Beschreibung

Die Erfindung bezieht sich auf ein verbessertes Antennendesign für hochauflösende Sonarsysteme, insbesondere geschleppte variable Tiefensonare (VDS, variable depth sonar), die z.B. zur Minenjagd eingesetzt werden.

Geschleppte, hochauflösende Sonarsysteme, die eine Rundumsicht erlauben, sind derzeit so konstruiert, dass die Empfangsantenne (in horizontaler Achse) drehbar in einem Gehäuse des Sonarsystems angeordnet ist. Die Empfangsantenne ist oft als Linearantenne oder ebene Flächenantenne ausgebildet. Somit ist es möglich, in einer beliebigen Richtung hochauflösende Sonarinformationen zu erhalten.

Nachteilig ist jedoch, dass es bei diesem Design nicht möglich ist, gleichzeitig in verschiedene Raumrichtungen zu blicken. Ferner ist es wegen der drehbaren Empfangsantenne akustisch vorteilhaft, ein rotationssymmetrisches (insbesondere kreisförmiges) Design des Sonarsystems zu verwenden. Dieses ist jedoch bei sich bewegenden Körpern, insbesondere auch bei geschleppten Körpern, hydrodynamisch nicht vorteilhaft.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht deshalb darin, ein verbessertes Konzept für Sonarsysteme zu schaffen.

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

Ausführungsbeispiele zeigen ein Sonarsystem, insbesondere ein, z.B. geschlepptes, variables Tiefensonar(system) mit einer Vielzahl von Sonarmodulen, wobei ein Sonarmodul vorderseitig ein, bevorzugt planares (also ebenes), flächiges Teilarray von Wasserschallwandlern aufweist. Im Gegensatz zu einem gekrümmten Array, das in einer gekrümmten Ebene liegt, liegt das planare flächige (Teil-) Array in einer flachen Ebene. In anderen Worten ist das planare flächige Teilarray zweidimensional aufgespannt während das gekrümmte Array in drei Dimensionen liegt. Die flächigen Teilarrays bilden zusammen ein gewinkeltes Flächenarray. Die „vorderseitige“ Anordnung der Wasserschallwandler wird eingeführt, um die gegenüberliegende Seite der Wasserschallwandler nachfolgend als Rückseite definieren zu können. Die Rückseite ist demnach die Seite der Sonarmodule, die von der sensitiven Fläche der Sonarmodule abgewandt ist.

Die einzelnen Wasserschallwandler können z.B. als Piezokompositkeramik ausgebildet sein. Beispielsweise weist ein Sonarmodul zumindest 20, bevorzugt zumindest 40, weiter bevorzugt zumindest 80 Wasserschallwandler auf. In einem Ausführungsbeispiel weist das flächige Teilarray in einer Richtung, bevorzugt der Höhe, also bei Verwendung des Sonarsystems in vertikaler Richtung, zumindest drei Reihen, bevorzugt zumindest vier Reihen und weiter bevorzugt zumindest fünf Reihen von Wasserschallwandlern auf. Beispielhaft weist ein Sonarmodul mit 40 Wasserschallwandlern in der ersten Richtung vier Wasserschallwandler und in der zweiten Richtung, insbesondere der Breite, also bei Verwendung des Sonarsystems in horizontaler Richtung, 10 Wasserschallwandler auf. D.h. die Wasserschallwandler spannen in diesem Beispiel ein 10x4 Array auf. Alternativ ist auch eine (pseudo-) zufällige Anordnung der Wasserschallwandler auf der zur Verfügung stehenden Fläche möglich.

Bevorzugt handelt es sich bei den Sonarmodulen der Vielzahl von Sonarmodulen jeweils um identisch aufgebaute Sonarmodule. Es ist jedoch auch möglich, in den Richtungen, in denen höhere Anforderungen hinsichtlich Nebenpegel oder Rauschunterdrückung anzusetzen sind (Hauptempfangsrichtungen), Sonarmodule mit einer größeren Zahl von Wasserschallwandlern einzusetzen als in Nebenempfangsrichtungen. Durch Verwendung von flächigen Teilarrays in dem Sonarmodul ist es möglich, neben einer horizontalen auch eine vertikale Richtungsbildung (beamforming) durchzuführen.

Die Sonarmodule der Vielzahl von Sonarmodulen sind derart angeordnet, dass die Rückseiten der Solarmodule ein Volumen aufspannen. Das heißt, dass durch eine Verbindung der Kanten der Sonarmodule mit Hilfsebenen ein Volumen entsteht, dem die Rückseiten der Sonarmodule zugewandt sind. In einer alternativen Betrachtung wird das Volumen durch die Summe der (senkrechten) Projektionen der Rückseite der Sonarmodule erhalten. In einer nochmals weiteren Betrachtung sind die Sonarmodule im Raum angeordnet. D.h. es gibt keine gemeinsame Ebene, in der alle Wasserschallwandler der Sonarmodule liegen. Vielmehr ist es beispielsweise möglich, die Mantelfläche eines, insbesondere geraden, Prismas so anzuordnen, dass die flächigen Teilarrays auf der Mantelfläche liegen. Insbesondere kann pro Mantelfläche ein flächiges Teilarray oder mehrere flächige Teilarrays angeordnet sein. Bevorzugt können die Mantelflächen derart in die flächigen Teilarrays gelegt werden, dass maximal eine Mantelfläche des Prismas unbesetzt bleibt. Als Grundfläche des Prismas eignet sich generell ein beliebiges Polygon.

In einer zu dem aufgespannten Volumen alternativen Betrachtung bilden die Sonarmodule Tangenten an eine geschlossene ovale Kurve. Insbesondere weist die geschlossene ovale Kurve eine Symmetrieachse auf. Bei der geschlossenen ovalen Kurve kann es sich um ein symmetrisches Oval bzw. als Spezialfälle eine Ellipse bzw. einen Kreis, handeln. Das Innere der ovalen Kurve ist dann zu Teilen identisch mit dem aufgespannten Volumen. Die Sonarmodule können als Facetten betrachtet werden, die die ovale Kurve annähern.

Ferner handelt es sich bei dem Sonarsystem um ein aktives Sonarsystem. D.h., das Sonarsystem ist ausgebildet, Schallwellen in einem azimutalen Sektor von zumindest 80° oder zumindest 180°, bevorzugt 270°, besonders bevorzugt 360°, auszusenden. Der azimutale Sektor kann sich aus, z.B. zwei oder drei, insbesondere auch nicht zusammenhängenden, Abstrahlbereichen zusammensetzen. Ein azimutaler Sektor von 180° kann demnach z.B. erreicht werden, indem die Wasserschallwandler den Schall in zwei 90° Abstrahlbereichen in entgegengesetzte Richtung aussenden. Der azimutale Sektor kann demnach den Anteil des gesamten Azimuts bezeichnen, in den Schallwellen ausgesendet werden. Die Schallwellen können beispielsweise als Ping oder in einem beliebigen anderen für Sonarverfahren geeigneten zeitbegrenzten Schallsignal ausgesendet werden.

Um den Wasserschall aussenden zu können kann das Sonarsystem einen Wasserschallsender aufweisen. Der Wasserschallsender ist außerhalb des von den Empfangswandlern aufgespannten Volumens angeordnet. Somit können die ausgesendeten Schallwellen die Sonarmodule passieren, ohne dass die Schallwellen direkt reflektiert werden und sich blinde Bereiche ausbilden. Ergänzend oder alternativ ist es möglich, dass die Sonarmodule, insbesondere die Wasserschallwandler der flächigen Teilarrays, die Schallwellen aussenden.

Die Wasserschallwandler sind ausgebildet, Reflexionen der ausgesendeten Schallwellen zu empfangen und in ein dem Schalldruck entsprechendes Wasserschallsignal umzuwandeln. D.h. insbesondere, dass die Wasserschallwandler eine Empfangsfrequenzband aufweisen, das sich mit der Sendefrequenz der ausgesendeten Schallwellen überschneidet.

Idee ist es somit, mittels Aktivsonar in einer Vielzahl von Sonarmodulen horizontal in verschiedene Raumrichtungen zu schauen. Somit ist es möglich, wenn die Sonarmodule so angeordnet sind, dass sich die Empfangskeulen überschneiden oder zumindest aneinander angrenzen, zu jedem Zeitpunkt eine Rundumsicht in einem definierten Winkelbereich um das Sonarsystem zu erhalten. In jedem Fall ist es jedoch möglich, gleichzeitig aus den Raumrichtungen Sonarbilder zu erhalten, in die die Sonarmodule gerichtet sind.

Beispielsweise umfasst die Vielzahl von Sonarmodulen zumindest 3, bevorzugt zumindest 7, weiter bevorzugt zumindest 9 Sonarmodule. So können die Vielzahl von Sonarmodulen zwischen 3 und 30, bevorzugt zwischen 6 und 25, weiter bevorzugt zwischen 8 und 18 Sonarmodule umfassen.

Weitere Ausführungsbeispiele zeigen, dass die Sonarmodule der Vielzahl von Sonarmodulen eine gemeinsame, insbesondere horizontale, Schnittebene aufweisen. D.h., es gibt eine flache Schnittebene, die die Flächenarrays senkrecht schneidet.

In Ausführungsbeispielen weist das Sonarsystem ferner einen Wasserschallsender auf. Dieser ist ausgebildet, Schallwellen in einem azimutalen Sektor von zumindest 80°, bevorzugt zumindest 180° auszusenden. Der azimutale Sektor wird auch als Abstrahlwinkel bezeichnet. Die Abstrahlung braucht nicht kontinuierlich, sondern kann auch diskret erfolgen. Beispielsweise kann über die zumindest 180° pro 1* 2°, 3°, 5° oder 10° ein Wasserschallsender vorgesehen sein, um den Abstrahlwinkel von zumindest 80° oder bevorzugt zumindest 180° zu erzielen. Bei einer diskreten Abstrahlung ist es auch möglich, kleinere azimutale Sektoren mittels einer geeigneten Softwaresteuerung einzustellen. Die Sonarmodule können die Reflexionen der Schallwellen empfangen und in ein dem Schalldruck entsprechendes Wasserschallsignal umwandeln. Ein Abstrahlwinkel von 360° , d.h. eine azimutaler Rundumsender, kann beispielsweise mittels eines einstückigen oder aus Wandlerstäben zusammengesetzten (hohl-) zylinderförmigen Wasserschallsenders erreicht werden.

Vorteilhafterweise weist das Sonarsystem neben dem ersten Wasserschallsender zumindest einen weiteren Wasserschallsender auf, die jeweils in unterschiedlichen Frequenzen abstrahlen. Es wird vereinfacht von Frequenzen gesprochen, wobei der Begriff nicht nur singuläre Frequenzen, sondern auch Frequenzbänder abdeckt, wie sie z.B. bei einem sogenannten Sweep durchlaufen werden. So ist es möglich, mit dem ersten (größeren) Wasserschallsender auf einer niedrigeren (Mitten-) Frequenz, beispielsweise zwischen 30kHz und 150kHz oder zwischen 50kHz und 120kHz, bevorzugt zwischen 60kHz und 100kHz über größere Distanzen Objekte zu orten. Mit dem zweiten (kleineren) Wasserschallsender kann ein detektiertes Objekt dann hochauflösend klassifiziert werden. Der zweite Wasserschallsender kann in (Mitten-) Frequenzen zwischen 150kHz und 600kHz, bevorzugt zwischen 200kHz und 500kHz, weiter bevorzugt zwischen 250kHz und 400kHz senden. Die Klassifikation beinhaltet beispielsweise die Erkenntnis, ob es sich bei dem Objekt um eine Mine handelt oder nicht.

In einem Ausführungsbeispiel kann das Sonarsystem die Schallwellen mit unterschiedlichen Frequenzen des Sendefrequenzbands in zwei verschiedene Korridoren abstrahlen. So können beispielsweise Mehrfachreflexionen erkannt werden, wenn die Reflexionen nicht aus einem vorbestimmten Winkel auf das Sonarsystem einfallen. Ergänzend oder alternativ ist es auch möglich, in den zwei Korridoren einmal ansteigende Frequenzen und einmal abfallende Frequenzen der ausgesendeten Schallwellen zu verwenden (sog. upsweep und downsweep). Ausführungsbeispiele zeigen, dass ein maximaler Abstand zwischen zwei Sonarmodulen des Sonarsystems zwischen 0,75m und 3m, bevorzugt zwischen 1 m und 2m, weiter bevorzugt zwischen 1 ,20m und 1 ,70m, beträgt. Dies ermöglicht es, eine ausreichend große Anzahl von Flächenantennen sowie eine ausreichend große Anzahl von Wasserschallwandlern pro Flächenantenne zu verwenden, um eine hohe Auflösung der Sonarbilder zu erhalten. Ferner ist das Sonarsystem somit für Frequenzen im Niederfrequenzbereich ab 30kHz bis in einen höheren Frequenzbereich von bis zu 600kHz einsetzbar.

In Ausführungsbeispielen weist ein Querschnitt durch das Sonarsystem einen tropfenförmigen, d.h. strömungsgünstigen, Querschnitt auf. Das heißt, das Sonarsystem weist, in seiner Hauptbewegungsrichtung betrachtet, vorne eine größere Breite auf als hinten. Ferner ist die Länge des Sonarsystems größer als die maximale Breite. D.h. in anderen Worten ist das Sonarsystem zumindest im Bereich der Sonarmodule stromlinienförmig geformt. Dies hat ferner zur Folge, dass eine Auflösung des Sonarsystems nach vorne geringer ist als zur Seite. Dies ist jedoch unproblematisch, da insbesondere bei einer variablen Tiefenantenne in Fahrtrichtung nur geprüft werden braucht, ob das geschleppte Sonarsystem Gefahr läuft, gegen ein Hindernis gezogen zu werden. D.h., in Fahrtrichtung wird überwiegend auf eine Detektion und nicht auf eine Klassifikation abgezielt. Die Hauptempfangsleistung soll das Sonarsystem seitlich aufweisen, in der beispielsweise Minen oder andere Objekte im Wasser detektiert und auch klassifiziert werden sollen. Insoweit kommt die Tropfenform neben dem optimierten Zugverhalten des Sonarsystems auch dem Einsatzbereich des Sonarsystems entgegen, indem die höchste Auflösung der Sonarmodule seitlich an dem Sonarsystem vorherrscht. Dort wird die Apertur hauptsächlich zur Klassifikation verwendet. Gegebenenfalls kann nach zunächst erfolgter Detektion in Vorausrichtung auch in einer nachgeordneten Vorbeifahrt die Klassifikation in Querabrichtung erfolgen.

Die Anordnung der Sonarmodule in strömungsgünstiger Form, d.h. z.B. in Tropfenform, hat gegenüber einer beliebigen, z.B. kreisförmigen, Anordnung der Sonarmodule in einem strömungsgünstigen Hüllkörper einen akustischen Vorteil. Auch wenn Hüllkörper aus nahezu akustisch transparenten Materialien wie z.B. glasfaserverstärktem Kunststoff (GFK) hergestellt werden können, ist die Schalltransmission abhängig vom Einfallswinkel der Schallwellen. Je größer die Frequenz der Schallwellen, desto größer wird auch der Effekt. Dies kann bis zur vollständigen Reflexion der Schallwellen reichen (sog. Glanzwinkel). Selbst durch ein sehr aufwendiges Design des Hüllkörpers, z.B. indem der Hüllkörper lokal unterschiedliche Wanddicken aufweist, lässt es sich nicht vermeiden, dass die einfallenden Schallwellen durch den Hüllkörper abhängig von ihrem Einfallswinkel unterschiedlich gedämpft werden. Insoweit ist die Anordnung der Sonarmodule in strömungsgünstiger Form ohne Hüllkörper akustisch vorteilhaft.

Weitere Ausführungsbeispiele zeigen, dass das Sonarsystem ausgebildet ist, an einem Zugmittel in einer Tiefe von mindestens 200m, insbesondere mindestens 400m, bevorzugt mindestens 1000m herabgelassen zu werden und zu operieren. Dies erfordert eine entsprechende stabile Konstruktion, um dem großen hydrostatischen Druck in der entsprechenden Wassertiefe standhalten zu können.

Ferner ist ein System offenbart, dass das vorbeschriebene Sonarsystem sowie ein Überwasserfahrzeug, beispielsweise ein Schiff, umfasst. Das Überwasserfahrzeug weist einen Rumpf mit einer Öffnung auf, um das Sonarsystem, beispielsweise mittels eines Zugmittels, in das Wasser herabzulassen und optional wieder aus dem Wasser herauszuziehen. Dies ermöglicht den Einsatz des Sonarsystems beispielsweise als variable Tiefenantenne. Ebenso ist es möglich, das Sonarsystem, bevorzugt am unteren Ende der Öffnung arretiert, als rumpfmontiertes Sonarsystem (engl. Hull Mounted Sonar) zu verwenden.

Bevorzugt weist das Überwasserfahrzeug in der Öffnung eine Führungseinrichtung auf, um das Sonarsystem während des Herablassens von dem Überwasserfahrzeug zu stabilisieren. Somit wird beispielsweise mittels der Führungseinrichtung eine Fixierung in einer Wartungsposition ermöglicht, so dass zumindest die Sonarmodule der Vielzahl von Sonarmodulen dauerhaft oberhalb der Wasserlinie und vorteilhafterweise in zugängliche Position gehalten werden. Dies ermöglicht den einfachen Austausch von defekten oder die einfache Reinigung von verdreckten Sonarmodulen bzw. Wasserschallsendern. Ferner kann eine Fixierung in einer Operationsposition ermöglicht werden, so dass zumindest die Sonarmodule der Vielzahl von Sonarmodulen dauerhaft unterhalb der Wasserlinie gehalten werden, z.B. als temporär rumpfmontiertes Sonarsystem.

Ferner ist die Verwendung des vorbeschriebenen Sonarsystems bzw. des Systems mit dem Überwasserfahrzeug zur Minenjagd offenbart.

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

Fig. 1 : eine schematische Darstellung eines pilzförmigen Sonarsystems, wobei Fig. 1a eine schematische perspektivische Darstellung, Fig. 1 b eine schematische Seitenansicht, Fig. 1c eine weitere schematische perspektivische Darstellung und Fig. 1d eine schematische Draufsicht auf die Sonarmodule offenbaren;

Fig. 2: eine schematische Darstellung eines tropfenförmigen bzw. ovalen Sonarsystems, wobei Fig. 2a eine schematische Seitenansicht, Fig. 2b eine schematische perspektivische Darstellung und Fig. 2c und Fig. 2d jeweils eine schematische Draufsicht auf die Sonarmodule offenbaren;

Fig. 3 eine schematische Darstellung eines Systems umfassend eins der Sonarsysteme sowie ein Überwasserfahrzeug mit einer Öffnung im Rumpf, um das Sonarsystem in das Wasser herabzulassen, wobei Fig. 3a das System in einer Seitenschnittansicht in einer ersten Position (Wartungsposition) relativ zu dem Überwasserfahrzeug, Fig. 3b das System in einer Seitenschnittansicht in einer zweiten Position (rumpfmontierte Position) relativ zu dem Überwasserfahrzeug und Fig. 3c das System in einer Seitenschnittansicht in einer dritten Position (Schleppposition) relativ zu dem Überwasserfahrzeug und Fig. 3d einer Querschnittansicht in der in Fig. 3b gezeigten Schnittebene offenbaren.

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 eine schematische Darstellung eines pilzförmigen Sonarsystems 20. Das pilzförmige Sonarsystem ist in den Fig. 1a, 1b, 1c und 1d jeweils in einer anderen Darstellung gezeigt. Fig. 1a offenbart eine perspektivische Darstellung des Sonarsystems 20. Das Sonarsystem 20 weist eine Vielzahl von Sonarmodulen 22 (hier sind 5 Module 22a, 22b, 22c, 22d, 22e sichtbar) sowie einen Wasserschallsender 24 und optional einen weiteren Wasserschallsender 24' auf. Die Sonarmodule 22 weisen vorderseitig, d.h. nach außen zeigend, ein Flächenarray von Wasserschallwandlern auf. Die Wasserschallwandler sind aus Gründen der Übersichtlichkeit nur einmal beispielhaft für ein Sonarmodul in Fig. 1b gezeigt.

Die Rückseiten der Sonarmodule 22 spannen ein Volumen auf 26. Dieses ist in Fig. 1d nochmals genauer dargestellt.

Die Wasserschallsender 24 und 24' senden Schallwellen in einem azimutalen Sektor von zumindest 80°, bevorzugt 180°, hier sogar in einem Winkel von 360° aus und sind außerhalb des Volumens 26 angeordnet. Die Sonarmodule 22 können die ausgesendeten Schallwellen der Wasserschallsender 24 und 24' empfangen und in ein dem Schalldruck entsprechendes Wasserschallsignal umwandeln. Optional sind die Sonarmodule 22 auf einer (gemeinsamen) Trägerstruktur 28 angeordnet. So ist es möglich, die Sonarmodule rückseitig zu befestigen und eine stabile Konstruktion zu gewährleisten. Eine stabile Konstruktion bildet wiederum die Grundlage für eine Schockfestigkeit des Sonarsystems beispielsweise gegenüber der Detonation einer Mine. Vorteilhafterweise können die Wasserschallsender 24, 24' ebenfalls an der Tragstruktur aufgehängt sein. Beispielsweise kann hierzu ein Stab senkrecht aus einem (Masse-) Zentrum der Trägerstruktur herausgeführt sein. Sind die Wasserschallsender 24, 24' z.B. als Hohlzylinder ausgeführt, können die Wasserschallsender am durch den Hohlraum des Hohlzylinders hindurchgeführten Stab befestigt sein. Der Stab kann ebenfalls innen teilweise hohl ausgebildet sein, beispielsweise um elektrische Zuleitungen zu den Wasserschallsendern zu führen. Fig. 1b zeigt das Sonarsystem 20 aus Fig. 1a, wobei die Wasserschallsender 24, 24' sowie die Zwischenräume mit einer Verkleidung 31 verkleidet sind. In dieser Ansicht sind 4 Sonarmodule 22a, 22b, 22c, 22d sichtbar, wobei beispielhaft für die gesamte Offenbarung in dem Sonarmodul 22b ein Array von Wasserschallwandlern 30 dargestellt ist.

Fig. 1c zeigt das Sonarsystem 20 mit der Verkleidung 31 wie sie in Fig. 1b zu sehen ist in einer perspektivischen Darstellung ähnlich der Darstellung in Fig. 1a. Hier sind die Wasserschallsender 24, 24' statt mit dem Stab mittels an dem Zylinder befestigter Stege 32a, 32b, 32c mechanisch verbunden. Auch eine Kombination aus Stab und Stegen ist möglich. Generell können beliebige Verbindungsmittel zwischen den beiden Wasserschallsendern 34, 34' verwendet werden. Vorteilhaft ist jedoch, wenn diese so stabil sind, dass diese eine Schockbelastung überstehen. Ebenso kann der Wasserschallsender mit aus Gründen der Übersichtlichkeit hier nicht dargestellten Stegen mit einer ebenfalls nicht dargestellten Trägerstruktur verbunden werden.

Dargestellt sind hier nur die Sonarmodule 22a, 22b, die weiteren sichtbaren Sonarmodule 22 sind stilisiert durch die Auslassungspunkte dargestellt. Ferner ist eine Befestigung 34 für ein Zugmittel, insbesondere ein Schleppseil dargestellt.

Fig. 1d offenbart eine Draufsicht auf die Sonarmodule 22. Beispielhaft sind 10 Sonarmodule 22a, 22b, 22c, 22d, 22e, 22f, 22g, 22h, 22i, 22j gezeigt. Innenliegend ist ein Querschnitt durch das Volumen 26 gezeigt, dass die Rückseiten der Sonarmodule 22 aufspannen. Oben und unten wird das Volumen jeweils von den Ober- bzw. Unterkanten der Sonarmodule begrenzt.

Fig. 2 zeigt ein tropfenförmiges Sonarsystem 20. In Fig. 2a ist eine schematische Seitenansicht des Sonarsystems 20 dargestellt. Unterhalb der Sonarmodule 22 (hier sind 4 Module 22a, 22b, 22c, 22d sichtbar) ist wiederum ein Wasserschallsender 24 sowie optional ein weiterer Wasserschallsender 24' vorhanden. Diese sind ebenfalls optional mittels einer Verkleidung 31 verkleidet. Oberhalb der Sonarmodule sind Wasserführungselemente, wie z.B. eine Finne 36 angebracht, um das Sonarsystem im geschleppten Zustand stabil im Wasser zu halten. Fig. 2b zeigt, äquivalent zu der Darstellung in Fig. 1c, eine schematische perspektivische Darstellung des tropfenförmigen Sonarsystems 20. Sichtbar sind hier 6 Sonarmodule 22a, 22b, 22c, 22d, 22e, 22f, die nicht wie in Fig. 1 eine Kreisbahn bilden sondern eine Tropfenform. Auch in Fig. 2b ist die optionale Finne 36 und so wie in Fig. 1c auch die Befestigung 34 für das Zugmittel gezeigt. Die Art der Befestigung ist beispielhaft. Die Wasserschallsender 24, 24' können auch hier unterhalb eines Schwerpunkts, insbesondere eines Masseschwerpunkts, der Sonarmodule der Vielzahl von Sonarmodulen angeordnet sein.

Fig. 2c zeigt äquivalent zu Fig. 1d eine Draufsicht auf die Sonarmodule 22. Beispielhaft sind 12 Sonarmodule 22a, 22b, 22c, 22d, 22e, 22f, 22g, 22h, 22i, 22j gezeigt. Innenliegend ist auch hier ein Querschnitt durch das Volumen 26 gezeigt, dass die Rückseiten der Sonarmodule 22 aufspannen. Oben und unten wird das Volumen ebenfalls jeweils von den Ober- bzw. Unterkanten der Sonarmodule begrenzt. Im Vergleich zu Fig. 1d ist ersichtlich, dass das Sonarsystem 20 die gleiche Breite aber eine größere Länge aufweist. Allerdings hat das Sonarsystem auch 12 Sonarmodule und somit zwei Sonarmodule mehr als die Anordnung in Fig. 1 d. Somit ist die Auflösung der Anordnung in Fig. 2c besser als die in Fig. 1 d. Insbesondere ist die Auflösung in Fahrtrichtung (also in Richtung des Sonarmoduls 22c) gleich hoch wie die Auflösung der Anordnung in Fig. 1d. Seitlich ist die Auflösung der Anordnung in Fig. 2c jedoch höher als die Auflösung in Fig. 1d.

Fig. 2d zeigt eine alternative Anordnung der Sonarmodule in Tropfenform. Im Vergleich zu der Anordnung in Fig. 2c wurde auf die Sonarmodule 22c und 22 i verzichtet. Somit ergibt sich eine ähnliche Gesamtauflösung wie bei der runden Anordnung in Fig. 1 d, wobei die Auflösung in Fahrtrichtung niedriger ist als bei der Anordnung in Fig. 1 d, im Gegenzug ist die Auflösung seitlich hierzu jedoch höher als bei der Anordnung in Fig. 1d. Da die Klassifikation jedoch i.d.R. seitlich vorgenommen wird und in Fahrtrichtung überwiegend eine Detektion vorgenommen wird, um nicht gegen eine Mine oder ein anderes Hindernis zu stoßen, und weil alternativ die Klassifikation gegebenenfalls auch nach erfolgter Detektion in einer weiteren Vorbeifahrt durchgeführt werden kann, ist die Reduzierung der Auflösung in Fahrtrichtung unerheblich. Somit ist die Breite des Sonarsystems quer zur Fahrtrichtung bei gleicher Auflösung kleiner als die der runden Anordnung. Die Länge ist jedoch größer. Eine Öffnung im Rumpf eines Überwasserfahrzeugs ist jedoch im Hinblick auf z.B. den Auftrieb und die Stabilität des Rumpfes einfacher zu gestalten, wenn diese schmal ist. Insoweit hat die Tropfenform auch hier ihre Vorteile.

Die in Fig. 1 und Fig. 2 gezeigten Sonarsysteme können jeweils azimutale Empfangssektoren, d.h. Empfangswinkel, von 360° aufweisen.

Fig. 3 zeigt in den Fig. 3a, 3b und 3c jeweils ein System 38 in einer Seitenschnittansicht. Das System 38 umfasst das beschriebenen Sonarsystem 20 in Verbindung mit einem Überwasserfahrzeug 40. Das Überwasserfahrzeug 40 weist eine Öffnung 42 im Rumpf 44 auf, durch das das Sonarsystem 20 von dem Überwasserschiff 40 in das den Rumpf 44 des Überwasserschiffs umgebende Wasser herabgelassen werden kann. Das Bewegen des Sonarsystems 20 innerhalb der Öffnung und somit auch das Herablassen in das Wasser erfolgt beispielsweise mittels eines Zugmittels 48 (z.B. eines Seils), das über eine Winde 50 auf- und abgerollt werden kann.

Optional weist das Überwasserfahrzeug 40 eine Führungseinrichtung 46 auf. Diese ist in Fig. 3d genauer beschrieben.

In Fig. 3a ist das Sonarsystem 20 in einer Wartungsposition dargestellt. Hier kann die Führungseinrichtung 46 eine Fixierung des Sonarsystems in einer Wartungsposition ermöglichen, so dass zumindest die Sonarmodule der Vielzahl von Sonarmodulen dauerhaft oberhalb der Wasserlinie gehalten werden.

In Fig. 3b ist das Sonarsystem 20 in einer ersten Operationsposition, der rumpfmontierten Position, dargestellt. Die Führungseinrichtung kann eine Fixierung in der Operationsposition ermöglicht, so dass zumindest die Sonarmodule der Vielzahl von Sonarmodulen sowie der Wasserschallsender dauerhaft unterhalb der Wasserlinie gehalten werden. In Fig. 3c ist das Sonarsystem 20 in einer zweiten Operationsposition, der Schleppposition, dargestellt. Die Führungseinrichtung kann das Sonarsystem während des Herablassens in das Wasser stabilisieren. Das Zugmittel kann in der Schleppposition auf einer Führungsrolle am Rumpf des Überwasserfahrzeugs geführt werden, damit das Zugmittel nicht reißt.

Fig. 3d zeigt eine Querschnittansicht durch die Führungseinrichtung 46 entlang der Schnittebene A, die in Fig. 3b dargestellt ist. Die Führungseinrichtung 46 kann einen sich in der Öffnung mittels Rollen 56 auf Laufschienen beweglichen Schlitten 54 umfassen. Mittels der Führungseinrichtung ist es auch möglich, das Sonarsystem 20 innerhalb der Öffnung, bevorzugt mittels eines elektrischen Antriebs, zu bewegen. Dies kann eine Alternative zu dem Bewegen des Sonarsystems 20 mittels des Zugmittels innerhalb der Öffnung 42 darstellen.

Damit das Zugmittel aus seiner Mittenposition des Schlittens 54 auf die Führungsrolle 52 gelangen kann, kann der Schlitten 54 einen Schlitz 58 aufweisen.

Die offenbarten (Wasser-) Schallwandler sind für den Einsatz unter Wasser, insbesondere im Meer, ausgelegt. Die Schallwandler können, Wasserschall in eine dem Schalldruck entsprechenden elektrischen Signal (z.B. Spannung oder Strom), das Wasserschallsignal, umwandeln. Überdies ist es möglich, dass die Schallwandler eine anliegende elektrische Spannung in Wasserschall umwandeln können. Die Schallwandler können demnach als Wasserschallempfänger und/oder als Wasserschallsender verwendet werden. Als sensorisches Material können die Schallwandler ein piezoelektrisches Material, beispielsweise eine Piezokeramik, aufweisen. Die Schallwandler können für (Aktiv- und/oder Passiv-) Sonar (Sound Navigation and Ranging, dt.: Schall-Navigation und -Entfernungsbestimmung) eingesetzt werden. Die Schallwandler sind bevorzugt nicht für medizinische Anwendungen geeignet bzw. werden nicht für medizinische Anwendungen eingesetzt.

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 Sonarsystem

22 Sonarmodule

24, 24' Wasserschallsender

26 Volumen

28 Trägerstruktur

30 Wasserschallwandler

31 Verkleidung

32 Stege

34 Befestigung

36 Finne

38 System

40 Überwasserfahrzeug

42 Öffnung im Rumpf

44 Rumpf

46 Führungseinrichtung

48 Zugmittel

50 Winde

52 Führungsrolle

54 Schlitten

56 Rollen

58 Schlitz