e) stellen eine Kontrollschleife dar, um das Schleppsonar in der gewünschten Position zu halten. Hierbei muss das kontinuierliche Messen in Schritt d) nicht ununterbrochen erfolgen. Vielmehr kann dieses auch in Intervallen passieren, wobei die Intervalllängen angepasst werden können. Insbesondere kann die Intervalllänge von der Veränderlichkeit der Messgröße abhängig gemacht werden. Treten nur sehr geringe Schwankungen auf, wird beispielsweise in einem Minutenintervall gemessen, treten stärkere Änderungen auf wird das Intervall beispielsweise auf 10 Sekunden oder bei noch stärkeren Änderungen auf 1 Sekunde oder auf ununterbrochen umgestellt.

Die Verwendung einer solchen Kontrollschleife ermöglicht es insbesondere auch durch Vorgabe beispielsweise einer Temperatur oder einer Salinität gezielt unterhalb oder oberhalb einer Schichtung zu bleiben, unabhängig davon, auf welcher Wassertiefe diese sich befindet.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird während des Schrittes c) das Tiefenprofil der Messgröße ermittelt. Oftmals sind die Verläufe von Temperatur oder Salinität nur begrenzt bekannt. Es ist daher vorteilhaft, dieses Profil in der aktuellen Situation zu erfassen und diese Information zur Anpassung der weiteren Mission verwenden zu können. Die Bestimmung des Tiefenprofils kann dabei regelmäßig bei Tiefenänderungen wiederholt werden.

In einer weiteren Ausführungsform wird zunächst eine erste Tiefe vorgegeben und während Schritt c) das Tiefenprofil der Messgröße ermittelt. Aus diesem Tiefenprofil wird dann die ideale Position für die Hydrophone ermittelt und dann entsprechend beispielsweise die Temperatur oder Salinität dieser Position als tiefenkorrelierte Umgebungsmessgröße vorgegeben. Hierzu wird im ersten Schritt eine ausreichend tiefe erste Tiefe gewählt, um sicher zu sein, dass der gewünschte Übergang im Wasser durchfahren und so vermessen wird.

In einerweiteren Ausführungsform der Erfindung weist das Wasserfahrzeug einen ersten Tauchkörper und einen zweiten Tauchkörper auf, wobei eine Abstimmung zur gleichzeitigen Tiefenänderung zwischen dem ersten Tauchkörper und dem zweiten Tauchkörper erfolgt.

Nachfolgend ist das erfindungsgemäße Wasserfahrzeug anhand eines in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.

Fig. 1 Wasserfahrzeug mit Schleppsonar und Tauchkörper Fig. 2 Tauchkörper

Fig. 3 Unterseeboot mit Schleppsonar und Tauchkörper

In Fig. 1 ein Wasserfahrzeug 10, beispielsweise eine Fregatte, mit einem Schleppsonar. Das Schleppsonar weist einen Zugkabelbereich 30 auf sowie einen Antennenbereich 40. Zusätzlich weist das Schleppsonar einen Tauchkörper 20 auf, der in Fig. 2 vergrößert gezeigt ist. Der Tauchkörper 20 ist lösbar mit dem Antennenbereich 40 und dem Zugkabelbereich 30 verbunden. Um das Schleppsonar auf einer Winde auf dem Wasserfahrzeug 10 aufzurollen, wird der Tauchkörper 20 abgetrennt. Der Tauchkörper 20 weist ein Tiefenruder 50 und ein Seitenruder 70 sowie einen Ballasttank 60 auf. Über eine Datenleitung in dem Zugkabelbereich 30 werden diese Bestandteile durch das Wasserfahrzeug 10 gesteuert, sodass die Tauchtiefe des Antennenbereichs 40 gezielt eingestellt werden kann.

In Fig. 3 ist ein Beispiel für ein Unterseeboot 12 gezeigt. Im Unterschied zum in Fig. 1 gezeigten Beispiel ist der Tauchkörper 20 seitlich an das Schleppsonar angekoppelt. Der Tauchkörper 20 wird hierbei über das Waffenrohr des Unterseebootes 12 getrennt vom Schleppsonar ausgebracht und erst unter Wasser gekoppelt. Selbstverständlich ist auch eine Kopplung an der Wasseroberfläche bei einem aufgetauchten Unterseeboot 12theoretisch denkbar. Bezugszeichen 10 Wasserfahrzeug 12 Unterseeboot 20 Tauchkörper

30 Zugkabelbereich 40 Antennenbereich 50 Tiefenruder 60 Ballasttank 70 Seitenruder