Beschreibung

Die Erfindung bezieht sich auf die Detektion von Unterwasserfahrzeugen mit Sensoren bzw. Sensoranordnungen, die sich von klassischen Sonaren, die derzeit für die Detektion von Unterwasserfahrzeugen eingesetzt werden, unterscheiden.

Klassische Sonare können je nach Konfiguration Wasserschall mit Frequenzen zwischen 50Hz und 100kHz aussenden (Aktivsonar) und/oder empfangen (Aktiv- und Passivsonar). Moderne Unterwasserfahrzeuge werden jedoch immer leiser und emittieren auf Schleichfahrt kaum noch Wasserschall. Somit wird die Detektion und Ortung mittels Passivsonar deutlich erschwert. Die Ortung mittels Aktivsonar hat den Nachteil, dass der Schallsender leicht zu detektieren ist. Eine Ortung des (insbesondere feindlichen) Unterwasserfahrzeug mittels eines (eigenen) Unterwasserfahrzeugs ist somit nicht möglich, ohne seine eigene Position zu offenbaren. Dies ist jedoch grade nicht erwünscht.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht deshalb darin, ein verbessertes Konzept für das Detektieren von Unterwasserfahrzeugen zu schaffen.

Die Aufgabe wird durch den Gegenstand der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Weitere vorteilhafte Ausführungsformen sind der Gegenstand der abhängigen Patentansprüche.

Es werden nunmehr eine Vielzahl von Konzepten offenbart, die sich in drei Kategorien einteilen lassen. Die Konzepte der ersten Kategorie befassen sich mit der Detektion des Unterwasserfahrzeugs an sich. Die Konzepte der zweiten Kategorie und der dritten Kategorie befassen sich jeweils mit der Detektion des Kielwassers des Unterwasserfahrzeugs, wobei die Konzepte der dritten Kategorie physikalische Effekte zur Detektion der Wasserwirbel in dem Kielwasser ausnutzen und die Konzepte der zweiten Kategorie auch ohne Wasserwirbel auskommen würden. Pro Konzept wird ein Sensor oder eine Mehrzahl von Sensoren eingesetzt, der bzw. die eine physikalisch Größe basierend auf einem physikalischen Effekt bestimmen. Pro Konzept wird ein physikalischer Effekt ausgenutzt.

Die Sensoren können einzeln oder in einer beliebigen Anzahl und Kombination an einer Plattform angeordnet sein. In anderen Worten ist es möglich, einen physikalischen Effekt zur Detektion des Unterwasserfahrzeugs zu nutzen. Es können aber auch eine Mehrzahl von physikalischen Effekten in Kombination verwendet werden, um das Unterwasserfahrzeug zu detektieren. Je mehr physikalische Effekte verwendet werden, desto höher ist die Wahrscheinlichkeit, das Unterwasserfahrzeug zu detektieren. Ebenso ist es möglich, den oder die verwendeten Sensoren zusammen mit einem klassischen Sonar, bevorzugt einem Passivsonar, zu verwenden. Ferner wird abschließend in einem Ausführungsbeispiel offenbart, wie einer oder mehrere der Sensoren der zweiten oder dritten Kategorie an dem (eigenen) Unterwasserfahrzeug als Plattform zur Detektion des (insbesondere feindlichen) Unterwasserfahrzeugs befestigt werden können. Weiter können zumindest einige der beschriebenen Konzepte ebenfalls dazu verwendet werden, bereits detektierte Unterwasserkontakte zu klassifizieren. Das heißt, ihren genauen Typ zu bestimmen. Dies ist möglich, da unterschiedliche Unterwasserfahrzeuge eine individuelle, typabhängige Ausprägung des betrachteten physikalischen Effekts erzeugen.

Kategorie 1 :

Ausführungsbeispiele des Konzepts 1a (1. Kategorie, Konzept a) zeigen eine Plattform zur Detektion von Unterwasserfahrzeugen mit einer Unterwasserantenne und einer Signalverarbeitungseinheit. Als Plattform kann in diesem sowie auch den folgenden Konzepten jeweils beispielsweise eine Überwasserplattform, beispielsweise ein autonomes oder konventionelles Wasserfahrzeug oder eine Schwimmboje bzw. eine Unterwasserplattform, beispielsweise ein autonomes Unterwasserfahrzeug oder ein bemanntes Unterwasserfahrzeug (U-Boot) oder ein zielsuchender Torpedo oder eine Unterwasserboje angesehen werden. Die Unterwasserantenne weist eine Vielzahl von Wasserschallwandlern auf. Die Wasserschallwandler der Vielzahl von Wasserschallwandlern sind ausgebildet, Wasserschall in ein dem Schalldruck entsprechendes elektrisches Signal umzuwandeln. Die Signalverarbeitungseinheit ist ausgebildet, die elektrischen Signale der Wasserschallwandler zu erhalten und von dem Unterwasserfahrzeug ausgesendeten Infraschall in dem Wasserschall zu detektieren. Infraschall wird beispielsweise durch die Antriebsmaschinen des Unterwasserfahrzeugs aber auch durch die Verdrängung des Wassers, dem Strömungsrauschen (engl. flow noise), erzeugt.

Idee des Konzepts 1a ist es, Wasserschall nicht nur im bekannten Schallbereich von klassischen Sonaren >50 Hz zu detektieren, sondern auch im Infraschallbereich <15 Hz, insbesondere <10 Hz, bevorzugt <7 Hz. Prinzipiell können Wasserschallwandler, beispielsweise piezokeramische Wasserschallwandler, Geräusche mit diesen Frequenzen detektieren. Allerdings werden derart niedrige Frequenzen bei nahezu allen modernen Sonaranlagen herausgefiltert, um das Signal-zu-Rausch-Verhältnis im eigentlichen, höherfrequenten Nutzband, zu verbessern. Es fehlt außerdem an einer geeigneten Signalverarbeitung. Ein großer Vorteil dieses Konzepts ist es, dass das Unterwasserfahrzeug auch detektiert werden kann, wenn sich die Wasserschallwandler außerhalb des Kielwassers des Unterwasserfahrzeugs befinden.

Ausführungsbeispiele zeigen, dass die Unterwasserantenne eine Länge von zumindest 50m, bevorzugt zumindest 75m, zumindest 100m, zumindest 200m, zumindest 350m oder zumindest 500m aufweist. Diese Antennenlängen erlauben die Detektion von Infraschall im Wasser gemäß einer Halbwellenantenne.

Weitere Ausführungsbeispiele zeigen, dass die Plattform ein Unterwasserfahrzeug aufweist und die Unterwasserantenne eine Schleppantenne umfasst, die ausgebildet ist, von dem Unterwasserfahrzeug gezogen zu werden. Wird ein Unterwasserfahrzeug zur Detektion des (feindlichen) Unterwasserfahrzeugs verwendet, ist es vorteilhaft, als Unterwasserantenne eine Schleppantenne zu verwenden. Somit ist es möglich, die Unterwasserantenne von den Geräuschen des schleppenden Unterwasserfahrzeugs zu entkoppeln. Ferner können so auch Antennenlängen realisiert werden, die deutlich größer als 100m sind und somit auch Geräusche mit Frequenzen kleiner oder gleich 1 Hz detektiert werden können. Bei einer Halbwellenantenne wäre dies eine Länge der Unterwasserantenne von 750m oder mehr.

Ebenso ist es möglich, beispielsweise eine fest an dem Unterwasserfahrzeug montierte Antenne, beispielsweise eine Seitensichtantenne, als Unterwasserantenne zu verwenden. Hier ist die Länge der Unterwasserantenne jedoch durch die Länge des Unterwasserfahrzeugs begrenzt.

Darüber hinaus ist es möglich, eine Antenne aus Wasserschallwandlern der fest an dem Unterwasserfahrzeug montierten Antenne sowie der Schleppantenne zu bilden, um noch größere Längen der Unterwasserantenne realisieren zu können. D.h., in einem Ausführungsbeispiel weist das Unterwasserfahrzeug zumindest einen Wasserschallwandler der Vielzahl von Wasserschallwandlern und die Schleppantenne zumindest einen Wasserschallwandler der Vielzahl von Wasserschallwandlern auf, so dass das Unterwasserfahrzeug und die Schleppantenne jeweils einen Teil der Unterwasserantenne aufweisen.

In weiteren Ausführungsbeispielen ist die Signalverarbeitungseinheit ausgebildet, eine Richtungsbildung (beamforming) basierend auf dem Infraschall durchzuführen um eine Richtung, in der sich das Unterwasserfahrzeug befindet, zu bestimmen. Somit ist möglich, nicht nur die Anwesenheit des (feindlichen) Unterwasserfahrzeugs, sondern auch dessen Position zu bestimmen.

Analog ist ein Verfahren zur Detektion von Unterwasserfahrzeugen mit folgenden Schritten offenbart: -Umwandeln von Wasserschall in ein dem Schalldruck entsprechendes elektrisches Signal; -Analysieren des elektrischen Signals um von dem Unterwasserfahrzeug ausgesendeten Infraschall in dem Wasserschall zu detektieren.

Ausführungsbeispiele des Konzepts 1b (1. Kategorie, Konzept b) offenbaren eine Unterwasserplattform (20) zur Detektion von Unterwasserfahrzeugen umfassend einen Magnet-Anomalie Detektor (MAD) sowie eine Signalverarbeitungseinheit. Der Magnet-Anomalie Detektor ist ausgebildet, das Erdmagnetfeld zu detektieren und ein entsprechendes MAD-Sensorsignal auszugeben. Die Signalverarbeitungseinheit erhält das MAD-Sensorsignal und kann eine Abweichung des Erdmagnetfeldes durch das Unterwasserfahrzeug detektieren.

Idee des Konzepts 1b ist es, eine durch das (feindliche) Unterwasserfahrzeug, insbesondere den darin verbauten ferromagnetischen Werkstoffen wie z.B. Stahl, hervorgerufene Verzerrung des Erdmagnetfelds zu detektieren. Die Auswirkungen auf das Erdmagnetfeld sind zwar nur minimal, aber messbar. Bekannt ist die Detektion von Unterwasserfahrzeugen mittels MAD Sensoren aus der Luft. So können Flugzeuge oder Hubschrauber Gewässer überfliegen und mittels der MAD Sensoren Unterwasserfahrzeuge detektieren.

Nun ist die Kommunikation zwischen Flugzeug bzw. Hubschrauber und Unterwasserplattform, beispielsweise einem Unterwasserfahrzeug, nicht trivial. Insoweit ist es vorteilhaft, zur Erstellung des Lagebilds für das Unterwasserfahrzeug, dass auch das Unterwasserfahrzeug das (feindliche) Unterwasserfahrzeug detektieren kann. Dieses Verfahren zur Detektion des (feindlichen) Unterwasserfahrzeugs hat den großen Vorteil, dass die magnetische Signatur eines Unterwasserfahrzeugs nur äußerst aufwendig reduziert werden kann und sich insofern gute Detektionsmöglichkeiten bieten.

Ausführungsbeispiele zeigen, dass die Unterwasserplattform ein Unterwasserfahrzeug und ein Zugmittel aufweist. Das Zugmittel ist ausgebildet, von dem Unterwasserfahrzeug, insbesondere einem U-Boot, gezogen zu werden. Als Zugmittel eignet sich z.B. ein Seil oder ein Band oder auch eine Kombination aus einem Seil bzw. einem Band und einer Schleppantenne. Der Magnet-Anomalie Detektor ist an dem Zugmittel angeordnet, so dass der Magnet-Anomalie Detektor im Betrieb entfernt von dem Unterwasserfahrzeug angeordnet ist. Beispielsweise kann der Magnet-Anomalie Detektor am Ende eines Schleppsonars angeordnet sein. Dies ist vorteilhaft, da somit eine sehr große Distanz zwischen Magnet-Anomalie Detektor und Unterwasserfahrzeug geschaffen wird. Der Einfluss des eigenen Unterwasserfahrzeugs auf den Magnet-Anomalie Detektor werden somit reduziert. So können (feindliche) Unterwasserfahrzeuge zuverlässiger detektiert werden. Bevorzugt weist der Magnet-Anomalie Detektor einen Abstand von mindestens 100m, bevorzugt mindestens 250m, weiter bevorzugt mindestens 500m, weiter bevorzugt mindestens 1000m oder weiter bevorzugt mindestens 1500m auf.

Analog ist ein Verfahren zur Detektion von Unterwasserfahrzeugen mit folgenden Schritten offenbart: -Detektieren des Erdmagnetfelds mittels eines Magnet-Anomalie Detektors und Ausgeben ein entsprechendes MAD-Sensorsignals; -Detektieren von einer Abweichung des Erdmagnetfeldes durch das Unterwasserfahrzeug in dem MAD-Sensorsignal.

Kategorie 2:

Ausführungsbeispiele des Konzepts 2a (2. Kategorie, Konzept a) zeigen eine Plattform zur Detektion von Unterwasserfahrzeugen mit einem Sensor und einer Signalverarbeitungseinheit. Der Sensor ist ausgebildet, Meerwasser chemisch zu analysieren und in einem entsprechenden Analyseergebnis einen Anteil zumindest eines vordefinierten Stoffes auszugeben. Beispielsweise kann der Sensor eine Konzentration des Stoffes in dem Meerwasser bestimmen. In den folgenden Ausführungsbeispielen werden verschiedene, geeignete Stoffe beschrieben, die auf die Detektion eines Unterwasserfahrzeugs, insbesondere eines bemannten Unterwasserfahrzeugs, hinweisen. Da in Kategorie 2 und 3 Vorrichtungen und Verfahren beschrieben werden, um das Kielwasser des Unterwasserfahrzeugs zu detektieren, ist es vorteilhaft, in jedem dieser Konzepte kontinuierlich, d.h. zumindest in Abständen von weniger als 10, bevorzugt weniger als 1 Sekunde, weiter bevorzugt in Abständen von weniger als 100 Millisekunden, Messungen mit dem Sensor vorzunehmen. Dies ermöglicht es der Plattform, insbesondere einer beweglichen Plattform, sich mit dem Sensor im Kielwasser des Unterwasserfahrzeugs zu bewegen und wenn das Kielwasser verlassen wird, dieses schnellstmöglich wieder zu finden.

Die Signalverarbeitungseinheit ist ausgebildet, basierend auf dem Analyseergebnis, eine Abweichung zu einem vorherigen Analyseergebnis oder eine Abweichung zu einem erwarteten Analyseergebnis zu ermitteln, um das Unterwasserfahrzeug zu detektieren. Eine, insbesondere signifikante, Abweichung zu einem vorherigen Analyseergebnis kann anzeigen, dass sich der Sensor der Plattform in das Kielwasser des (feindlichen) Unterwasserfahrzeugs hinein oder aus diesem herausbewegt hat. Eine Abweichung zu einem erwarteten Analyseergebnis kann z.B. anzeigen, dass sich der Sensor in dem Kielwasser eines Unterwasserfahrzeugs befindet, auch ohne vorher einen Referenzwert ermittelt zu haben.

Idee des Konzepts 2a ist es, von einem Unterwasserfahrzeug abgesonderte chemische Stoffe im Kielwasser des Unterwasserfahrzeugs zu detektieren und auf die Anwesenheit des Unterwasserfahrzeugs zu schließen.

Ausführungsbeispiele zeigen, dass die Signalverarbeitungseinheit ausgebildet ist, basierend auf einer aktuellen Position der Unterwasserplattform, in einer Datenbank das zu erwarteten Analyseergebnis abzufragen. Bei der Datenbank kann es sich beispielsweise um eine Seekarte handeln, in der Konzentrationen des vordefinierten Stoffs eingetragen sind. So können regionale Unterschiede des Anteils des vordefinierten Stoffs in dem Meerwasser berücksichtigt werden. Somit kann beispielsweise auch ohne vorheriges Analyseergebnis mit größerer Genauigkeit bestimmt werden, ob sich der Sensor im Kielwasser eines Unterwasserfahrzeugs befindet oder nicht. In anderen Worten kann der Hintergrundpegel des vordefinierten Stoffs bestimmt werden, so dass eine erhöhte Konzentration basierend auf dem Hintergrundpegel bestimmt werden kann.

In einem weiteren Ausführungsbeispiel ist der Sensor ausgebildet, als vordefiniertem Stoff einen Anteil von Zink, Nickel, Kupfer, Wasserstoff oder Kohlenwasserstoff als vordefiniertem Stoff in dem Meerwasser zu bestimmen. Die Signalverarbeitungseinheit ist ausgebildet, den bestimmten Anteil des vordefinierten Stoffs mit einer einem Anteil des vordefinierten Stoffs in einem vorherigen Analyseergebnis oder mit einem erwarteten Anteil des vordefinierten Stoffs zu vergleichen, um das Unterwasserfahrzeug zu detektieren. Bevorzugt ist das vorherige Analyseergebnis das Analyseergebnis der letzten, d.h. unmittelbar vorangegangenen, Messung.

Zink ist als vordefinierter Stoff geeignet, da Unterwasserfahrzeuge typischerweise zinkhaltige Opferanoden aufweisen. Die Opferanoden verhindern, dass beispielsweise die Hülle oder andere, außenliegende Teile des Unterwasserfahrzeugs rosten.

Nickel ist als vordefinierter Stoff geeignet, da Rohre wie z.B. Kühlwasserleitungen von Unterwasserfahrzeugen, die mit dem Meerwasser in Berührung kommen, typischerweise nickelhaltig sind.

Kupfer ist als vordefinierter Stoff geeignet, da dieser ebenfalls für Rohre von Unterwasserfahrzeugen, die mit dem Meerwasser in Berührung kommen eingesetzt wird. Ebenfalls ist Kupfer auch in Antifouling-Farbe verwendet, um das Unterwasserfahrzeug gegen Bewuchs und andere Verunreinigungen zu schützen.

Wasserstoff ist als vordefinierter Stoff geeignet, da dieser als Abfallprodukt bei der Sauerstoffherstellung anfällt. Sauerstoff wird z.B. zum Atmen für die Besatzung benötigt. Der Anteil an Wasserstoff im Meerwasser lässt sich beispielsweise mittels einer pH-Wert Analyse des Meerwassers als chemischer Analyse schnell und zuverlässig bestimmen.

In einem Ausführungsbeispiel, ergänzend oder alternativ zu der Bestimmung des Anteils von Zink, Nickel, Kupfer, Wasserstoff oder Kohlenwasserstoff als vordefiniertem Stoff in dem Meerwasser, ist der Sensor ausgebildet, einen Anteil von einem Kohlenwasserstoff, insbesondere Diesel, in dem Meerwasser zu bestimmen. Die Signalverarbeitungseinheit ist ausgebildet, den bestimmten Anteil des Kohlenwasserstoffs mit einer dem Anteil des Kohlenwasserstoffs in einem vorherigen Analyseergebnis oder mit einem erwarteten Anteil von Kohlenwasserstoff zu vergleichen, um das Unterwasserfahrzeug zu detektieren. So ist es möglich bei dieselbetriebenen Unterwasserfahrzeugen kleine Mengen an Diesel in dem Kielwasser des Unterwasserfahrzeugs zu detektieren, da die Dieseltanks typischerweise unten offen sind. Somit kann Meerwasser den verbrauchten Diesel ersetzen, um die Änderung des Auftriebs des Unterwasserfahrzeugs möglichst gering zu halten. Zwar schwimmt der überwiegende Teil des Diesels aufgrund der geringeren Dichte gegenüber Meerwasser oben auf, allerdings lässt es sich nicht vermeiden, dass sich geringe Mengen des Diesels auch mit dem Meerwasser vermischen und so in das Kielwasser des Unterwasserfahrzeugs gelangen. In Ausführungen ist der Sensor ausgebildet, eine Atomabsorptionsspektroskopie, eine laserinduzierte Plasmaspektroskopie, eine energiedispersive Röntgenspektroskopie oder zumindest zwei der vorgenannten Verfahren durchzuführen, um das Meerwasser chemisch zu analysieren. Mittels der vorgenannten Verfahren ist es möglich, das Meerwasser auf vorbestimmte Stoffe zu untersuchen.

In weiteren Ausführungsbeispielen ist der Sensor ausgebildet, Anteile einer Mehrzahl von vordefinierten Stoffen in dem Meerwasser auszugeben. Alternativ umfasst die Plattform eine Mehrzahl von Sensoren, wobei der Sensor ein Sensor der Mehrzahl von Sensoren ist, wobei die Sensoren der Mehrzahl von Sensoren ausgebildet sind, das Meerwasser chemisch zu analysieren und in einem jeweiligen entsprechenden Analyseergebnis einen Anteil einer Mehrzahl von vordefinierten Stoffen in dem Mehrwasser auszugeben. In anderen Worten kann ein Sensor oder eine Mehrzahl von Sensoren Anteile von verschiedenen Stoffen in dem Meerwasser bestimmen.

Die Signalverarbeitungseinheit ist in diesen Ausführungsbeispielen ausgebildet, basierend auf den Analyseergebnissen eine chemische Signatur aus der Mehrzahl von vordefinierten Stoffen als Abweichung der Anteile der vordefinierten Stoffe zu einem vorherigen Analyseergebnis oder eine Abweichung zu einem erwarteten Analyseergebnis zu ermitteln, um das Unterwasserfahrzeug zu detektieren, insbesondere zu klassifizieren. In anderen Worten kann die Signalverarbeitungseinheit ein natürliches Vorkommen der vordefinierten Stoffe an der aktuellen Position der Plattform schätzen. Die Schätzung kann auf einem vorherigen Messwert basieren, bei dem die Plattform außerhalb des Kielwassers eines Unterwasserfahrzeugs eine Messung durchgeführt hat. Ergänzend oder alternativ kann die Schätzung auf Werten einer Datenbank basieren. Beispielsweise ist die Datenbank in Form einer Seekarte ausgeführt, in der Konzentrationen der vordefinierten Stoffe an verschiedenen Positionen eingetragen sind.

Basierend auf der chemischen Signatur ist eine robustere Detektion des Unterwasserfahrzeugs möglich. Ferner ist es möglich, mittels der chemischen Signatur eine Klassifikation des Unterwasserfahrzeugs vorzunehmen. So unterscheiden sich die Typen von Unterwasserfahrzeugen beispielsweise in der Menge an Diesel, der aus den Treibstofftanks ausgeschwemmt wird oder in der Länge der Rohrleitungen, die in Kontakt mit dem Meerwasser stehen. Dadurch ändert sich die chemische Signatur des Unterwasserfahrzeugs.

Ferner weist ist der Sensor bzw. die Sensoren ausgebildet, eine Isotopenzusammensetzung des detektierten Stoffes bzw. der detektierten Stoffe zu ermitteln, um eine Klassifizierung des Unterwasserfahrzeugs zu ermöglichen. Die Isotopenzusammensetzung z.B. des Diesels oder der detektierten Metalle ermöglicht es, die Herkunft der Stoffe zu ermitteln. Basierend auf der Herkunft ist eine Zuordnung zu einem Unterwasserfahrzeug, insbesondere einer Nation, der das Unterwasserfahrzeug gehört, möglich.

Die Analyse der Isotopenzusammensetzung in Kombination mit der chemischen Signatur des Unterwasserfahrzeugs ermöglicht eine noch genauere Klassifikation des Unterwasserfahrzeugs als es die jeweiligen Verfahren einzeln ermöglichen.

Analog ist ein Verfahren zur Detektion von Unterwasserfahrzeugen mit folgenden Schritten offenbart: -chemisches Analysieren von Meerwasser um in einem Analyseergebnis einen Anteil zumindest eines vordefinierten Stoffes auszugeben; - Ermitteln, basierend auf dem Analyseergebnis, einer Abweichung zu einem vorherigen Analyseergebnis oder einer Abweichung zu einem erwarteten Analyseergebnis, um das Unterwasserfahrzeug zu detektieren.

Ausführungsbeispiele des Konzepts 2b (2. Kategorie, Konzept b) zeigen eine Plattform zur Detektion von Unterwasserfahrzeugen mit Atomantrieb. Die Plattform weist einen Sensor und eine Signalverarbeitungseinheit auf. Der Sensor ist ausgebildet, radioaktive Strahlung zu detektieren und ein entsprechendes Strahlungssignal auszugeben. Bei dem Sensor kann es sich um einen Geiger zähler handeln. Hierbei ist vorteilhaft, dass bemannte Unterwasserfahrzeuge üblicherweise bereits einen Geiger zähler an Bord haben. Dieser kann beispielsweise am Periskop montiert sein. Mit dem Geiger Zähler kann die Besatzung vor dem Ausstieg prüfen, ob der Ausstiegsort, beispielsweise durch eine Atombombe, radioaktiv verstrahlt ist. Dieser Geiger Zähler kann auch unter Wasser verwendet werden, um radioaktive Strahlung in dem Kielwasser des Unterwasserfahrzeugs zu detektieren. Ergänzend oder alternativ kann auch ein separater Sensor an der Plattform montiert werden. Optional kann der Sensor in einem druckdichten Gehäuse, welches die radioaktive Strahlung passieren lässt, integriert sein. An den relevanten Stellen, an denen das Gehäuse die Strahlung passieren lassen soll, kann das Gehäuse beispielsweise aus Glas bestehen, damit die radioaktive Strahlung in das Gehäuse eindringen kann. Insbesondere Gammastrahlung kann Glas durchdringen.

Die Signalverarbeitungseinheit ist ausgebildet, das Strahlungssignal zu erhalten und eine Abweichung zu einem vorherigen Strahlungssignal oder eine Abweichung zu einem erwarteten Strahlungssignal zu ermitteln, um das Unterwasserfahrzeug zu detektieren. Das erwartete Strahlungssignal kann die terrestrische Strahlung an dem Ort umfassen oder daraus bestehen. Das vorherige Strahlungssignal kann aus einer Messung außerhalb des Kielwassers eines atomar angetriebenen Unterwasserfahrzeugs in der Nähe das aktuellen Ortes stammen.

Idee des Konzepts 2b ist es, atomar angetriebene Unterwasserfahrzeuge wie z.B. Atom U-Boote detektieren zu können, auch wenn sie keine oder nur sehr geringe Geräusche abgeben. Da atomar angetriebene Unterwasserfahrzeuge zwangsläufig zumindest kleine Mengen an Radioaktivität, beispielsweise Gammastrahlung, abstrahlen, kann diese im Wasser detektiert werden.

In Ausführungsbeispielen ist die die Plattform als (insbesondere stationäre) Unterwasserplattform ausgebildet oder umfasst dieselbe zumindest. Die Unterwasserplattform ist auf dem Gewässergrund angeordnet oder an dem Gewässergrund, insbesondere Meeresgrund, befestigt. D.h. die Unterwasserplattform kann eine größere Dichte aufweisen, als Wasser und auf den Gewässergrund absinken. Dort kann die Unterwasserplattform befestigt, beispielsweise verankert, sein. Alternativ kann die Unterwasserplattform auch auftriebsneutral sein oder eine geringere Dichte aufweisen als das umgebende (Meer-) Wasser. In diesem Fall kann die Unterwasserplattform, beispielsweise mittels eines Seils, an dem Gewässergrund befestigt sein. Bevorzugt ist die Unterwasserplattform in der Fahrrinne, beispielsweise in einer engen Wasserpassage, wie in einer Meerenge angeordnet. Dies hat den Vorteil, dass Unterwasserfahrzeuge gezwungen sind, in der Nähe der Unterwasserplattform vorbeizufahren. Ferner ist die Unterwasserplattform dann zwangsläufig in der Nähe des Unterwasserfahrzeugs angeordnet. So ist es möglich, direkt von dem Unterwasserfahrzeug ausgestrahlte atomare Strahlung zu empfangen und so eine Klassifikation des Unterwasserfahrzeugs, beispielsweise basierend auf einer Isotopenuntersuchung der radioaktiven Strahlung, durchzuführen. Zwar kann radioaktive Strahlung auch noch in größerer Entfernung detektiert werden, dann jedoch nur mittelbar über durch die radioaktive Strahlung ionisierte Wassermoleküle. Hierdurch ist eine Unterscheidung bezüglich nuklear oder konventionell angetriebenen U-Booten möglich, jedoch keine genauere Unterscheidung.

Analog ist ein Verfahren zur Detektion von Unterwasserfahrzeugen mit Atomantrieb mit folgenden Schritten offenbart: -Detektieren radioaktiver Strahlung und Ausgeben eines entsprechenden Strahlungssignals; Ermitteln einer Abweichung zu einem vorherigen Strahlungssignal oder einer Abweichung zu einem erwarteten Strahlungssignal, um das Unterwasserfahrzeug zu detektieren.

Ausführungsbeispiele des Konzepts 2c (2. Kategorie, Konzept c) zeigen eine Plattform zur Detektion von Unterwasserfahrzeugen mit einem Temperatursensor und einer Signalverarbeitungseinheit. Der Temperatursensor ist ausgebildet, eine Temperatur mit einer Genauigkeit von weniger oder gleich 0,1 °C, bevorzugt weniger oder gleich 0,5°C, weiter bevorzugt weniger oder gleich 0,01 °C zu detektieren. Das heißt, der Temperatursensor ist hoch sensitiv für Temperaturänderungen. Die Signalverarbeitungseinheit ist ausgebildet, kontinuierlich die Temperatur des Temperatursensors zu erhalten und eine Änderungsgeschwindigkeit der Temperatur zu ermitteln, um das Unterwasserfahrzeug zu detektieren.

Idee des Konzepts 2c ist es, schnelle Temperaturänderungen im Kielwasser des Unterwasserfahrzeugs zu detektieren, die aus der durch das Unterwasserfahrzeug ausgelöste Durchmischung von Wasserschichten resultiert. Hierbei kommt es zu einer häufigen, schnellen Änderung der Temperatur. D.h. es findet eine dynamische Temperaturänderung statt. Ferner erwärmt das Unterwasserfahrzeug das umgebende Wasser minimal. Dies resultiert in einer statischen Temperaturänderung. Beide Effekte sind bei einer kontinuierlichen Temperaturmessung detektierbar.

Ausführungsbeispiele zeigen, dass der Temperatursensor ausgebildet ist, zumindest 90% einer Temperaturänderung von 0,1 °C innerhalb von maximal 5ms, bevorzugt innerhalb von maximal 2ms, weiter bevorzugt innerhalb von 1 ms zu detektieren. Dies ermöglicht es, die dynamische Temperaturänderung auch mit der nötigen Geschwindigkeit nachzuverfolgen.

In weiteren Ausführungsbeispielen ist die Signalverarbeitungseinheit ausgebildet, eine statistische Analyse der Temperaturmessungen über der Zeit durchzuführen, um eine Abweichung der Temperatur von einer üblichen Temperatur festzustellen.

Analog ist ein Verfahren zur Detektion von Unterwasserfahrzeugen mit folgenden Schritten offenbart: -kontinuierlich Detektieren einer Temperatur mit einer Genauigkeit von weniger als 0,1 °C; -Ermitteln einer Änderungsgeschwindigkeit der Temperatur, um das Unterwasserfahrzeug zu detektieren.

Ausführungsbeispiele des Konzepts 2d (2. Kategorie, Konzept d) zeigen eine Plattform zur Detektion von Unterwasserfahrzeugen mit einem Sensor und einer Signalverarbeitungseinheit. Der Sensor ist ausgebildet, einen Brechungsindex des die Plattform umgebenden Wasser zu bestimmen und ein entsprechendes elektrisches Signal auszugeben. Der Sensor umfasst oder ist beispielsweise ein Refraktometer. Die Signalverarbeitungseinheit ist ausgebildet, basierend auf dem elektrischen Signal aufeinanderfolgender Messungen eine Änderung des Brechungsindexes des die Plattform umgebenden Wassers zu erfassen, um das Kielwasser des Unterwasserfahrzeuges zu detektieren.

Idee des Konzepts 2d ist es, einen durch das Unterwasserfahrzeug verursachten geänderten Brechungsindex in dem Kielwasser zu detektieren. Der Brechungsindex ändert sich beispielsweise durch eine Änderung der Temperatur des (Meer-) Wassers. Es gibt aber noch weitere Faktoren, die den Brechungsindex verändern. So beispielsweise ein veränderter Salzgehalt oder Chemikalien in dem Kielwasser. Der Salzgehalt kann durch die sich durchmischenden Wasserschichten variieren. Chemikalien können von dem Unterwasserfahrzeug in das Wasser gelangen. Somit stellt die Bestimmung des Brechungsindex sowohl eine Alternative zu der Temperaturmessung des Konzepts 2c dar als auch eine sinnvolle Ergänzung, um eine robustere Detektion des Unterwasserfahrzeugs durch sich vermischende Wasserschichten zu ermöglichen.

Analog ist ein Verfahren zur Detektion von Unterwasserfahrzeugen mit folgenden Schritten offenbart: -Kontinuierlich Bestimmen eines Brechungsindex des die Plattform umgebenden Wassers und Ausgeben eines entsprechenden elektrischen Signals; -Erfassen, basierend auf dem elektrischen Signal aufeinanderfolgender Messungen, einer Änderung des Brechungsindexes des die Plattform umgebenden Wassers, um das Unterwasserfahrzeug zu detektieren.

Ausführungsbeispiele des Konzepts 2e (2. Kategorie, Konzept e) zeigen eine Plattform zur Detektion von Unterwasserfahrzeugen mit einem Sensor und einer Signalverarbeitungseinheit. Der Sensor ist ausgebildet, Licht zu detektieren und ein entsprechendes elektrisches Signal auszugeben. Beispielsweise ist der Sensor eine Photodiode bzw. der Sensor weist die Photodiode auf, oder der Sensor ist ein bzw. umfasst einen, bevorzugt elektronischen, Lichtbildsensor, z.B. einen CCD-Sensor (charge-coupled device (dt.: ladungsgekoppeltes Bauteil)) o.ä.. Die Signalverarbeitungseinheit ist ausgebildet, basierend auf dem elektrischen Signal eine Empfehlung auszugeben, ob das elektrische Signal Anteile von Biolumineszenz enthält. Abhängig von der Tageszeit (insbesondere bei Nacht) und bei einer Unterwasserplattform auch der Tauchtiefe (je größer die Tauchtiefe desto weniger Licht dringt zur Plattform vor) kann es ausreichen, das bloße Auftreten von Licht zu detektieren, um auf Biolumineszenz schließen zu können.

Idee des Konzepts 2e ist es, durch das Unterwasserfahrzeug ausgelöste Biolumineszenz zu detektieren. Das Unterwasserfahrzeug löst diese aus, wenn dieses durch ein Gebiet fährt, in dem spezielle Kleinstlebewesen wie z.B. Algen leben, die auf Druck angeregt werden und zu leuchten beginnen.

In Ausführungsbeispielen ist der Sensor ausgebildet, Spektralanteile des Lichts zu detektieren. Dies ist beispielsweise möglich, indem der Sensor ein Spektrometer aufweist. Die Signalverarbeitungseinheit ist ausgebildet, anhand der Spektralanteile zu detektieren, ob Spektralanteile von Biolumineszenz vorhanden sind, um die Empfehlung auszugeben, ob das elektrische Signal Anteile von Biolumineszenz enthält. Dies ist beispielsweise bei einer hellen Umgebung, beispielsweise bei Tageslicht oder Vollmond vorteilhaft, um die Biolumineszenz trotz der hellen Umgebung zuverlässig detektieren zu können. Vorteilhafterweise weist der Sensor ergänzend zu dem Spektrometer einen Lichtbildsensor auf, um sowohl das Spektrum als auch das reale Lichtbild analysieren zu können.

In weiteren Ausführungsbeispielen ist der Sensor ausgebildet, sequentiell Lichtbilder von der Umgebung der Plattform zu machen, um das Licht zu detektieren. Bevorzugt werden die Lichtbilder mittels einem elektronischen Sensor, z.B. einem CCD-Sensor aufgenommen. Anhand der Sequenz von Lichtbildern ist es möglich, einsetzende Biolumineszenz zu erkennen. Ein Abgleich mit weiteren Parametern, beispielsweise der Uhrzeit oder der aktuellen Position, ermöglicht es, andere Ursachen für eine einsetzende Beleuchtung auszuschließen.

Weitere Ausführungsbeispiele zeigen, dass die Signalverarbeitungseinheit ausgebildet ist, Daten zu verarbeiten, die für verschiedene Orte ein Aufkommen von auf Druck lumineszierenden Lebewesen den Orten zuweist. Beispielsweise hat die Signalverarbeitungseinheit Zugriff auf eine Seekarte, in der lumineszierende Lebewesen kartiert sind. Die Signalverarbeitungseinheit kann dann für den aktuellen Standort der Plattform das Aufkommen der auf Druck lumineszierenden Lebewesen ermitteln und diese Information bei der Ausgabe der Empfehlung, ob das elektrische Signal Anteile von Biolumineszenz enthält, berücksichtigen. Das heißt, wird eine Beleuchtung in einem Gebiet detektiert, in denen ein Vorkommen von lumineszierenden Lebewesen bekannt ist, ist die Wahrscheinlichkeit, dass es sich hierbei um Biolumineszenz handelt, deutlich größer als in einem Gebiet, in dem bekannt ist, dass es solche Lebewesen nicht gibt oder es zumindest nicht bekannt ist, dass es die lumineszierenden Lebewesen gibt.

Analog ist ein Verfahren zur Detektion von Unterwasserfahrzeugen mit folgenden Schritten offenbart: -Detektieren von Licht und Ausgeben eines entsprechenden elektrischen Signals; -Ausgeben einer Empfehlung, ob das elektrische Signal Anteile von Biolumineszenz enthält um das Unterwasserfahrzeug zu detektieren.

Kategorie 3:

Ausführungsbeispiele des Konzepts 3a (3. Kategorie, Konzept a) zeigen eine Plattform zur Detektion von Verwirbelungen durch das Kielwasser von Unterwasserfahrzeugen. Die Plattform umfasst ein Laser-Doppler Anemometer sowie eine Signalverarbeitungseinheit. Das Laser-Doppler Anemometer ist ausgebildet, eine Strömungseigenschaft in dem die Plattform umgebenden Wasser zu messen und ein entsprechendes elektrisches Signal auszugeben. Die Laser- Doppler-Technik basiert auf der Bestimmung der Dopplerverschiebung des Streulichtes eines bewegten Objektes, das mit Laserlicht beleuchtet wird. Als Strömungseigenschaft wird beispielsweise verstanden, ob das Wasser ruhig oder turbulent fließt, wie schnell das Wasser fließt oder in welche Richtung das Wasser fließt. Die Signalverarbeitungseinheit ist ausgebildet, das elektrische Signal zu erhalten und die gemessene Strömungseigenschaft zu analysieren, um das Unterwasserfahrzeug zu detektieren.

Vorteilhafterweise umfasst die Plattform eine Mehrzahl von Laser-Doppler Anemometern. Durch die Messung mittels des Lasers ist nur eine punktuelle Bestimmung der Geschwindigkeit und optional Richtung des umgebenden Wassers möglich. Bei der Verwendung von mehreren Laser-Doppler Anemometern können so mehrere Punkte in einem Volumen hinsichtlich ihrer Strömungsgeschwindigkeit und optional -richtung untersucht werden. Somit ist es beispielsweise möglich, zu erkennen, ob es sich um eine turbulente Strömung oder eine lineare Strömung handelt.

Idee des Konzepts 3a ist es, Turbulenzen im Wasser zu erkennen, die auf das Kielwasser eines Unterwasserfahrzeugs hindeuten. Hierzu bieten sich verschiedene Techniken an. Eine davon ist die Laser Doppler Anemometrie. Diese basiert auf der Dopplerverschiebung von durch Partikel im Wasser erzeugtes Streulicht von einem oder mehreren Laserstrahlen. In Ausführungsbeispielen ist das Laser-Doppler Anemometer ausgebildet, die Strömungseigenschaft in einer Rückwärtsstreuanordnung (backscatter) zu messen. Das heißt, der Detektor zum Empfang des Streulichts ist auf der gleichen Seite des Messvolumens angeordnet, wie der zugehörige Laser (bzw. die zugehörigen Laser bei einem Zweistrahl Messsystem). Bei der Rückwärtsstreuanordnung ist es möglich, die Sendeoptik so zu konstruieren, dass sie gleichzeitig die Empfangsoptik mit aufnimmt, sodass eine aufwendige Justierung zwischen Sende- und Empfangseinheit entfällt. Allerdings ist die Intensität des Streusignals bei dieser Anordnung um eine Größenordnung kleiner, als bei der Vorwärtsstreuanordnung. Dennoch wird die Rückwärtsstreuung insbesondere bei beweglichen Plattformen, insbesondere Unterwasserfahrzeugen, bevorzugt. So ist es möglich, den Laser am Bug nach vorne gerichtet zu betreiben. Da das Messvolumen sich dann vor der fahrenden Plattform befindet, wird die Messung keine oder nur eine geringe Beeinflussung der Strömungseigenschaft durch die sich bewegende Plattform erfahren.

Analog ist ein Verfahren zur Detektion von Verwirbelungen durch das Kielwasser von Unterwasserfahrzeugen mit folgenden Schritten offenbart: -Messen einer Strömungseigenschaft in dem die Plattform umgebenden Wassers mittels eines Laser-Doppler Anemometers und Ausgeben eines entsprechenden elektrischen Signals; -Analysieren der gemessenen Strömungseigenschaft um das Unterwasserfahrzeug zu detektieren.

Ausführungsbeispiele des Konzepts 3b (3. Kategorie, Konzept b) zeigen eine Plattform zur Detektion von Verwirbelungen durch das Kielwasser von Unterwasserfahrzeugen. Die Plattform umfasst einen Distanz-Strömungsmesser und eine Signalverarbeitungseinheit. Der Strömungsmesser ist ausgebildet, eine Strömungseigenschaft in dem die Plattform umgebenden Wasser zu messen und ein entsprechendes elektrisches Signal auszugeben. Die Signalverarbeitungseinheit ist ausgebildet, das elektrische Signal zu erhalten und die gemessene Strömungseigenschaft zu analysieren, um das Unterwasserfahrzeug zu detektieren.

Idee des Konzepts 3b ist es, Turbulenzen im Wasser, die auf das Kielwasser eines Unterwasserfahrzeugs hindeuten, zu erkennen. In Ausführungsbeispielen umfasst der Distanz-Strömungsmesser ein Ultraschall- Doppler-Profil-Strömungsmesser (Acoustic Doppler Current Profiler - ADCP). Unter Verwendung von reflektierten, ausgesendeten Schallimpulsen kann über die Laufzeit die Entfernung und über die Dopplerverschiebung die Geschwindigkeit von Streupartikeln im Wasser detektiert werden. Typischerweise werden hierfür hochfrequente Schallimpulse eingesetzt, insbesondere Frequenzen von typischerweise größer als 500kHz, bevorzugt größer als 1MHz. Solche Frequenzen können von typischen Passivsonaren nicht detektiert werden, so dass die Gefahr der Ortung durch den ausgesendeten Schall gering ist. Ferner werden solche hohen Frequenzen im Wasser auch stark gedämpft, so dass die Reichweite sehr gering ist und maximal im Bereich von wenigen hundert Metern liegt.

Analog ist ein Verfahren zur Detektion von Verwirbelungen durch das Kielwasser von Unterwasserfahrzeugen mit folgenden Schritten offenbart: -Messen einer Strömungseigenschaft in dem die Plattform umgebenden Wassers mittels eines Distanz-Strömungsmessers und Ausgeben eines entsprechenden elektrischen Signals; -Analysieren der gemessenen Strömungseigenschaft, um das Unterwasserfahrzeug zu detektieren.

Ausführungsbeispiele des Konzepts 3c (3. Kategorie, Konzept c) zeigen eine Plattform zur Detektion von Verwirbelungen durch das Kielwasser von Unterwasserfahrzeugen. Die Plattform umfasst ein thermisches Anemometer und eine Signalverarbeitungseinheit. Das thermische Anemometer ist ausgebildet, eine Strömungseigenschaft, insbesondere eine Strömungsrichtung und/oder eine Strömungsgeschwindigkeit, in dem die Plattform umgebenden Wasser zu messen und ein entsprechendes elektrisches Signal auszugeben. Das thermische Anemometer nutzt als Messeffekt die Abkühlung, die die Oberfläche eines warmen Körpers in einem kälteren strömenden Medium erfährt. Bevorzugt wird der warme Körper elektrisch erwärmt, so dass über die Temperaturänderung des Körpers direkt eine messbare Widerstandsänderung des Körpers erfolgt. Die Signalverarbeitungseinheit erhält das elektrische Signal analysiert die gemessene Strömungsgeschwindigkeit, um das Unterwasserfahrzeug zu detektieren. Idee des Konzepts 3c ist es, Turbulenzen im Wasser, die auf das Kielwasser eines Unterwasserfahrzeugs hindeuten, auch ohne Wasserwirbel oder Partikel im Wasser detektieren zu können. Dies ist mittels eines thermischen Anemometers zuverlässig möglich.

Ausführungsbeispiele zeigen, dass das thermische Anemometer einen Heißfilm oder einen Hitzdraht (oder eine Kombination aus beidem) aufweist. Das Hitzdraht- Anemometer umfasst zumindest zwei senkrecht zueinander angeordnete Hitzdrähte. Somit ist es möglich, eine zweidimensionale Strömungsrichtung zu ermitteln. Bevorzugt werden jedoch sowohl vier Heißfilme als auch drei oder vier Hitzdrähte pro thermischem Anemometer eingesetzt. Mit drei jeweils senkrecht zueinander angeordneten Hitzdrähten kann eine dreidimensionale Strömungsrichtung ermittelt werden, mittels eines vierten Drahts kann auch eine Rückströmung bestimmt werden. Ebenso können vier Heißfilm-Anemometer an vier Seiten eines Körpers, beispielsweise eines Rohrs, angeordnet sein, um eine dreidimensionale Strömungsrichtung inkl. Rückströmung bestimmen zu können. Das Heißfilm- Anemometer ist vorteilhaft bei dem Einsatz an fahrbaren Plattformen (z.B.

Unterwasserfahrzeugen) oder Plattformen, die sich direkt in einer Wasserströmung befinden, da dieses robust ist und dem Wasserwiderstand gut widerstehen kann.

In Ausführungsbeispielen weist die Plattform einen Temperatursensor auf, der ausgebildet ist, eine aktuelle Temperatur des Wassers, das die Plattform umgibt, zu bestimmen. Das thermische Anemometer ist ausgebildet, einen Stromfluss durch ein Sensorelement (d.h. z.B. Hitzdraht oder Heißfilm) derart einzustellen, dass eine Messtemperatur des thermischen Anemometers unabhängig von der Strömungseigenschaft des Wassers eine konstante Temperatur gegenüber der Temperatur des Wassers, das die Plattform umgibt, aufweist. Dieses Verfahren wird auch als Konstant-Temperatur-Anemometrie bezeichnet. Wird ein Referenzsensor benötigt, um die Temperatur des Wassers zu bestimmen, kann hierzu auf bereits an der Plattform, beispielsweise einem Unterwasserfahrzeug wie einem U-Boot, verbaute Sensoren oder auf den Temperatursensor gemäß Konzept 2c zurückgegriffen werden. Alternativ ist das thermische Anemometer ausgebildet, einen konstanten Stromfluss durch das Sensorelement zu gewährleisten, so dass über die Temperaturänderung die Strömungseigenschaft des Wassers gemessen wird. Diese Verfahren wird auch als Konstant-Strom-Anemometrie bezeichnet.

Analog ist ein Verfahren zur Detektion von Verwirbelungen durch das Kielwasser von Unterwasserfahrzeugen mit folgenden Schritten offenbart: -Messen einer Strömungseigenschaft in dem die Plattform umgebenden Wassers mittels eines thermischen Anemometers und Ausgeben eines entsprechenden elektrischen Signals; -Analysieren der gemessenen Strömungseigenschaft um das Unterwasserfahrzeug zu detektieren.

Ausführungsbeispiele des Konzepts 3d (3. Kategorie, Konzept d) zeigen eine Plattform zur Detektion von Verwirbelungen durch das Kielwasser von Unterwasserfahrzeugen mit einem Sensor und einer Signalverarbeitungseinheit. Der Sensor ist ausgebildet, ein den Sensor umgebendes Magnetfeld zu detektieren und ein entsprechendes elektrisches Signal auszugeben. Die Signalverarbeitungseinheit ist ausgebildet, das elektrische Signal zu erhalten und basierend auf aufeinanderfolgenden Messungen Magnetfeldänderungen durch Verwirbelungen in dem Kielwasser beschleunigten Ionen als Überlagerung des statischen Erdmagnetfelds zu bestimmen. Somit ist es möglich, den Eintritt in das Kielwasser eines Unterwasserfahrzeugs zu bestimmen. Bevorzugt ist der Sensor ausgebildet ist, das Magnetfeld der beschleunigten Ionen in zumindest zwei, insbesondere drei Raumrichtungen zu bestimmen. Hier kann dann auch im Kielwasser des Unterwasserfahrzeugs das typische rotierende Magnetfeld der dort vorhandenen Turbulenzen bestimmt werden.

Idee des Konzepts 3d ist es, die durch den Salzgehalt natürlich im Meerwasser enthaltenen Ionen im Kielwasser des Unterwasserfahrzeugs zu detektieren. Durch ihre Ladung erzeugen die Ionen, wenn sie sich bewegen ein Magnetfeld. Dieses wird jedoch betragsmäßig von dem Erdmagnetfeld überlagert, was die Messung erschwert. Aus diesem Grund analysiert die Signalverarbeitungseinheit einen zeitlichen Verlauf des Magnetfelds, um eine Magnetfeldänderung zu detektieren. Im Kielwasser des Unterwasserfahrzeugs ist eine Magnetfeldänderung dann nur noch mit einem mehrdimensionalen Magnetfeldsensor messbar. Der Magnetfeldsensor ist demnach bevorzugt Teil eines Arrays von (bevorzugt gleichartigen) Magnetfeldsensoren. Bei einer fahrbaren Plattform, beispielsweise einem Unterwasserfahrzeug, ist der Magnetfeldsensor bzw. das Array von Magnetfeldsensoren bevorzugt vor dem Unterwasserfahrzeug angeordnet. Ferner weist der Magnetfeldsensor eine Detektionsschwelle von bevorzugt weniger als 20 — sqrt(Hz) auf.

Optional eignet sich als Magnetfeldsensorarray beispielsweise der Magnet-Anomalie Detektor gemäß Konzept 1 b, sofern dieser eine ausreichende Messgeschwindigkeit aufweist, um die Wasserwirbel zu detektieren. Allerdings ist bei dem Magnetfeldsensorarray gemäß Konzept 1 b zu berücksichtigen, dass dieser vorteilhafterweise geschleppt wird und somit auch das schleppende Unterwasserfahrzeug Wasserwirbel erzeugt.

Analog ist ein Verfahren zur Detektion von Verwirbelungen durch das Kielwasser von Unterwasserfahrzeugen mit folgenden Schritten offenbart: -Detektieren eines Magnetfelds und Ausgeben eines entsprechenden elektrischen Signals; -Bestimmen, basierend auf aufeinanderfolgenden Messungen, Magnetfeldänderungen durch Verwirbelungen in dem Kielwasser beschleunigter Ionen als Überlagerung des statischen Erdmagnetfelds.

Ausführungsbeispiele des Konzepts 3e (3. Kategorie, Konzept e) zeigen eine Plattform zur Detektion von Verwirbelungen durch das Kielwasser von zur Detektion von Unterwasserfahrzeugen mit einem Biegesensor und einer Signalverarbeitungseinheit. Der Biegesensor ist ausgebildet, Verwirbelungen in dem den Biegesensor umgebenden Wasser detektieren und ein entsprechendes elektrisches Signal auszugeben. Die Signalverarbeitungseinheit ist ausgebildet, das elektrische Signal zu erhalten und basierend auf dem elektrischen Signal aufeinanderfolgender Messungen die Verwirbelungen durch das Kielwasser des Unterwasserfahrzeugs zu detektieren. Verwirbelungen, die durch das Kielwasser des Unterwasserfahrzeugs hervorgerufen werden zeichnen sich beispielsweise dadurch aus, dass diese eine Spur bilden und somit über eine Vielzahl von Messungen detektiert werden können. Ferner ist es möglich, wenn die Verwirbelungen bei einer sich bewegenden Plattform nicht mehr detektiert werden können, durch Messungen im nahen Umkreis um den letzten Messort die Verwirbelungen, d.h. die Spur, wieder aufzufinden.

Idee des Konzepts 3e ist es, mittels eines hochempfindlichen Biegesensors, in Anlehnung an die Schnurrhaare von Seehunden, Wasserströmungen detektieren zu können.

In Ausführungsbeispielen weist der Biegesensor eine Krümmung, insbesondere eine Windung, bevorzugt eine Vielzahl von Windungen, auf. Beispielsweise ist der Biegesensor helixförmig ausgebildet. Es ist möglich, dass das sensorische Element diese Form aufweist, alternativ ist es auch möglich, dass der Biegesensor eine Trägerform umfasst, auf die das sensorische Element aufgebracht ist. Diese Form ist vorteilhaft, um eine geringe Eigensteifigkeit zu erreichen und somit eine hohe Empfindlichkeit des Biegesensors zu ermöglichen.

In weiteren Ausführungsbeispielen umfasst der Biegesensor ein Piezoelement. Das Piezoelement kann auf der Trägerform des Biegesensors aufgebracht sein. Das Aufbringen ist beispielsweise in Form einer Beschichtung oder einer Folie möglich. Alternativ kann das Piezoelement stabförmig ausgebildet sein. So kann der Biegesensor ohne Trägerform auskommen. In einer weiteren Alternative kann die Trägerform auf das Piezoelement fußen. Abhängig von der eingestellten Empfindlichkeit der Trägerform variiert der Druck, der durch die Trägerform auf das Piezoelement ausgeübt wird, bei gleicher Wassergeschwindigkeit.

Ergänzend oder alternativ zu dem Piezoelement kann der Biegesensor einen Dehnungsmessstreifen umfassen. Der Dehnungsmessstreifen kann auf der Trägerform des Biegesensors aufgebracht sein. Bevorzugt weist der Biegesensor eine Mehrzahl von Dehnungsmessstreifen auf. Somit können Stauchungen und Streckungen der Trägerform in verschiedenen Richtungen bestmöglich detektiert werden. Das gleiche Prinzip kann auch mit auf die Trägerform aufgebrachten Piezoelementen angewendet werden. Weitere Ausführungsbeispiele zeigen den Biegesensor, insbesondere die Trägerform des Biegesensors, mit einer Länge, die mindestens 20 mal, bevorzugt mindestens 50 mal, besonders bevorzugt mindestens 100 mal so groß ist wie eine Dicke (d.h. ein Durchmesser bei einem runden Querschnitt) des Biegesensors. Eine solche Ausgestaltung ermöglicht ebenfalls eine große Empfindlichkeit des Biegesensors.

In weiteren Ausführungsbeispielen ist der Biegesensor ein Biegesensor einer Mehrzahl von Biegesensoren, wobei der Biegesensor und ein weiterer Biegesensor der Mehrzahl von Biegesensoren eine maximale Empfindlichkeit bei verschiedenen Verwirbelungsfrequenzen aufweisen. Die Empfindlichkeit der Biegesensoren kann beispielsweise über ein Material des Biegesensors, insbesondere ein Material der Trägerform, unterschiedliche Längen des Biegesensors, insbesondere der Trägerform, oder unterschiedliche Windungssteilheiten des Biegesensors, insbesondere der Trägerform, erhalten werden.

Analog ist ein Verfahren zur Detektion von Verwirbelungen durch das Kielwasser von Unterwasserfahrzeugen mit folgenden Schritten offenbart: -Detektieren von Verwirbelungen mit einem Biegesensor und Ausgeben eines entsprechenden elektrischen Signals; -Detektieren von Verwirbelungen durch das Kielwasser des Unterwasserfahrzeugs basierend auf dem elektrischen Signal aufeinanderfolgender Messungen.

Konzeptübergreifend wird eine Plattform als mobile oder (quasi) stationäre, d.h. im Wesentlichen ortsfeste, Plattform verstanden. Im Wesentlichen ortsfest ist die Plattform z.B., wenn diese mittels eines Seils mit dem Gewässergrund, z.B. dem Meeresboden, verbunden ist. Somit ist der Bewegungsradius auf ein vorgegebenes Maß eingeschränkt. Beispielsweise kann eine Boje, insbesondere eine Unterwasserboje als im Wesentlichen ortsfeste Plattform eingesetzt werden. Eine mobile Plattform kann einen eigenen Antrieb haben oder fremdbewegt, beispielsweise gezogen werden. Eine fremdbewegte Plattform kann z.B. eine Schleppantenne oder ein anderer Schleppkörper sein. Eine Plattform mit eigenem Antrieb ist z.B. ein bemanntes oder unbemanntes (z.B. autonomes) Unterwasserfahrzeug. Unbemannte Unterwasserfahrzeuge umfassen auch Unterwasserlaufkörper (Torpedos). Vorteil einer fremdbewegten Plattform ist es, dass diese keine eigene Energieversorgung benötigt, sondern mittels Schleppmittels, das beispielsweise ein elektrisches Kabel aufweist, versorgt werden kann. Beispielsweise kann so ein unbemanntes Überwasserfahrzeug einen Schleppkörper unter Wasser ziehen und diesen optional mit Energie versorgen.

In einem Anwendungsfall kann eine Plattform mit einem oder einer beliebigen Kombination der vorbeschriebenen Konzepte verwendet werden. D.h., die Plattform ist beispielsweise mit unterschiedlichen Sensoren ausgestattet, die das Unterwasserfahrzeug gemäß den vorbeschriebenen Konzepten detektieren können. Die Verwendung von mehreren Konzepten verringert die Wahrscheinlichkeit einer Fehldetektion, d.h. eines falsch negativen oder falsch positiven Detektionsergebnisses.

Ferner ist es möglich, dass mehrere, unterschiedliche oder gleichartige, Plattformen verwendet werden, die miteinander oder mit einer Basisstation kommunizieren können. Hierfür können die Plattformen eine Kommunikationseinheit aufweisen.

Mittels der Kommunikationseinheit können die Plattformen zumindest Datenpakete senden, optional auch empfangen.

Bevorzugt nehmen die Sensoren kontinuierlich Messwerte auf. Dies ermöglicht es beispielsweise bei den Konzepten der Kategorie 2 und 3, dem Kielwasser zu folgen, d.h. insbesondere zu detektieren, wenn sich ein Sensor in dem Kielwasser oder außerhalb des Kielwassers befindet. Bei den Konzepten der Kategorie 1 ist es ferner möglich, einen Fahrweg des zu detektierenden Unterwasserfahrzeugs zu verfolgen.

Insbesondere bei den Sensoren der Kategorien 2 und 3 ist es vorteilhaft, eine Mehrzahl von gleichartigen Sensoren (d.h. mehrere Sensoren pro Konzept) pro Plattform zu verwenden. Dies ermöglicht es, einen Gradienten der zu detektierenden Stoffe oder physikalischen Eigenschaften (Kategorie 2) bzw. der Verwirbelungen (Kategorie 3) zu bestimmen. Die Richtung des Gradienten zeigt an, in welcher Richtung sich der gemessene physikalische Effekt abschwächt und in welcher Richtung dieser stärker wird. Das heißt, es kann mittels des Gradienten insbesondere bestimmt werden, in welcher Richtung das Kielwasser verlassen wird. Beispielsweise werden hierfür zumindest 3 bzw. 5, z.B. gerade (3) bzw. zu einem Kreuz (5) angeordnete, Sensoren verwendet. Auch beliebige andere Sensorarrays können natürlich verwendet werden, die es ermöglichen, einen Gradienten in einer, bevorzugt zwei Raumrichtungen zu detektieren. Die Bestimmung des Gradienten kann die Signalverarbeitungseinheit durchführen.

Für die Detektion des Unterwasserfahrzeugs kann die Signalverarbeitungseinheit ein Sensorergebnis oder eine beliebige Kombination der Sensorergebnisse der oben beschriebenen Konzepte verwenden. Die Detektion kann die Signalverarbeitungseinheit mittels einer computerimplementierten Klassifikation durchführen. Bekannte Klassifikatoren sind z.B. der Bayes Klassifikator oder neuronale Netze. Für das Training des Klassifikators sind Trainingsdaten und Evaluationsdaten nötig. Diese können beispielsweise gewonnen werden, indem eine oder bevorzugt eine Vielzahl von Plattformen mit einem oder mehreren der Sensoren der beschriebenen Konzepte ausgestattet sind und sowohl wissentlich außerhalb als auch wissentlich innerhalb des Kielwassers von verschiedenen Unterwasserfahrzeugen Daten aufnehmen. Dies ist natürlich in Friedenszeiten einfacher, da hier, z.B. mittels Aktivsonar die tatsächliche Position von Unterwasserfahrzeugen detektiert werden kann. Ferner ist es möglich, zumindest für die Boote befreundeter Marinen, in Testfahrten mit der Plattform hinter einem Unterwasserfahrzeug her zu fahren oder diese an stationären Plattformen entlang fahren zu lassen.

Unter einer Detektion wird verstanden, dass die Plattform ermittelt, dass sich ein Unterwasserfahrzeug in der Nähe befindet. Orten meint, dass die Plattform zumindest eine Richtung, bevorzugt eine Position, d.h. Richtung und Entfernung, des Unterwasserfahrzeugs bestimmt. Klassifizieren meint, dass die Plattform erkennt, um welches Unterwasserfahrzeug es sich handelt. Die Klassifikation kann beispielsweise die Ermittlung einer oder einer beliebigen Kombination folgender Erkenntnisse umfassen: eine Freund-Feind Unterscheidung, eine Herkunft (Nationalität), einen Typ des Unterwasserfahrzeugs. Eine Detektion des Unterwasserfahrzeugs ist mittels des Messergebnisses einer oder mehrerer Sensoren der beschriebenen Konzepte möglich. Eine Ortung des Unterwasserfahrzeugs bei den Konzepten Kategorie 2 und Kategorie 3 ist beispielsweise durch Verfolgung des Kielwassers möglich. Eine Klassifikation kann basierend auf den Konzepten der Kategorie 3 erfolgen, indem die Struktur der Turbulenzen in dem Kielwasser untersucht wird. Beispielsweise kann die räumliche Ausdehnung der Turbulenzen, d.h. z.B. ein Durchmesser des Kielwassers, als auch Geschwindigkeit oder eine mittlere Drehrichtung eine Klassifikation ermöglichen.

Konzeptübergeordnete Ausführungsbeispiele, die mit einem oder einer beliebigen Kombination der vorbeschriebenen Konzepte verwendbar sind, zeigen ein Unterwasserfahrzeug, insbesondere ein U-Boot, zur Detektion eines weiteren Unterwasserfahrzeugs mit einem Messkopf und einer Ausbringvorrichtung. Der Messkopf weist einen Sensor auf. Der Sensor ist ausgebildet, ein Merkmal des Unterwasserfahrzeugs unter Wasser zu detektieren. Der Messkopf ist ferner ausgebildet, derart aus der Ausbringvorrichtung ausgefahren zu werden, dass sich der Sensor vor dem Unterwasserfahrzeug befindet. Als Ausbringvorrichtung eignet sich beispielsweise ein Rohr. Das Rohr kann an den Wänden Führungsmittel, beispielsweise Führungsnuten, aufweisen.

Idee dieser konzeptübergeordneten Ausführungsbeispiele ist es, einen oder mehrere Sensoren für ein Unterwasserfahrzeug bereitzustellen, die 1 . keiner Verunreinigung z.B. durch Algen oder Muscheln ausgesetzt sind, wenn sie nicht benutzt werden und 2. durch Verwirbelungen von dem fahrenden Unterwasserfahrzeug nicht beeinflusst werden. Der erste Vorteil wird dadurch erreicht, dass der Messkopf aus der Ausbringvorrichtung ausfahrbar ist. Der zweite Vorteil wird dadurch erreicht, dass der Messkopf für eine Messung bzw. eine Serie von Messungen, in Hauptfahrrichtung, vor dem Unterwasserfahrzeug angeordnet ist.

Die Ausbringvorrichtung kann ausgebildet sein, unbemannte Unterwasserfahrzeuge, insbesondere Unterwasserlaufkörper, aus dem Unterwasserfahrzeug abzusetzen. So kann es sich bei der Ausbringvorrichtung um ein Torpedorohr handeln. Dies ist vorteilhaft, da Torpedorohre auch bei bestehenden Unterwasserfahrzeugen vorhanden sind und diese somit, zumindest, wenn sie in der Nähe des Bugs angeordnet sind, auch für das Ausbringen des Messkopfs verwendet werden können. Eine Nachrüstung bei bestehenden bemannten Unterwasserfahrzeuge ist somit möglich.

Der Messkopf kann ferner ein Fixierungsmittel aufweisen, das in ein Rohr der Ausbringvorrichtung hineinreicht und mit dem Unterwasserfahrzeug verbunden ist, um den Messkopf an dem Unterwasserfahrzeug zu fixieren. Ein Beispiel, wie das Fixierungsmittel ausgestaltet sein kann, ist ein Teleskopstab.

Alternativ kann der Messkopf Teil eines unbemannten Unterwasserfahrzeugs, insbesondere eines ferngesteuerten Unterwasserfahrzeugs, sein. Das unbemannte Unterwasserfahrzeug ist ausgebildet, vor dem Unterwasserfahrzeug voraus zu fahren. Das ferngesteuerte Unterwasserfahrzeug (engl. remotely operated vehicle, ROV) kann manuell, automatisch oder teilautomatisch aus dem aussetzenden Unterwasserfahrzeug heraus gesteuert werden. Bei einer automatischen oder teilautomatischen Steuerung kann diese so eingestellt sein, dass das ferngesteuerte Unterwasserfahrzeug den Richtungsänderungen des aussetzenden Unterwasserfahrzeugs folgt, so dass das ferngesteuerte Unterwasserfahrzeug dem aussetzenden Unterwasserfahrzeug vorausfährt. Das unbemannte Unterwasserfahrzeug kann mittels eines Kommunikationskabels mit dem aussetzenden Unterwasserfahrzeug verbunden sein, um die Messergebnisse des bzw. der Sensoren des Messkopfs zu übermitteln. Das Steuerungskabel für das ferngesteuerte Unterwasserfahrzeug kann in dem Kommunikationskabel integriert sein.

Bevorzugt ist das unbemannte Unterwasserfahrzeug mittels eines Zugmittels mit dem Unterwasserfahrzeug verbunden. In das Zugmittel kann das Kommunikationskabel und/oder das Steuerungskabel integriert sein. Das Unterwasserfahrzeug weist eine Einholvorrichtung auf, die ausgebildet ist, das unbemannte Unterwasserfahrzeug mittels des Zugmittels zu der Ausbringvorrichtung zurückzuholen. Die Einholvorrichtung kann das Zugmittel einholen, z.B. aufrollen, und somit das unbemannte Unterwasserfahrzeug zu der Ausbringvorrichtung zurückholen. Ist die Ausbringvorrichtung als Rohr ausgestaltet kann die Einholvorrichtung das unbemannte Unterwasserfahrzeug bevorzugt in das Rohr zurückholen. Das Rohr kann hierfür um einen energieabsorbierenden Trichter ergänzt werden, damit das unbemannte Unterwasserfahrzeug in das Rohr eingeholt werden kann, ohne das Unterwasserfahrzeug oder das unbemannte Unterwasserfahrzeug zu beschädigen.

Analog ist ein Verfahren Detektion eines weiteren Unterwasserfahrzeugs mit einem Unterwasserfahrzeug mit folgenden Schritten offenbart: -Ausfahren eines Messkopfes aus einer Ausbringvorrichtung des Unterwasserfahrzeugs derart, dass sich ein Sensor des Messkopfs vor dem Unterwasserfahrzeug befindet, wobei der Sensor ausgebildet ist, ein Merkmal des Unterwasserfahrzeugs unter Wasser zu detektieren.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend Bezug nehmend auf die beiliegenden Zeichnungen erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 : eine schematische Prinzipdarstellung einer Plattform zur Detektion eines Unterwasserfahrzeugs in einer Blockdarstellung;

Fig. 2: eine schematische perspektivische Darstellung eines Biegesensors entsprechend des Konzepts 3e; und

Fig. 3: eine schematische Seitenansicht eines Unterwasserfahrzeugs mit einer Ausbringvorrichtung zum Ausbringen eines Messkopfs, der beispielsweise mit einem oder einer beliebigen Kombination der Sensoren gemäß einem der beschriebenen Konzepte bestückt sein kann.

Bevor nachfolgend Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung im Detail anhand der Zeichnungen näher erläutert werden, wird darauf hingewiesen, dass identische, funktionsgleiche oder gleichwirkende Elemente, Objekte und/oder Strukturen in den unterschiedlichen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen sind, so dass die in unterschiedlichen Ausführungsbeispielen dargestellte Beschreibung dieser Elemente untereinander austauschbar ist bzw. aufeinander angewendet werden kann. Fig. 1 zeigt ein schematisches Blockschaltbild einer Plattform 20, insbesondere eines bemannten oder unbemannten Unterwasserfahrzeugs, zur Detektion eines Unterwasserfahrzeugs 22. Die Plattform umfasst einen Sensor 24 entsprechend einem der vorbeschriebenen Konzepte sowie eine Signalverarbeitungseinheit 26 entsprechend einem der vorbeschriebenen Konzepte. Sensordaten bzw. Messwerte können über eine elektrische Verbindung 27 in Form eines elektrischen Signals von dem Sensor an die Signalverarbeitungseinheit 26 übermittelt werden. Umgekehrt kann beispielsweise ein geregelter Vorverstärker bereits im Sensor integriert sein, der über die elektrische Verbindung z.B. einen Verstärkungsfaktor o.ä. übermitteln kann.

Fig. 2 zeigt eine schematische perspektivische Darstellung des Sensors 24 in einer Ausgestaltung als Biegesensor gemäß Konzept 3e. Eine Trägerform 28 fußt hier auf eine (Sensor-) Schicht 30 umfassend ein Material, das einen Druck in eine elektrische Ausgangsspannung umwandelt. Das Material ist insbesondere ein piezoelektrisches Material, beispielsweise Blei-Zirkonat-Titanat (PZT). Die elektrische Ausgangsspannung kann an den Elektroden 32a, 32b abgegriffen werden.

Wie in Fig. 2 dargestellt ist es optional möglich, den Biegesensor 24 als integriertes Bauteil herzustellen. Hierzu kann die Schicht 30 auf ein Halbleitersubstrat 34 aufgebracht sein. In das Halbleitersubstrat 34 kann dann ein optionaler Hohlraum 36 eingebracht, insbesondere geätzt, sein. Mittels des Hohlraums ist dann nicht nur eine Schwingung der Trägerform 28 detektiert werden, sondern eine 3-dimensionale Bewegung, also auch eine Bewegung nach oben und nach unten in der Darstellung in Fig. 2.

Ferner kann in dem Halbleitersubstrat 34 direkt eine elektrische Schaltung 34a gebildet werden. Diese kann z.B. die Signalverarbeitungseinheit sein oder eine Datenvorverarbeitung umfassen. Eine oder mehrere weitere Schichten können auf das Substrat aufgebracht werden, insbesondere zwischen dem Substrat 34 und der Schicht 30.

Fig. 3 zeigt eine schematische Seitenansicht eines Unterwasserfahrzeugs 20 als Plattform. Das Unterwasserfahrzeug 20 umfasst eine Ausbringvorrichtung 38. Mittels der Ausbringvorrichtung 38 ist ein Messkopf 40 derart aus dem Unterwasserfahrzeug ausfahrbar, dass dieser sich vor dem Unterwasserfahrzeug befindet. Der Messkopf weist einen Sensor auf, um Umgebungsinformationen des Unterwasserfahrzeugs zu detektieren. Insbesondere ist der Sensor ein Sensor der vorbeschriebenen Konzepte.

Obwohl manche Aspekte im Zusammenhang mit einer Vorrichtung beschrieben wurden, versteht es sich, dass diese Aspekte auch eine Beschreibung des entsprechenden Verfahrens darstellen, sodass ein Block oder ein Bauelement einer Vorrichtung auch als ein entsprechender Verfahrensschritt oder als ein Merkmal eines Verfahrensschrittes zu verstehen ist. Analog dazu stellen Aspekte, die im Zusammenhang mit einem oder als ein Verfahrensschritt beschrieben wurden, auch eine Beschreibung eines entsprechenden Blocks oder Details oder Merkmals einer entsprechenden Vorrichtung dar.

Die oben beschriebenen Ausführungsbeispiele stellen lediglich eine Veranschaulichung der Prinzipien der vorliegenden Erfindung dar. Es versteht sich, dass Modifikationen und Variationen der hierin beschriebenen Anordnungen und Einzelheiten anderen Fachleuten einleuchten werden. Deshalb ist beabsichtigt, dass die Erfindung lediglich durch den Schutzumfang der nachstehenden Patentansprüche und nicht durch die spezifischen Einzelheiten, die anhand der Beschreibung und der Erläuterung der Ausführungsbeispiele hierin präsentiert wurden, beschränkt sei.

Bezugszeichenliste:

20 Plattform

22 zu detektierendes Unterwasserfahrzeug 24 Sensor

26 Signalverarbeitungseinheit

27 elektrisches Signal (Sensorsignal)

28 Trägerform

30 sensorische Schicht 32 Elektroden

34 Substrat

36 Hohlraum

38 Ausbringvorrichtung

40 Messkopf