[01] Die Erfindung betrifft eine Sonarnetzantenne mit einer ersten Sonarantenne und einer zweiter Sonarantenne und einer Auswerteeinrichtung, wobei die erste Sonarantenne und/oder die zweite Sonarantenne eine mobile Sonarantenne ist und die erste Sonarantenne und die zweite Sonarantenne jeweils über einen Datenstrom mit der Auswerteeinrichtung Daten-austauschend verbunden und zu einander beabstandet sind und eine Auswerteeinrichtung, welche ein Bestandteil einer Sonarnetzantenne ist, sowie ein Verfahren zum Bestimmen einer Sonarlageinformation .

[02] Aus dem Stand der Technik sind passive Sonare bekannt, welche durch die Aufnahme an einer Position mit mehreren Hydrophonen durch Signalverarbeitung insbesondere eine Peilung und Entfernung zu einer Schallquelle bestimmen. Zudem sind verteilte passive Sonare bekannt, welche untereinander mittels eines Kabels synchronisiert in der Lage sind, eine Geräuschquelle zeitsynchron an verschiedenen Positionen aufzunehmen und durch Signalverarbeitung, wie beispielsweise Triangulation oder TDOA(Time Difference of Arrival ) /FDOA ( Frequency Difference of Arrival ) -Verfahren die Entfernung oder entsprechend die Peilung zu bestimmen.

[03] Nachteilig dabei ist, dass hohe Infrastrukturmaßnahmen getroffen werden müssen, um ein Seegebiet zu überwachen. So müssen Kabel verlegt und Sonare oder Hydrophone entsprechend angeordnet werden.

[04] Aufgabe der Erfindung ist es den Stand der Technik zu verbessern .

[05] Gelöst wird die Aufgabe durch eine Sonarnetzantenne mit einer ersten Sonarantenne, einer zweiten Sonarantenne und einer Auswerteeinrichtung, wobei die erste Sonarantenne und/oder die zweite Sonarantenne eine mobile Sonarantenne ist und die erste Sonarantenne und die zweite Sonarantenne jeweils über einen Datenstrom mit der Auswerteeinrichtung datenaustauschend verbunden und zu einander beabstandet sind, wobei die Datenströme Sonarmessdaten und eine Zeitinformation und/oder eine Ortsinformation der jeweiligen Sonarantenne aufweisen.

[06] Mithin können bestehende Sonarsysteme von Schiffen, U-Booten oder sonstigen bemannten und/oder unbemannten Fahrzeugen oder schwimmende oder am Meeresboden befindliche Antennen ausgewertet werden, sodass ein Lagebild ermittelbar ist. Mithin kann ein unbekanntes noch nicht überwachtes Gebiet von den Schiffen, U-Booten und unbemannten Wasserfahrzeugen angesteuert werden und es kann eine schnelle Ermittlung des Lagebildes erfolgen.

[07] Der große Vorteil dabei ist, dass nicht die von den Hydrophonen gemessenen Daten durch die jeweiligen Sonare an den einzelnen Schiffen, U-Booten und unbemannten Unterwasserfahrzeugen ausgewertet werden, sondern dass insbesondere die Rohdaten oder aufbereiteten Rohdaten an die Auswerteeinrichtung übermittelt werden und dort letztendlich in deutbare Sonardaten umgewandelt werden.

[08] Dadurch, dass der Datenstrom ein Orts- und/oder Zeitsignal aufweist, sind etwaige Latenzzeiten oder Übertragungszeitunterschiede irrelevant, da anhand dieser Daten auf einen bestimmten Zeitpunkt die Lage „zurückgerechnet" werden kann.

[09] Alternativ können die Sonarantennen taktsynchron betrieben werden, zum Beispiel durch eine satellitengesteuerte Taktung der Abtastung. Weiterhin ist die Anwendung von TDOA/FDOA-Verfahren möglich, die keine Zeitsynchronisation erfordern oder über Signalverarbeitung die Laufzeitunterschiede bestimmen.

[10] Folgendes Begriffliche sei erläutert: [11] Eine „Sonarnetzantenne" weist wenigsten zwei Sonarantennen auf, welche zueinander einen Abstand aufweisen. Zudem kann eine Sonarnetzantenne mehrere Sonarantennen umfassen. Auch die Sonarantennen von aktiven oder passiven Sonaren sind mit umfasst. [12] Eine „Sonarantenne" ist die Antenne eines passiven oder aktiven Sonars und umfasst ein oder mehrere Hydrophone. Ein Hydrophon ist dabei insbesondere ein piezokeramischer Wandler, welcher Wasserschalldruck in elektrische Signale umwandelt. Insbesondere eine der Sonarantennen der Sonarnetzantenne kann eine mobile Sonarantenne sein. Das bedeutet, dass diese beispielsweise an einem Schiff oder an einem U-Boot angeordnet ist. Die Sonarantenne kann beispielsweise eine Schleppsonarantenne, eine ein- oder zweiseitige Rumpfsonarantenne und/oder auch Seitensichtsonarantennen umfassen. Auch können die einzelnen Sonarantennen verschiedene Frequenzbereiche abdecken .

[13] Unter „mobil" ist insbesondere zu verstehen, dass beispielsweise aufgrund von Eigenbewegungen eines Sonarantennenträgers , die Abstände der einzelnen Sonarantennen zueinander sich ändern. Beispielsweise kann an einem autonomen Unterwasserfahrzeug ein Sonarkopf eingesetzt sein und dieses autonome Unterwasserfahrzeug sich mittels eines Kurses im Wasser bewegen und zu bestimmten Zeitpunkten jeweils ein Sonarsignal aufzeichnen. Unter mobilen Sonarantennen sind aber auch lösbar feste Sonarantennen, wie beispielsweise auf dem Meeresboden abgelegte Sonarantennen oder Sonarantennen an Bojen mit umfasst. Mithin ist mobil als Gegensatz zu fest mit einer Struktur verbunden zu verstehen, wobei ein Lösen der Verbindung zu einer Zerstörung der Antenne führt.

[14] Eine „Auswerteeinrichtung" kann quasi aus den Rohdaten der Sonarantennen das eigentliche „interpretierbare" Sonarbild ermitteln. Diese Auswerteeinrichtung kann sich selbstverständlich auch fernab eines überwachten Bereichs befinden. Beispielsweise kann die Auswerteeinrichtung in Süddeutschland verortet sein, wobei beispielsweise über eine SATCOM-Verbindung die Rohdaten und/oder aufbereiteten Daten der einzelnen Sonarantennen an die

Auswerteeinrichtung übersandt werden. Im Wesentlichen ist die Auswerteeinrichtung ein leistungsstarker Rechner mit entsprechenden Bildschirmen, an welchen die eigentliche Auswertung und finale Aufbereitung der Daten erfolgt. Zudem kann selbstverständlich die Auswerteeinrichtung

Sendeeinrichtungen umfassen, welche beispielsweise das ermittelte Lagebild anhand der Daten der Sonarantennen wiederum an die entsprechenden Einheiten mittels SATCOM- Anlage sendet.

[15] Ein „Datenstrom" kann sowohl ein kontinuierlicher Datenstrom oder auch ein blockweise übermittelter Datenstrom sein. Auch kann der Datenstrom zeitversetzt gesandt werden. So kann beispielsweise ein autonomes Unterwasserfahrzeug (AUV) über einen gewissen Zeitraum Sonardaten sammeln und dann anschließend die Oberfläche aufsuchen, um dann entsprechend die Daten mittels SATCOM- Anlage an die Auswerteeinrichtung zu senden. Auch kann der Datenstrom paketvermittelnd arbeiten, sodass der Datenstrom über verteilte Netzknoten ausfallsicher übermittelt wird.

[16] Unter „Datenaustausch" sind sowohl unidirektionale als auch bidirektionale Datenverbindungen zu verstehen. Weiterhin kann es beispielsweise in einem Fall lediglich sendend und zu einem späteren Zeitpunkt empfangend ausgestaltet sein. Wichtig dabei ist, dass insbesondere Rohdaten oder aufbereitete Rohdaten oder auch gegebenenfalls vollständige Sonardaten, aus denen wiederum Rohdaten extrahierbar sind, versandt werden.

[17] Unter „Sonarmessdaten" sind insbesondere die signalaufbereiteten Daten der Hydrophone der Sonarantennen zu verstehen. Dabei sind die Hydrophone als piezokeramische Bauteile ausgestaltet, welche Unterwasserschallsignale in elektrische Signale umwandeln. Selbstverständlich können diese Daten auch signalkonditioniert sein, sodass in diesem Fall immer noch von Rohdaten gesprochen wird. [18] Eine „Zeitinformation" kann eine absolute

Zeitinformation sein, wie sie beispielsweise mittels synchronisierter Atomuhren ermittelt werden. In diesem Fall wird die genaue Uhrzeit, zu der die Daten ermittelt werden, im Datenstrom übermittelt. Mithin können auch relative Zeitinformationen übermittelt werden. So kann beispielsweise im Falle, dass ein aktiver Pinger in der Sonarnetzantenne vorgesehen ist, bestimmte Signalformen oder zu bestimmten Zeiten senden, sodass anhand dieser codierten Informationen ein Rückschluss auf die Zeitinformation geschlossen werden kann.

[19] Auch kann eine „Ortsinformation" mit übersandt werden. Dabei kann beispielsweise die Ortsinformation relativ von einem Fix aus bestimmt sein. Dieser Fix kann beispielsweise mittels eines GPS festgelegt werden. Dies kann beispielsweise an der Oberfläche eines Gewässers stattfinden, wobei anschließend ein autonomes

Unterwasserfahrzeug eine tiefere Region aufsucht und aufgrund seiner relativen Änderung eine Ortsinformation bereit hält, welche später beim Senden dann mit übermittelt wird. Auch kann beispielsweise die erste Sonarantenne eine Ortsinformation der zweiten Sonarantenne mit übertragen. So kann beispielsweise die erste Sonarantenne so als aktive oder auch als passive Sonarantenne das Wasserfahrzeug mit der zweiten Sonarantenne im Raum bestimmen, sodass bezüglich dieser zweiten Sonarantenne ebenfalls eine Ortsinformation vorliegt.

[20] Mit „Metainformation" ist auch die Lage und/oder die Form der Antenne mit umfasst und kann als Bestandteil und/oder separat übermittelt werden. Auch die Tiefe und/oder die lokale Schallgeschwindigkeit sowie ggf. ein Schallgeschwindigkeitsprofil ist mit von dem Begriff Metainformation umfasst.

[21] In einer weiteren Aus führungs form weist die Sonarnetzantenne eine dritte Sonarantenne, eine vierte Sonarantenne, eine fünfte Sonarantenne und/oder weitere Sonarantennen auf, wobei eine oder mehrere der Sonarantennen eine mobile Sonarantenne oder mobile Sonarantennen ist/sind und die Sonarantennen mit der Auswerteeinrichtung jeweils über einen Datenstrom datenaustauschend verbunden und zu einander beabstandet sind und die Datenströme, Sonarmessdaten und eine Zeitinformation und/oder eine Ortsinformation der jeweiligen Sonarantenne aufweisen. [22] Im Wesentlichen kann hiermit die Sonarnetzantenne räumlich und/oder in der Auflösung vergrößert oder entsprechend verbessert werden. Die entsprechenden Definitionen sind analog zu den bisherigen Definitionen, wobei es jeweils auf diese weiteren Sonarantennen ausgeweitet wurde.

[23] Um in einem bereits mit fest installierten Sonarantennen überwachten Seegebiet mehr Daten zu erlangen, kann eine der Sonarantennen oder können mehrere der Sonarantennen ortsfest oder an Wasserfahrzeug angeordnet sein.

[24] Bei dem Wasserfahrzeug kann es sich um bemannte oder unbemannte Unterwasserfahrzeuge oder aber auch um bemannte und unbemannte Wasserfahrzeuge wie Schiffe oder Bojen handeln .

[25] In einer weiteren Aus führungs form weist oder weisen eine der Datenströme oder mehrere der Datenströme Sonarkonfigurationsinformationen auf .

[26] Somit können unterschiedliche Sonarausgestaltungen durch die Auswerteeinrichtung bei der Lagebilderstellung berücksichtigt werden.

[27] Eine Sonarantennenkonfigurationsinformation umfasst insbesondere die Art des Sonars, um das es sich handelt, und ob es sich beispielsweise um einen Sonarkopf eines AUVs, oder ein Seitensichtsonar und/oder um ein Schleppsonar handelt. Auch Informationen bezüglich der Anzahl und Qualität der Hydrophone und dergleichen kann mit in einer derartigen Information umfasst sein.

[28] Um eine effektive und sichere Kommunikation zu gewährleisten, können die Datenströme blockweise und/oder paketorientiert aufgebaut sein und entsprechend übermittelt werden .

[29] Beispielsweise können in einem Block die zu einem Zeitpunkt ermittelten Sonardaten übermittelt werden. Zudem können in diesem Block oder entsprechend auch in einem Paket sogenannte Kopf- und/oder Trailerinformationen vorgesehen sein, in welchen beispielsweise die Zeitinformation, Ortsinformation, Sonarkonfiguration und/oder entsprechende Sicherheits- oder Rekonstruktionsinformationen wie beispielsweise CRC- Informationen hinterlegt sein.

[30] Die paketorientierte Übermittlung empfiehlt sich insbesondere in verteilten Netzwerken, sodass bei Ausfall eines Netzknotens immer noch gewährleistet ist, dass die Information sicher zu dem Empfänger gelangt.

[31] Um in einem Seegebiet aktiv nach Objekten zu suchen, kann die Sonarnetzantenne einen Sender aufweisen, welcher derart eingerichtet ist, dass ein codiertes, insbesondere zeitcodiertes und/oder formcodiertes, aktives Unterwasserschallsignal transmittierbar ist.

[32] Dadurch kann ein Signal in das Wasser eingebracht werden, welches an einem zu suchenden Objekt reflektiert und entsprechend von den Sonarantennen empfangen werden kann . [33] Dadurch, dass beispielsweise ein genauer Zeitabstand zwischen zwei durch den Sender gesandte

Unterwasserschallsignale besteht, können zudem entsprechende Zeitinformationen übermittelt oder ermittelt werden . [34] Auch kann insbesondere zu einem fest definierten Zeitpunkt ein entsprechendes Signal in das Wasser gesandt werden. Zudem können das eigentliche Zeitsignal und/oder das Wellenformsignal in dem eigebrachten

Unterwasserschallsignal codiert sein.

[35] In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird die Aufgabe gelöst durch eine Auswerteeinrichtung, welche ein Bestandteil einer zuvor beschriebenen Sonarnetzantenne ist, wobei die Auswerteeinrichtung derart eingerichtet ist, dass anhand der Datenströme eine Sonarlageinformation ermittelt wird .

[36] Zu der Definition einer Auswerteeinrichtung wird auf die zuvor angegebene Definition verwiesen.

[37] Eine Sonarlageinformation gibt, insbesondere in einem überwachten Seebereich, die für die dort vor Ort befindlichen Entscheidungsträger ein Lagebild, anhand dessen diese über etwaige Schritte entscheiden können. [38] In einem weiteren Aspekt der Erfindung wird die Aufgabe gelöst durch ein Verfahren zum Bestimmen einer Sonarlageinformation mittels einer zuvor beschriebenen Auswerteeinrichtung mit folgenden Schritten:

- Empfangen von wenigstens zwei Datenströmen (137) zwei zueinander beabstandeter Sonarantennen, wobei eine der Sonarantennen eine mobile Sonarantenne ist und die Datenströme Sonarmessdaten und eine Zeitinformation und/oder eine Ortsinformation und/oder SonarantennenkonfigurationsInformation aufweisen,

- Auswerten der Datenströme und - Erstellen einer Sonarlageinformation .

[39] Durch das Durchführen des vorgegebenen Verfahrens kann eine Sonarlageinformation entsprechend den

Entscheidungsträgern zur Verfügung gestellt werden. [40] In einer diesbezüglichen Ausgestaltung des Verfahrens kann die Sonarlageinformation an einen Empfänger und/oder an mehrere Empfänger gesandt werden.

[41] Somit können beispielsweise an einem zentralen Ort Hochleistungsrechner die entsprechende Sonarlageinformation ermitteln und sie mobilen Kräften, welche über keine derartigen leistungsfähigen Rechner verfügen, zur Verfügung stellen .

[42] Im Weiteren wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen erläutert. Dabei zeigt die einzige Figur 1 eine stark schematische Darstellung eines überwachten Seebereichs mit drei mobilen Sonarantennen und einem Zielobjekt.

[43] Eine Sonarnetzantenne 101 umfasst zwei U-Boote 107, 109, welche jeweils über zwei Rumpfsonare und Bugsonare verfügen. Zudem umfasst die Sonarnetzantenne 101 ein AUV (Autonomous Underwater Vehicle) 103, welches einen aktiven Sonarkopf 105 aufweist.

[44] Das AUV 103 und die U-Boote 107, 109 stehen in einer Kommunikationsverbindung 137 mit einer Plattform 111, an welcher eine Auswertung entsprechender Sonardaten erfolgt. [45] In einer Alternativen umfasst die Sonarnetzantenne 101 zusätzlich einen aktiven Pinger 113, welcher in regelmäßigen Zeitabständen ein Unterwasserschallsignal 131 in das überwachte Seegebiet einbringt. [46] Vorliegend soll das Ziel-U-Boot 115 in dem überwachten Seegebiet aufgefunden werden. Durch die Schraubengeräusche des Ziel-U-Boots 115 werden Unterwasserschallsignale ausgesandt. Diese Unterwasserschallsignale werden durch die Hydrophone der einzelnen Antennen der U-Boote 107, 109 und des AUVs 105 empfangen.

[47] Diese Schallsignale werden gemessen und messtechnisch aufbereitet ( Signalkonditionierung) . Die dann entsprechend vorliegenden Rohdaten werden über eine Datenkommunikation, vorliegend mittels Satcom-Kommunikation, an die Auswerteplattform 111 übermittelt. Zusätzlich wird übermittelt, um welches Sonar er sich jeweils handelt, welche Hydrophone eingesetzt werden und die absolut mit synchronisierten Atomuhren versehene Zeitinformation versetzt . [48] Zusätzlich bestimmen die U-Boote 107, 109 den genauen Ort des AUVs 103 und ermitteln diesen ebenfalls an die Auswerteplattform 111. Weiterhin übermitteln die U-Boote 107, 109 jeweils ihre relative Position, welche sie zuvor mittels eines GPS-Fixes an der Oberfläche fest bestimmt und durch die zurückgelegten Strecken ermittelt haben.

[49] Anhand dieser Informationen erstellt die

Auswerteplattform 111 ein Lagebild, welches dann als Sonarlagedaten an die U-Boote 107, 109 übermittelt wird. [50] In der Alternative mit dem aktiven Pinger 113 sendet dieser in regelmäßigen definierten Zeitabständen ein Wasserschallsignal 131 aus. Dieses Wasserschallsignal wird an dem Ziel-U-Boot 115 reflektiert und von dem Sonarkopf 105 des AUV 103 und den entsprechenden Sonaren der U-Boote 107, 109 empfangen.

[51] Die entsprechenden Daten werden signalaufbereitet an die Auswerteplattform 111 übermittelt. Diese Informationen werden jeweils aufgenommen und die entsprechenden Zeitversatze der Wasserschallsignale 131 bestimmt und an die Auswerteplattform 111 übermittelt.

[52] Aufgrund dessen, dass die Auswerteplattform 111 mit dem aktiven Pinger 113 synchronisiert ist und der Auswerteplattform 111 bekannt ist, wann zum ersten Mal der aktive Pinger 113 ein Unterwasserschallsignal 131 ausgesandt hat, wird anhand der Zeitunterschiede zweier aufeinander folgender Signale, insbesondere des ersten und des zweiten Signals, und der bekannten Position von AUV 103 und U-Booten 107, 109 ein Lagebild erstellt, welches dann wiederum an die U-Boote 107 und 109 übermittelt wird.

Bezugs zeichenliste

101 Sonarnetz

103 AUV

105 Sonarkopf

107 Erstes U-Boot

109 Zweites U-Boot

111 Auswerteplattform

113 Aktiver Pinger

115 Ziel U-Boot

131 Wasserschallsignal

133 reflektiertes Wasserschallsignal

135 empfangenes Wasserschallsignal

137 Datenstrom