Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Aufspüren von Anomalien an einem Unterwasserobjekt, insbesondere am Unterwasserteil eines Rumpfes eines vertäuten Wasserfahrzeugs, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

In Zeiten zunehmender terroristischer Bedrohung von zivilen und militärischen Einrichtungen bekommt deren permanenter Schutz eine zunehmende Bedeutung. Insbesondere Unterwasserobjekte, wie Fundamente von Förderanlagen und Windparks, Hafenbecken, Schiffsrümpfe von im Hafen liegenden Schiffen und U-Booten, sind Unterwassermanipulationen durch Taucher oder ferngelenk- ten Unterwasserfahrzeugen ungeschützt ausgesetzt. So können beispielsweise unbemerkt Haftminen angebracht werden, die dann ferngezündet werden.

Aus DE 10 2005 014 555 A1 sind ein Minenjagdsystem und ein Verfahren zur Minenjagd mit mehreren autonom agierenden Unterwasserfahrzeugen bekannt, wobei eine erste Gruppe dieser Unterwasserfahrzeuge, die Sensoren aufweist, zur Minenortung eingesetzt wird, und eine zweite Gruppe dieser Unterwasserfahrzeuge zur Bekämpfung georteter Minen eingesetzt wird.

Aus US 2009/0090286 A1 ist ein bewaffnetes, ferngesteuert betriebenes Fahr- zeug mit Video- und Sonarsensoren bekannt.

Weiter sind aus DE 10 2005 062 109 A1 ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Abwehr von Unterwasser eindringenden Personen bekannt, wobei zunächst eine Person detektiert und verfolgt wird und nachfolgend ein unbemanntes Unterwasserfahrzeug zur Abwehr der detektierten Person eingesetzt wird.

Ferner ist aus DE 43 02 455 A1 eine Unterwasserdrohne zur Bekämpfung von Minen bekannt, wobei diese Unterwasserdrohne eine zur Metalldetektion geeignete Antenneneinrichtung aufweist.

Schließlich ist aus DD 300 802 A7 ein Unterwasserkörper mit fester Anordnung hydroakustischer Wandler zur Grundabstandsmessung bekannt, der universell in drei Betriebsarten eingesetzt werden kann.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein kostengünstiges Verfahren zum Aufspüren oder Erkennen von Anomalien an Unterwasserobjekten, z. B. von dort illegal angebrachten Fremdkörpern, wie Haftminen, Schmuggelware und dgl., anzugeben, das effizient ist und weitgehend automatisiert ohne Unterwassereinsatz von Personen durchgeführt werden kann.

Die Aufgabe ist erfindungsgemäß durch die Merkmale im Anspruch 1 gelöst.

Das erfindungsgemäße Verfahren hat den Vorteil, dass mit einer einfachen Sensorausstattung, wie akustischen Sensor zur Querabstandsmessung und Druckdose zur Tiefenbestimmung, eine sehr zuverlässige Abtastung des Unterwasserobjekts durchgeführt werden kann und durch Navigieren des Unterwasser- Kleinfahrzeugs mit konstantem Querabstand zum Unterwasserobjekt ein Profil des Unterwasserobjekts erhalten wird, in dessen Profillinie eine am Unterwasserobjekt vorhandene Anomalie, z.B. ein anhaftender Fremdkörper, deutlich hervortritt. Dies ist darin begründet, dass bei Erfassen der Anomalie durch den akustischen Sensor das Unterwasser-Kleinfahrzeug infolge seiner Trägheit seine durch konstanten Querabstand zum Unterwasserobjekt gekennzeichnete Fahrt fortsetzt, dagegen in dem Messprofil des den Querabstand messenden, akustischen Sensors aber eine Profilveränderung, z.B. ein Einbruch oder Senke in der Profillinie, erscheint, die bereits wieder abgeklungen ist, wenn die Fahrtregelung des Unterwasser-Kleinfahrzeugs durch die Navigationsvorrichtung auf den veränderten Querabstand ansprechen würde, so dass das Unterwasser- Kleinfahrzeug ungeachtet des sich kurzzeitig verändernden Querabstands zum Unterwasserobjekt seinen Kurs im vorbestimmen, konstanten Querabstand zum Unterwasserobjekt unverändert fortsetzt. Das Erkennen der Anomalie in der Messprofillinie des akustischen Abstandssensors kann unmittelbar, z.B. über einen vom Unterwasser-Kleinfahrzeug nachgeschleppten Lichtleiter, zur Warnanzeige in einer Überwachungszentrale gebracht werden und einen Tauchereinsatz zur Inspektion und/oder Entfernen der Anomalie auslösen, ohne dass das Unterwasser-Kleinfahrzeug seine Inspektionsfahrt unter- oder abbrechen muss. Dadurch wird ein deutlicher Zeitgewinn zwischen Erkennen und Beseitigen der Anomalie erzielt.

Zweckmäßige Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens mit vorteilhaften Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den weiteren Ansprüchen.

Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform des Verfahrens wird zumindest bei Erkennen einer Anomalie die Position des Unterwasser-Kleinfahrzeugs relativ zum Unterwasserobjekt festgestellt. Durch diese Positionsbestimmung des Unterwasser-Kleinfahrzeugs lässt sich eine objektbezogene Lokalisierung der Ano- malie leicht vornehmen und der Inspektions- und/oder Beseitigungseinsatz durch Taucher zeitkomprimiert und effizient gestalten.

Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung fährt das Unterwasser-Kleinfahrzeug mit konstanter Geschwindigkeit und wird während der Fahrt die Fahrzeit laufend gemessen. Bei Erkennen einer Anomalie wird aus der bis dahin gemessenen Fahrzeit und der Fahrgeschwindigkeit des Unterwasser- Kleinfahrzeugs sowie der Tauchtiefe des Unterwasser-Kleinfahrzeugs die Position der Anomalie bestimmt. Die Zeitmessung wird gestartet, wenn der vorgegebene Querabstand des Unterwasser-Kleinfahrzeugs zum Unterwasserobjekt erstmals gemessen wird. Durch diese Verfahrensweise kann durch eine einfache Zeitmessung die Position des Unterwasser-Kleinfahrzeugs und damit die objektbezogene Position der Anomalie festgestellt werden. - A -

Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung wird ein mehrmaliges Abfahren des Unterwasserobjekts durchgeführt und bei jedem Abfahren die konstante Fahrtiefe geändert. Durch dieses Abfahren des Unterwasserobjekts in unterschiedlichen Tauchtiefen können mit einem einfachen akustische Sensor mit kleiner vertikaler Bündelung des akustischen Abtaststrahls auch die Tiefenkomponente der Anomalie für den Tauchereinsatz ausreichend genau bestimmt werden. Dabei kann die Fahrtiefenänderung des Unterwasser-Kleinfahrzeugs unmittelbar am Ende des Unterwasserobjekts durch eine 180°-Kehrtwende des Kleinfahrzeugs oder nach einem vollständigen Umfahren des Unterwasserob- jekts durchgeführt werden.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels im folgenden näher beschrieben. Es zeigen in schematisierter Darstellung:

Fig. 1 eine Seitenansicht eines in einem Hafenbecken vertäuten Oberflächenschiffes,

Fig. 2 eine Draufsicht des Oberflächenschiffes in Fig. 1 ,

Fig. 3 ein bei Abtasten des Rumpfes des Oberflächenschiffes in Fig. 1 und 2 durch einen akustischen Abstandssensor bei Fahrt des Unterwasser-Kleinfahrzeugs entstehendes Diagramm des Querabstands des Unterwasser-Kleinfahrzeugs vom Rumpf des Oberflächenschiffes in Abhängigkeit von der Fahrzeit,

Fig. 4 ein Blockschaltbild einer Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens zum Aufspüren oder Erkennen einer Anomalie am Rumpf des Oberflächenschiffes in Fig. 1 und 2.

Zur Erläuterung des hier vorgestellten Verfahrens zum Aufspüren, Erkennen o- der Entdecken von Anomalien an einem stationären Unterwasserobjekt ist in Fig. 1 und 2 ein Oberflächenschiff 1 1 schematisiert dargestellt, das in einem Hafenbecken 12 liegt und an einer Pier 13 vertäut, d.h. mit Leinen 14 festgemacht, ist. Im Unterwasserbereich ist am Rumpf 15 des Oberflächenschiffes 11 eine Anomalie 16 dargestellt, die z.B. einer Haftmine oder ein mit Schmuggelgut gefüllter Behälter sein kann.

Um eine solche Anomalie 16 an dem ansonsten glatten Rumpf 15 des Oberflächenschiffs 1 1 aufzuspüren, wird ein unbemanntes Unterwasser-Kleinfahrzeug 17 eingesetzt. Solche unbemannten, eigenangetriebenen Unterwasser-Kleinfahrzeuge sind in unterschiedlicher Bestückung mit Sensoren und Messvorrichtung mannigfaltig bekannt. Das hier eingesetzte Unterwasser-Kleinfahrzeug 17 verfügt beispielsweise über vier Propellerantriebe 18, die zum Steuern oder Navigieren des Unterwasser-Kleinfahrzeugs 17 von einer Navigationsvorrichtung 19 (Fig. 4) getrennt angesteuert werden. Je nach Drehzahl der einzelnen Propellerantriebe 18, von denen jeweils zwei vertikal übereinander und zwei horizontal nebeneinander angeordnet sind, kann das Unterwasser-Kleinfahrzeug 17 geradeaus fah- ren oder nach rechts oder links und aufwärts oder abwärts gelenkt werden. Als Sensoren sind in dem hier eingesetzten Unterwasser-Kleinfahrzeug 17 mindestens ein akustischer Abstandssensor 20 zum Vermessen einer horizontal zur Fahrzeugachse sich erstreckenden Querdistanz und ein Tiefensensor 21 zur Bestimmung der Tauchtiefe des Unterwasser-Kleinfahrzeugs 17 vorhanden. Ein solcher akustischer Abstandssensor 20 kann z.B. ein einfaches Echolot sein, das Schallimpulse aussendet und die durch Reflexion der Schallimpulse entstandenen Echos empfängt und die Zeit zwischen dem Senden und dem Echoempfang misst. Aus der bemessenen Zeit wird unter Berücksichtung der Schallgeschwindigkeit die Strecke bis zu dem die Reflexion der Schallimpulse auslösenden Ob- jekt berechnet. Der Tiefensensor 21 ist z.B. eine einfache Druckdose. Die Ausgangssignale der Sensoren 20, 21 sind der Navigationsvorrichtung 19 zugeführt.

Das Unterwasserfahrzeug-Kleinfahrzeug 17 wird vom Oberflächenschiff 1 1 oder von der Pier 13 aus ins Wasser eingesetzt, z.B. - wie dies in Fig. 1 und 2 dargstellt ist - hinter dem Heck des Oberflächenschiffs 1 1 , und fährt entlang des Rumpfes 15 des Oberflächenschiffs 1 1 . Während der Fahrt des Unterwasser- Kleinfahrzeugs 17 wird mittels des akustischen Abstandssensors 20 fortlaufend der horizontale Querabstand des Unterwasser-Kleinfahrzeugs 17 vom Rumpf 15 gemessen. Das Unterwasser-Kleinfahrzeug 17 wird dabei von der Navigations- vorrichtung 19 so gesteuert, dass es in konstanter Tiefe einen vorgegebenen Querabstand vom Rumpf 15 einhält. Hierzu werden der Navigationsvorrichtung 19 (Fig. 4) zum einen die Fahrtiefe und der Querabstand als Sollwerte T _Sθ ιι und dsoii vorgegeben und zum andern die Messwerte von Abstandssensor 20 und Tiefensensor 21 als Ist-Werte d und T zugeführt. Ein entsprechender Regelkreis in der Navigationsvorrichtung 19 generiert abhängig davon Steuerbefehle für die vier Propellerantriebe 18, die das Unterwasser-Kleinfahrzeug 17 auf den angesprochenen Kurs halten.

Der während der Fahrt des Unterwasser-Kleinfahrzeugs 17 fortlaufend vom Abstandssensor 20 gemessene Ist-Querabstand d wird zudem fortlaufend mit dem vorgegebenen Soll-Querabstand d _Sθ ιι verglichen und dan n , wenn der I st- Querabstand d signifikant unter den Soll-Querabstand dsoii absinkt auf Vorhandensein einer Anomalie erkannt. Das Unterwasser-Kleinfahrzeug 17 ist vorzugs- weise ü ber ei n e Verbindungsleitung 22 (Fig. 1 ) mit einer Missions- Überwachungszentrale an Bord des Oberflächenschiffes 1 1 verbunden, und bei Aufspüren einer Anomalie kann über die Verbindungsleitung 22 ein Alarm ausgelöst werden. Dabei wird im Moment der Anomalieaufspürung auch die momentane Position des Unterwasser-Kleinfahrzeugs 17 relativ zum Rumpf 15 des Ober- flächenschiffs 11 bestimmt und über die Verbindungsleitung 22 der Missions- Überwachungszentrale mitgeteilt. Die Positionsbestimmung erfolgt in einfacher Weise dadurch, dass das Unterwasser-Kleinfahrzeug 17 mit konstanter Geschwindigkeit, die der Navigationsvorrichtung 19 als Geschwindigkeitssollwert Vsoii vorgegeben wird, fährt und von einem Startpunkt aus die Fahrzeit t gemes- sen wird. Die im Zeitpunkt des Erkennens der Anomalie 16 gemessene Fahrzeit t _A ergibt die zurückgelegte Fahrstrecke s _A in der vorgegebenen Tauchtiefe T _Sθ ιι, womit die Position P _A (s _A ; T _A ) des Unterwasser-Kleinfahrzeugs 17 festgelegt ist. Wird als Startpunkt der Zeitmessung der Zeitpunkt t ₀ gewählt, bei dem der Abstandssensor 20 nach Aussetzen des Unterwasser-Kleinfahrzeugs 17 erstmals einen Querabstand d misst, der dem vorgegebenen Soll-Querabstand dsoii entspricht, so ist die ausgegebene Position P _A (s _A ; T _A ) des Unterwasser- Kleinfahrzeugs zugleich die Position der Anomalie 16 am Rumpf 15 des Oberflächenschiffs 11. In Fig. 4 ist beispielhaft ein Blockschaltbild einer im Unterwasser-Kleinfahrzeug 17 installierten Vorrichtung dargestellt, mit der das vorgestellte Verfahren zum Aufspüren oder Entdecken der Anomalie 16 durchgeführt wird. Neben der bereits angesprochenen Navigationsvorrichtung 19 und den bereits angesprochenen Sensoren 20, 21 weist die Vorrichtung noch einen ersten Flankendetektor 23, einen Zeitgeber oder Timer 24, einen Komparator 25, einen zweiten Flankendetektor 26, eine Torschaltung 27 und einen Multiplizierer 28 auf. Der Ausgang des akustischen Abstandssensors 20 ist sowohl an die Navigationsvorrichtung 19 als auch an die Eingänge der Flankendetektoren 23, 26 und des Komparators 25 angeschlossen. Dem Komparator 25 ist über einen zweiten Eingang der vorgegebene Querabstand dsoii des Unterwasser-Kleinfahrzeugs 17 vom Rumpf 15 des Oberflächenschiffs 1 1 zugeführt. Die Torschaltung 27 ist über den Ausgang des Komparators 25 ansteuerbar und verbindet den Ausgang des Timers 24 und dem Eingang des Multiplizierers 28, dem als Multiplikator die Sollgeschwindigkeit Vsoii des Unterwasser-Kleinfahrzeugs 17 zugeführt ist. Die Ausgänge der beiden Flankendetektoren 23, 26 sind an die Navigationsvorrichtung 19 angeschlossen.

Fig. 3 zeigt zur Verdeutlichung des vorgestellten Verfahrens ein Diagramm, in dem der während der Fahrt des Unterwasser-Kleinfahrzeugs 17 von dem akusti- sehen Abstandssensor 20 gemessene Querabstand d als Funktion der Fahrzeit t dargestellt ist. Das hinter dem Heck des Überwasserschiffes 11 ausgesetzte Unterwasser-Kleinfahrzeug 17 nimmt Fahrt auf und gelangt zum Zeitpunkt t ₀ bei konstanter Geschwindigkeit in der Tauchtiefe T _Sθ ιι an die Heckkante des Rumpfs 15. Während dieser Fahrstrecke misst der akustische Abstandssensor 20 gegen die Pierwand und damit den Querabstand d zur Pierwand, der deutlich größer ist als der der Navigationsvorrichtung 19 vorgegebene Sollwert dsoii- Erreicht das Unterwasser-Kleinfahrzeug 17 den Rumpf 15 des Unterwasserschiffs 1 1 , so tritt am Ausgang des akustischen Abstandssensors 20 ein deutlicher Messwertsprung auf, da der nunmehr vom Abstandssensor 20 gegen den Rumpf 15 ge- messene Querabstand d sehr viel kleiner ist als der zuvor gegen die Pierwand gemessene Querabstand. Dieser negative Messwertsprung führt am Ausgang des ersten Flankendetektors 23 zu einem Steuerimpuls, mit dem einerseits der Abstandsregelkreis der Navigationsvorrichtung 19 eingeschaltet und andererseits der Timer 24 gestartet wird. Das Unterwasser-Kleinfahrzeug 17 wird nunmehr auf einem Kurs gesteuert, auf dem das Unterwasser-Kleinfahrzeug 17 den vorgegebenen Querabstand dsoii zum Rumpf 15 konstant einhält.

Zum Zeitpunkt t _A gelangt das Unterwasser-Kleinfahrzeug 17 zu der Anomalie 16 am Rumpf 15 und das Ausgangssignal des akustischen Abstandssensors 20 sinkt kurzfristig unter den Soll-Wert d _Sθ ιι ab. Am Ausgang des Komparators 25, der ständig den vom Abstandssensor 20 ausgegebenen Ist-Wert des Querabstands d vom Rumpf 15 mit dem vorgegebenen Soll-Wert des Querabstands d _Sθ ιι vergleicht, tritt ein Impuls auf, der die Torschaltung 27 zum kurzzeitigen Schlie- ßen veranlasset. Dadurch wird die vom Timer 24 momentan gemessene Fahrzeit t _A an den Multiplizierer 28 gegeben. Im Multiplizierer 28 wird die momentan festgestellte Fahrzeit t _A mit der vorgegebenen Soll-Geschwindigkeit v _Sθ ιι des Unterwasser-Kleinfahrzeugs 17 multipliziert. Die daraus hervorgehende Fahrstrecke s _A die zusammen mit d er vorgegebenen Tauchtiefe T _Sθ ιι des Unterwasser- Kleinfahrzeugs 17 die Position des Unterwasser-Kleinfahrzeugs 17 im Moment des Aufspürens der Anomalie 16 festgelegt, kann über die Verbindungsleitung 22 zur Missions-Überwachungszentrale an Bord des Oberflächenschiffes 1 1 übertragen und dort in eine Alarmanzeige integriert werden. Aufgrund der Alarmanzeige kann von der Überwachungszentrale ein Tauchereinsatz zur Inspektion und Beseitigung der Anomalie 16 gestartet werden, wobei die durch die gemeldete Fahrstrecke s _A und die gemeldete Tauchtiefe T _Sθ ιι festgelegte Position des Unterwasser-Kleinfahrzeugs 17 die Position P _A der Anomalie 16 angibt, die die Zielvorgabe für den Tauchereinsatz bildet.

Unabhängig davon setzt das Unterwasser-Kleinfahrzeug 17 seine Fahrt mit konstantem Querabstand dsoii vom Rumpf 15 des Oberflächenschiffes 1 1 fort. Hat das Unterwasser-Kleinfahrzeug 17 das Ende des Rumpfs 15 erreicht und fährt über diesen hinaus, so misst der akustische Abstandssensor 20 wiederum den Querabstand zur Pierwand, der deutlich größer ist als der Querabstand zum Rumpf 15. Am Ausgang des Abstandssensors 20 tritt ein deutlicher Messwertsprung zu höheren Messwerten hin auf. Die positive Flanke des Messwertsprungs wird im zweiten Flankendetektor 26 detektiert. Letztere erzeugt einen Steuerimpuls, der zu der Navigationsvorrichtung 19 gelangt und dort ein Manö- ver des Unterwasser-Kleinfahrzeugs 17 auslöst, z.B. ein Wendemanöver auf eine veränderte Tauchtiefe.

Der beschrieben Vorgang des Abfahrens des Rumpfs 15 durch das Unterwas- ser-Kleinfahrzeug 17 wird wiederholt mit unterschiedlicher Tauchtiefe des Unterwasser-Kleinfahrzeugs 17 durchgeführt, so dass der gesamte Rumpf 15 auch in der Vertikalabmessung vom akustischen Abstandssensor 20 vollständig abgetastet wird. Sinnvollerweise führt das Unterwasser-Kleinfahrzeug nach Verlassen des Rumpfbereichs eine 180° Wende durch und fährt in der nächsten Tauchtiefe den Rumpf 15 in Gegenrichtung zur seiner vorhergehende Fahrbahn ab. In diesem Fall muss das Unterwasser-Kleinfahrzeug 17 mit einem zweiten akustischen Abstandssensor ausgestattet sein, dessen Messrichtung um 180° gegenüber der des ersten akustischen Abstandssensors 20 gedreht ist.

Alle in der vorgenannten Figurenbeschreibung, in den Ansprüchen und in der Beschreibungseinleitung genannten Merkmale sind sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination miteinander einsetzbar. Die Erfindung ist somit nicht auf die beschriebenen bzw. beanspruchten Merkmalskombinationen beschränkt. Vielmehr sind alle Merkmalskombinationen als offenbart zu betrachten.