DE102013100894A1 - Underwater sound signal, Underwater transmitter or Underwater receiver, Underwater sonar, Underwater vehicle and Retrofit kit - Google Patents

Underwater sound signal, Underwater transmitter or Underwater receiver, Underwater sonar, Underwater vehicle and Retrofit kit Download PDF

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Abstract

Insbesondere bei einem Sidescan-Sonar werden, um Objekte in großen Entfernungen detektieren zu können, große Intensitäten in Bezug auf den Schalldruck unter Wasser ausgesendet, sodass das reflektierte Signal von weit entfernten Objekten gut detektierbar ist. Dieses Vorgehen hat einige Nachteile. Um den hohen Schalldruck erreichen zu können, sind leistungsfähige Energiequellen wie Batterien notwendig. Zudem werden an der Wasseroberfläche ebenfalls (Stör-)Signale reflektiert. Weiterhin sind Reflexionen nahliegender Objekte sehr stark, sodass die Empfindlichkeit von Unterwassermikrophonen herabgesetzt werden muss. Die Erfindung betrifft somit ein Unterwasserschallsignal, welches einen ersten Laufzeitunterschied und/oder einen ersten Intensitätsunterschied entlang eines ersten Abstrahlwinkels aufweist, wobei der erste Laufzeitunterschied und/oder der erste Intensitätsunterschied dem Unterwasserschallsignal aufgeprägt ist und diese Aufprägen insbesondere bei einem Senden oder einem Empfangen erfolgt.In particular in the case of a sidescan sonar, in order to be able to detect objects at great distances, great intensities are emitted in relation to the sound pressure under water, so that the reflected signal from objects far away can be easily detected. This approach has some disadvantages. To be able to reach the high sound pressure, powerful energy sources such as batteries are necessary. In addition, (interference) signals are also reflected on the water surface. Furthermore, reflections from nearby objects are very strong, so the sensitivity of underwater microphones must be reduced. The invention thus relates to an underwater sound signal which has a first transit time difference and / or a first intensity difference along a first radiation angle, the first transit time difference and / or the first intensity difference being impressed on the underwater sound signal and these impressions taking place in particular when transmitting or receiving.

Description

Die Erfindung betrifft ein Unterwasserschallsignal, welches einen ersten Laufzeitunterschied und oder einen ersten Intensitätsunterschied entlang eines ersten Abstrahlwinkels aufweist und einen Unterwassersender oder -empfänger, sowie ein Unterwassersonar, eine Unterwasserfahrzeug, ein Wasserfahrzeug und einen Nachrüstsatz. The invention relates to an underwater sound signal having a first time difference and or a first intensity difference along a first radiation angle and an underwater transmitter or receiver, and an underwater sonar, an underwater vehicle, a watercraft and a retrofit kit.

Insbesondere bei einem Sidescan-Sonar werden, um Objekte in großen Entfernungen detektieren zu können, große Intensitäten in Bezug auf den Schalldruck unter Wasser in einen weiten Sektor ausgesendet, sodass das reflektierte Signal sowohl von nahe liegenden als auch von weit entfernten Objekten gut detektierbar ist. Particularly in the case of a sidescan sonar, in order to be able to detect objects at great distances, high intensities with respect to the sound pressure under water are emitted into a wide sector, so that the reflected signal can be well detected both from nearby and from distant objects.

Dieses Vorgehen hat einige Nachteile. Um den hohen Schalldruck in einem großen Sektor erreichen zu können, sind leistungsfähige Energiequellen wie Batterien notwendig. Zudem werden an der Wasseroberfläche ebenfalls (Stör-)Signale reflektiert (Multipathausbreitung). Weiterhin sind die Echos nahliegender Objekte im Vergleich zu Objekten in großen Entfernungen sehr stark, woraus sich hohe Anforderungen an die Dynamik des Empfängers ergeben. This procedure has some disadvantages. In order to achieve the high sound pressure in a large sector, powerful energy sources such as batteries are necessary. In addition, (interfering) signals are also reflected on the water surface (multipath propagation). Furthermore, the echoes of nahliegender objects are very strong compared to objects in long distances, resulting in high demands on the dynamics of the receiver.

Aufgabe der Erfindung ist es, die Nachteile des Standes der Technik zu verbessern. The object of the invention is to improve the disadvantages of the prior art.

Gelöst wird die Aufgabe durch ein Unterwasserschallsignal, welches einen ersten Laufzeitunterschied und/oder einen ersten Intensitätsunterschied entlang eines ersten Abstrahlwinkels aufweist, wobei der erste Laufzeitunterschied und/oder der erste Intensitätsunterschied dem Unterwasserschallsignal aufgeprägt ist und diese Aufprägen insbesondere bei einem Senden oder einem Empfangen erfolgt. The object is achieved by an underwater sound signal, which has a first time difference and / or a first intensity difference along a first radiation angle, wherein the first time difference and / or the first intensity difference is impressed on the underwater sound signal and these impressions takes place in particular when transmitting or receiving.

Durch das Aussenden derartiger Unterwasserschallsignale können die Sender in kleineren Bauformen hergestellt werden, da Kühlung und Energieversorgung geringer dimensioniert oder ausgelegt werden können. Zudem ist eine geringere Kühlleistung notwendig. Auch können bei gleicher Energieversorgung Unterwasserschallsignale über einen längeren Zeitraum als nach dem Stand der Technik ausgesandt werden. Insbesondere kann die Sendeleistung bis zu 80% reduziert werden. By emitting such underwater sound signals, the transmitters can be manufactured in smaller designs, since cooling and power supply can be dimensioned or dimensioned smaller. In addition, a lower cooling capacity is necessary. Also under the same energy supply underwater sound signals can be sent over a longer period of time than in the prior art. In particular, the transmission power can be reduced by up to 80%.

Empfängerseitig können die Empfänger mit hoher Sensibilität eingesetzt werden, um weit entfernte Objekte detektieren zu können, wobei gleichzeitig reflektierte Signale aus dem Nahbereich mit großer Empfindlichkeit messbar sind. On the receiver side, the receivers can be used with high sensitivity in order to be able to detect distant objects, while at the same time measuring reflected signals from the near range with great sensitivity.

Zudem erfolgt ein geringerer Volumennachhall als auch Oberflächennachhall. Auch Multipatheffekte, welche insbesondere durch das zusätzliche Reflektieren an der Wasseroberfläche entstehen, können minimiert werden. In addition, there is less volume reverberation as well as surface reverberation. Also multipath effects, which arise in particular by the additional reflection on the water surface, can be minimized.

Folgendes Begriffliche sei erläutert:
„Unterwasserschallsignale“, im Folgenden auch Unterwassersignale genannt, umfassen sämtliche Schallsignale, die zum Orten von Gegenständen unter Wasser verwendet werden. Insbesondere sind die Unterwasserschallsignale umfasst, welche bei einem Sonar (sound navigation and ranging) eingesetzt werden. Besonders bevorzugt werden Unterwasserultraschallsignale im Bereich vom 10kHz bis 1000kHz. Vorliegende Unterwasserschallsignale werden insbesondere mittels Piezokeramiken unter Wasser erzeugt.
The following concept is explained:
"Underwater sound signals", hereinafter also referred to as underwater signals, include all sound signals that are used to locate objects under water. In particular, the underwater sound signals are included, which are used in a sonar (sound navigation and ranging). Underwater ultrasound signals in the range from 10 kHz to 1000 kHz are particularly preferred. Present underwater sound signals are generated in particular by means of piezoceramics under water.

Ein „Laufzeitunterschied“ umfasst sowohl ein verspätetes als auch ein verfrühtes Aussenden in Bezug auf ein unbeeinflusstes Unterwasserschallsignal. A "runtime difference" includes both a delayed and a premature emission with respect to an unaffected underwater sound signal.

Ein „Intensitätsunterschied“ ist dann gegeben, wenn die Intensität von der Intensität eines Referenzsignals abweicht, wobei das Referenzsignal eine im Wesentlichen einheitliche und über einen (Sende-)Winkel φ konstante Intensität aufweist. An "intensity difference" is given when the intensity deviates from the intensity of a reference signal, wherein the reference signal has a substantially uniform and over a (transmission) angle φ constant intensity.

Sowohl der Intensitätsunterschied als auch der Laufzeitunterschied können über die Apertur der Antenne winkelabhängig so gewählt werden, dass diese an die Aufgabe angepasst werden. Insbesondere können Intensitätsunterschied und Laufzeitunterschied an die winkelabhängige Meeresbodenentfernung angepasst werden. Both the intensity difference and the transit time difference can be selected via the aperture of the antenna as an angle so that they are adapted to the task. In particular, the intensity difference and transit time difference can be adapted to the angle-dependent seabed distance.

Die Apertur der Antenne bezeichnet die freie, aktive Öffnung, durch welche die Schallwellen ausgesendet oder empfangen werden. The aperture of the antenna designates the free, active aperture through which the sound waves are emitted or received.

Ein „Abstrahlwinkel“ kann insbesondere durch einen mathematischen Linienwinkel beschrieben werden, welcher wiederum durch ein mathematisches Winkelmaß beschreibbar ist. Der Linienwinkel kann alternativ als eindimensionaler Winkel bezeichnet werden. In Bogenmaß kann dieser (eindimensionale) Abstrahlwinkel Werte zwischen 0 und 2π, im Gradmaß zwischen 0° und 360° und im geodätischen Winkelmaß einen Wert zwischen 0gon und 400gon annehmen. Der Abstrahlwinkel erstreckt sich insbesondere entlang der Apertur. An "emission angle" can be described in particular by a mathematical line angle, which in turn can be described by a mathematical angle measure. The line angle may alternatively be referred to as a one-dimensional angle. In radian measure, this (one-dimensional) radiation angle can assume values between 0 and 2π, in the degree measure between 0 ° and 360 ° and in the geodesic angle measure a value between 0gon and 400gon. The emission angle extends in particular along the aperture.

„Aufprägen“ umfasst eine technisch bedingte Einflussnahme auf das Unterwasserschallsignal, sodass sich ein entsprechender Laufzeitunterschied und/oder ein Intensitätsunterschied gegenüber einem unbeeinflussten Signal ergeben. Dies kann sowohl beim eigentlichen Senden als auch beim Empfangen erfolgen. Dennoch sind auch Fälle umfasst, in denen technisch auf ein ausgesandtes Signal nach dem Senden und vor dem Empfangen eingewirkt wird. Dies kann insbesondere dadurch erfolgen, dass ein bereits ausgesandtes Signal erst durch Wasser geleitet, anschließend durch Beugung an Schichten unterschiedlicher Dicke oder unterschiedlicher akustischer Impedanz geführt wird, bevor es den eigentlichen Empfänger erreicht. "Impact" includes a technical influence on the underwater sound signal, so that there is a corresponding difference in transit time and / or a difference in intensity compared to an uninfluenced signal. This can be done both during the actual transmission and when receiving. Nevertheless, cases are also included in which technically acted upon a transmitted signal after transmission and before receiving becomes. This can be done in particular by passing an already emitted signal first through water, then passing it through diffraction at layers of different thickness or different acoustic impedance before it reaches the actual receiver.

In einer weitern Ausführungsform weist das Unterwasserschalsignal einen zweiten Laufzeitunterschied und/oder einen zweiten Intensitätsunterschied entlang eines zweiten Abstrahlwinkels auf, wobei der erste Abstrahlwinkel und der zweite Abstrahlwinkel nicht parallel zueinander sind, sodass der erste Abstrahlwinkel und der zweite Abstrahlwinkel einen Raumwinkel bilden, wobei der zweite Laufzeitunterschied und/oder der zweite Intensitätsunterschied dem Unterwasserschallsignal aufgeprägt ist und dieses Aufprägen insbesondere beim Senden oder beim Empfangen erfolgt. In a further embodiment, the underwater scarf signal has a second transit time difference and / or a second intensity difference along a second radiation angle, wherein the first radiation angle and the second radiation angle are not parallel to each other, so that the first radiation angle and the second radiation angle form a solid angle, wherein the second Difference in transit time and / or the second intensity difference is impressed on the underwater sound signal and this imprinting takes place in particular during transmission or reception.

Somit kann ein Unterwasserschallsignal bereitgestellt werden, welches geeignet ist, flächige Bereiche zu scannen. Thus, an underwater sound signal can be provided which is suitable for scanning areal areas.

Durch die „Nichtparallelität“ oder die „Orthogonalität“ des ersten und zweiten Abstrahlwinkels ist beispielsweise ein ausgesandter Schallkegel mit umfasst. Weiterhin umfasst die Nichtparallelität sowohl rechtwinklig zueinander stehende Linienwinkel als auch andere Winkel. Charakteristisch dabei ist jeweils immer, dass ein flächiges Scannen realisierbar ist. By "non-parallelism" or "orthogonality" of the first and second radiation angle, for example, a transmitted sound cone is included. Furthermore, the non-parallelism comprises both perpendicular line angles and other angles. It is always characteristic in this case that flat scanning is feasible.

Der „Raumwinkel“ beschreibt insbesondere die Größe eines Raumbereichs, der von einem Kegelmantel aufgespannt wird. The "solid angle" describes, in particular, the size of a spatial area that is spanned by a conical surface.

Um für Sonare unterschiedliche Unterwasserschallsignale mit unterschiedlichen Ausbreitungscharakteristiken bereitstellen zu können, kann einer der Abstrahlwinkel einen Wert zwischen 0° und 360°, insbesondere zwischen 0° und 180° oder zwischen 0° und 90° oder zwischen 10° und 80° aufweisen. Auch kleinere Winkel beispielsweise zwischen 20° und 40° sind realisierbar. In order to be able to provide different underwater sound signals with different propagation characteristics for sonars, one of the emission angles can have a value between 0 ° and 360 °, in particular between 0 ° and 180 ° or between 0 ° and 90 ° or between 10 ° and 80 °. Even smaller angles, for example, between 20 ° and 40 ° can be realized.

Der Winkelwert von 0° bis 360° kann beispielsweise durch ein durch eine Piezokeramikkugel oder einen Piezokeramikring ausgesandtes Signal erreicht werden. Auch mit kleinen Abständen zueinander beabstandete Sendeelemente können derartige Abstrahlwinkel ausfüllen, wobei es unschädlich ist, dass kleine Bereiche ausgespart werden. Kleine Abstände in diesem Zusammenhang umfassen Werte von 1mm bis zu Werten von einigen Zentimetern, wobei dies insbesondere von der Sendewellenlänge abhängt. Grob gilt je höher die Sendefrequenz desto kleiner kann der Abstand gewählt werden (z.B. 1000kHz entspricht ca. 1mm Abstand). The angle value of 0 ° to 360 ° can be achieved, for example, by a signal emitted by a piezoceramic ball or a piezoceramic ring. Even with small distances from each other spaced transmission elements can fill such radiation angle, it is harmless that small areas are recessed. Small distances in this context include values from 1 mm to values of a few centimeters, depending in particular on the transmission wavelength. Roughly speaking, the higher the transmission frequency, the smaller the distance can be chosen (for example, 1000 kHz equals about 1 mm spacing).

In einer weiteren Ausführungsform erfolgt das Aufprägen des Laufzeitunterschieds und/oder des Intensitätsunterschieds mittels eines Dämpfungselements und/oder mittels einer Sender- und/oder Empfangsgeometrie und/oder mittels einer elektronischen Schaltung. In a further embodiment, the imprinting of the transit time difference and / or the intensity difference takes place by means of a damping element and / or by means of a transmitter and / or receiver geometry and / or by means of an electronic circuit.

Somit können alternative Erzeugungsmethoden für erfindungsgemäße Unterwasserschallsignale bereitgestellt werden. Thus, alternative generation methods for underwater sound signals according to the invention can be provided.

Folgendes Begriffliche sei erläutert:
Ein „Dämpfungselement“ umfasst insbesondere einen Werkstoff, welcher eine andere Ausbreitungsgeschwindigkeit für den Schall als Wasser aufweist. Somit sind sowohl „Verzögerungen“ als auch „Beschleunigungen“ möglich. Insbesondere kann das Dämpfungselement in Ausbreitungsrichtung des Wasserschalls unterschiedliche Dicken aufweisen, durch die das Unterwasserschallsignal technisch modelliert werden kann.
The following concept is explained:
In particular, a "damping element" comprises a material which has a different propagation velocity for the sound than water. Thus, both "delays" and "accelerations" are possible. In particular, the attenuation element in the propagation direction of the water sound can have different thicknesses, by means of which the underwater sound signal can be technically modeled.

Das Aufprägen mittels einer „Sender- und/oder Empfangsgeometrie“ erfolgt beispielsweise dadurch, dass mehrere einzelne Unterwasserschallsender nicht eben, sondern gekrümmt zueinander angeordnet sind. Insbesondere Unterwasserschallsender mit Keramikfilamenten, welche in einer Harzstruktur angeordnet sind und welche mittels Fräse eine von einer Ebene abweichende Struktur aufweisen, sind mit umfasst. The imprinting by means of a "transmitter and / or receiving geometry" takes place, for example, in that a plurality of individual underwater sound transmitters are not arranged flat but curved relative to one another. In particular, underwater sounders with ceramic filaments, which are arranged in a resin structure and which have a deviating from a plane structure by means of milling cutter are included.

Bei dem Aufprägen eines Laufzeitunterschieds oder eines Intensitätsunterschiedes mittels einer „elektronischen Schaltung“ werden Einzelsender oder Einzelempfänger derart elektronisch angesteuert, dass sie gegenüber benachbarten Einzelsendern oder -empfängern verfrüht oder verspätet Senden oder Empfangen. When imposing a time difference or an intensity difference by means of an "electronic circuit", individual transmitters or individual receivers are electronically controlled in such a way that they send or receive ahead of neighboring individual transmitters or receivers premature or delayed.

Weiterhin wird die Aufgabe gelöst durch einen Unterwassersender oder einen Unterwasserempfänger, welcher ein zuvor beschriebenes Unterwasserschallsignal aussendet oder empfängt. Furthermore, the object is achieved by an underwater transmitter or an underwater receiver, which emits or receives a previously described underwater sound signal.

Somit kann ein Unterwassersender mit einer besseren Reichweite, mit geringerem Volumennachhall, mit geringerem Oberflächennachhall, mit geringerem Multipatheinflüssen, mit einer geringeren Sendeleistung, mit einer geringeren Kühlung, mit einem geringeren Energieverbrauch und in kleinerer Bauform bereitgestellt werden. Thus, an underwater transmitter can be provided with better range, lower volume reverberation, lower surface echo, lower multipath, lower transmit power, lower cooling, lower power consumption, and smaller form factor.

Weiterhin kann die Aufgabe gelöst werden durch einen Unterwassersender oder einen Unterwasserempfänger, wobei der Unterwassersender oder der Unterwasserempfänger derart eingerichtet ist, dass der Unterwassersender oder der Unterwasserempfänger einem Unterwasserschallsignal aktiv und/oder passiv einen ersten Laufzeitunterschied und/oder einen ersten Intensitätsunterscheid entlang eines ersten Abstrahlwinkels und/oder dass der Unterwassersender oder der Unterwasserempfänger dem Unterwasserschallsignal aktiv und/oder passiv einen zweiten Laufzeitunterschied oder einen zweiten Intensitätsunterschied entlang eines zweiten Abstrahlwinkels aufprägt. Furthermore, the object can be achieved by an underwater transmitter or an underwater receiver, wherein the underwater transmitter or the underwater receiver is set up such that the underwater transmitter or the underwater receiver active and / or passive an underwater sound signal Difference in transit time and / or a first intensity difference along a first radiation angle and / or that the underwater transmitter or underwater receiver actively and / or passively impress a second time difference or a second intensity difference along a second radiation angle to the underwater sound signal.

Dieser Unterwassersender oder Unterwasserempfänger weist ebenfalls die Vorteile des zuvor beschriebenen Unterwassersender oder Unterwasserempfängers auf. This underwater transmitter or underwater receiver also has the advantages of the previously described underwater transmitter or underwater receiver.

In einer diesbezüglichen Ausprägungsform weist der Unterwassersender zwei oder mehr Subsender und/oder der Unterwasserempfänger zwei oder mehr Subempfänger auf. In one embodiment, the underwater transmitter has two or more subsenders and / or the underwater receiver has two or more sub-receivers.

Dadurch kann besonders effektiv einem Unterwasserschallsignal ein Laufzeitunterschied oder ein Intensitätsunterschied aufgeprägt werden. Ganz besonders vorteilhaft dabei ist, dass beliebig angepasste Laufzeitunterschiede und Intensitätsunterschiede realisierbar sind. So kann beispielsweise die Intensität und/oder Laufzeit als Funktion eines Abstands eines zu untersuchenden Meeresbodens dem Sender oder Empfänger aufgeprägt werden. As a result, a transit time difference or an intensity difference can be impressed on an underwater sound signal in a particularly effective manner. It is particularly advantageous that any desired time differences and intensity differences can be realized. Thus, for example, the intensity and / or transit time can be impressed on the transmitter or receiver as a function of a distance of a seabed to be examined.

Dabei umfassen die Subsender sowohl (Piezo-)Keramikfilamente als auch flächig angeordnete (Piezo-)Keramikelemente oder auf einer gekrümmten Bahn angeordnete (Piezo-)Keramikelemente. In this case, the subsenders comprise both (piezo) ceramic filaments and also flat (piezo) ceramic elements or (piezoceramic) ceramic elements arranged on a curved path.

Um insbesondere mit bestehenden Sonaren erfindungsgemäße Unterwasserschallsignale aussenden zu können, kann das aktive Aufprägen elektronisch erfolgen. Insbesondere können einzelne Subsender oder Subempfänger verfrüht und/oder verspätet ein Schallsignal aussenden oder empfangen. In order to be able to emit underwater sound signals according to the invention, in particular with existing sonars, the active impingement can take place electronically. In particular, individual subscribers or sub-receivers can prematurely and / or late send or receive a sound signal.

Der große Vorteil in diesem Fall besteht insbesondere darin, dass eine Adaption des bestehenden Sonars zu einem erfindungsgemäßen System leicht durch ein Software-Update umsetzbar ist. The big advantage in this case is in particular that an adaptation of the existing sonar to a system according to the invention can be easily implemented by a software update.

In einer weiteren Ausprägungsform erfolgt das passive Aufprägen durch eine geometrische Anordnung des Unterwassersenders und/oder durch eine geometrische Anordnung des Unterwasserempfängers und/oder durch ein Dämpfungselement. In another embodiment, the passive imposition is effected by a geometric arrangement of the underwater transmitter and / or by a geometric arrangement of the underwater receiver and / or by a damping element.

Bezüglich der Realisierungen und Definitionen der geometrischen Anordnung und des Dämpfungselements wird auf vorherige Ausführungen, welche analog gelten, verwiesen. With regard to the realizations and definitions of the geometric arrangement and the damping element is made to previous versions, which apply analogously.

In einer weiteren Ausgestaltung wird die Aufgabe gelöst durch ein Unterwassersonar, welches einen zuvor beschriebenen Unterwassersender und/oder einen zuvor beschriebenen Unterwasserempfänger aufweist. In a further embodiment, the object is achieved by an underwater sonar, which has a previously described underwater transmitter and / or a previously described underwater receiver.

Somit können leistungsfähige Ortungsgeräte zum Detektieren von Unterwasserobjekten bereitgestellt werden. Thus, powerful locators for detecting underwater objects can be provided.

Weiterhin wird die Aufgabe gelöst durch ein Unterwasserfahrzeug, welches einen zuvor beschriebenen Unterwassersender und/oder einen zuvor beschriebenen Unterwasserempfänger und/oder ein zuvor beschriebenes Unterwassersonar aufweist. Furthermore, the object is achieved by an underwater vehicle having a previously described underwater transmitter and / or a previously described underwater receiver and / or a previously described underwater sonar.

Das „Unterwasserfahrzeug“ umfasst sowohl U-Boote (ferngesteuert, autonom, mit und ohne Besatzung) als auch Bojen, Torpedos, oder auch Schlepp-Sonare. The "underwater vehicle" includes both submarines (remote-controlled, autonomous, with and without crew) as well as buoys, torpedoes, or towing sonars.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird die Aufgabe gelöst durch ein Wasserfahrzeug, welches einen zuvor beschriebenen Unterwassersender und/oder einen zuvor beschriebenen Unterwasserempfänger und/oder ein zuvor beschriebenes Unterwassersonar und/oder ein zuvor beschriebenes Unterwasserfahrzeug aufweist. In a further embodiment of the invention, the object is achieved by a watercraft, which has a previously described underwater transmitter and / or a previously described underwater receiver and / or a previously described underwater sonar and / or a previously described underwater vehicle.

„Wasserfahrzeuge“ im vorliegenden Sinne umfasst sämtliche Schiffe, Plattformen oder sonstige auf dem Wasser fahrende oder verweilende Objekte. "Watercraft" in the present sense includes all ships, platforms or other moving or lingering objects on the water.

Abschließend kann die Aufgabe gelöst werden durch einen Nachrüstsatz zum Nachrüsten eines Sonars, wobei der Nachrüstsatz einem vom Sonar ausgesandten oder empfangenen Unterwasserschallsignal einen erste Laufzeitunterschied und/oder einen ersten Intensitätsunterschied entlang eines ersten Abstrahlwinkels und/oder dass der Unterwassersender oder Unterwasserempfänger dem Unterwasserschallsignal einen zweiten Laufzeitunterschied und/oder einen zweiten Intensitätsunterschied entlang eines zweiten Abstrahlwinkels aufprägt, wobei dieses Aufprägen insbesondere beim Senden oder Empfangen erfolgt. Finally, the object can be achieved by a retrofit kit for retrofitting a sonar, wherein the retrofit kit a sonar transmitted or received underwater sound signal a first time difference and / or a first intensity difference along a first radiation angle and / or that the underwater transmitter or underwater receiver the underwater sound signal a second delay difference and / or impresses a second intensity difference along a second radiation angle, wherein said impacting occurs in particular during transmission or reception.

Somit kann ein Bauteil oder ein Software-Update bereitgestellt werden, welches im Einsatz befindliche Sonare derart einrichtet, dass diese Sonare ein zuvor beschriebenes Unterwasserschallsignal senden oder empfangen. Dies führt bei geringen Kosten zu hohen Effizienzsteigerungen bestehender Sonar-Systeme. Thus, a component or software update can be provided which sets in-use sonars such that these sonars send or receive a previously described underwater sound signal. This leads to high efficiency increases of existing sonar systems at low cost.

In einer diesbezüglichen Ausprägungsform ist der Nachrüstsatz passiv und/oder aktiv ausgestaltet. Somit können alternative Nachrüstsätze bereitgestellt werden. In a related embodiment, the retrofit kit is passive and / or active. Thus, alternative retrofit kits can be provided.

Zur Definition der Begrifflichkeiten „passiv“ und „aktiv“ wird auf die vorherigen Ausführungen verwiesen. For the definition of the terms "passive" and "active", reference is made to the previous statements.

Im Weiteren wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen Furthermore, the invention will be explained in more detail with reference to embodiments. Show it

1 eine stark schematische Darstellung eines Unterwasserschallsenders mit Keramikfilamenten, 1 a highly schematic representation of an underwater sounder with ceramic filaments,

2 eine stark schematische Darstellung eines üblichen, flächigen Unterwasserschallsenders, 2 a highly schematic representation of a conventional, flat underwater sounder,

3 eine stark schematische Darstellung eines gekrümmten Unterwasserschallsenders mit mehreren Subunterwasserschallsender, 3 a highly schematic representation of a curved underwater sound transmitter with several sub-underwater sounders,

4 eine schematische Darstellung eines Sidescan-Sonars mit abscannbarer Fläche, 4 a schematic representation of a side scan sonar with abscannbarer surface,

5 eine graphische Darstellung eines Intensitätsverlaufes als Funktion des Abstandes und 5 a graphical representation of an intensity profile as a function of the distance and

6 eine schematische Darstellung eines unter Wasser befindlichen Sidescan-Sonars. 6 a schematic representation of a submarine side scan sonar.

In einer ersten Alternative des Unterwasserschallsenders 101, weist ein erster Unterwasserschallsender 101 eine Vielzahl von Keramikfilamenten 105 auf, welche auf einer Trägerschicht 103 angeordnet sind. Die Keramikfilamente 105 bestehen aus Piezokeramiken, welche mit einer Spannung angesteuert eine Raumveränderung durchführen, wodurch einer Wassersäule ein Unterwasserschallsignal aufgeprägt wird. In a first alternative of the underwater sounder 101 , shows a first underwater sounder 101 a variety of ceramic filaments 105 on which on a carrier layer 103 are arranged. The ceramic filaments 105 consist of piezoceramics, which controlled by a voltage perform a change in space, whereby a water column, an underwater sound signal is impressed.

Bei einem einfachen Herstellungsverfahren für den vorliegenden Unterwasserschallsender 101 werden die Keramikfilamente 105 nebeneinander angeordnet und mittels eines Harzes verfüllt. Anschließend wird der Keramikblock ausgehärtet und anschließend mit eingefassten Keramikfilamenten 105 spanend mittels einer Fräse bearbeitet. Durch die Fräse wird eine definierte Oberfläche, beispielsweise eine gewölbte Oberfläche, dem Keramikblock aufgeprägt. In a simple manufacturing process for the present underwater sounder 101 become the ceramic filaments 105 arranged side by side and filled by means of a resin. Subsequently, the ceramic block is cured and then with enclosed ceramic filaments 105 machined by means of a milling cutter. By the cutter, a defined surface, such as a curved surface, the ceramic block is impressed.

Vorliegender erster Unterwasserschallsender 101 wird unterschiedlich eingesetzt. Zum einen werden alle Keramikfilamente 105 gleichzeitig mit Spannung beaufschlagt. Aufgrund der unterschiedlichen Position der Keramikfilamente 105 wird ein Unterwasserschallsignal entsprechend des Oberflächenverlaufs ausgesandt. Present first underwater sounder 101 is used differently. First, all ceramic filaments 105 simultaneously charged with voltage. Due to the different position of the ceramic filaments 105 An underwater sound signal corresponding to the surface course is emitted.

Eine weitere Alternative besteht darin, jedes einzelne Keramikfilament einzeln zu beschalten. Durch entsprechendes früheres oder späteres Beschalten kann eine gewünschte Signalform mit entsprechender gewünschter Signalintensität und oder mit einem winkelabhängigen Laufzeit- und/oder Intensitätsunterschied bereitgestellt werden. Another alternative is to individually connect each individual ceramic filament. By corresponding earlier or later wiring, a desired signal shape with a corresponding desired signal intensity and / or with an angle-dependent transit time and / or intensity difference can be provided.

In einer zweiten Alternative ist ein zweiter Unterwasserschallsender 201 mit ebenen, flachen Keramikplatten 205 ausgestaltet. Die Keramikplatten 205 sind zueinander beabstandet (nicht dargestellt). In a second alternative is a second underwater sounder 201 with flat, flat ceramic plates 205 designed. The ceramic plates 205 are spaced apart from each other (not shown).

Dadurch dass die Keramikplatten 205 von Innen (φ = 0) nach Außen (φ = φmax) beschaltet werden, ergibt sich ein Laufzeitunterschied in Abhängigkeit des Winkels φ, welcher eine gekrümmte Schallwellenform 207 aussendet. Durch einen zeitlich anderen Ablauf der Beschaltung können unterschiedliche Unterwasserschallwellenformen ausgesandt werden. Alternativ oder ergänzend werden die einzelnen Keramikplatten 205 derart beschaltet, dass unterschiedliche Intensitäten in unterschiedliche Richtungen ausgesandt werden. Because of the ceramic plates 205 from inside (φ = 0) to outside (φ = φ max ) are connected, there is a difference in transit time as a function of the angle φ, which is a curved sound waveform 207 sending out. By a different timing of the wiring different underwater sound waveforms can be emitted. Alternatively or in addition, the individual ceramic plates 205 connected so that different intensities are emitted in different directions.

In einer dritten Alternative weist ein dritter Unterwasserschallsender 301 gekrümmte – auf einer Trägerstruktur 303 angeordnete – Piezokeramiken 305 auf. In a third alternative has a third underwater sounder 301 curved - on a support structure 303 arranged - piezoceramics 305 on.

Durch die geometrische Anordnung (Wölbung) wird bei gleichzeitigen Ansteuerungen der Piezokeramiken 305 dem Unterwasserschallsignal ein Laufzeitunterschied aufgeprägt. Alternativ oder ergänzend werden die einzelnen Piezokeramiken 305 derart beschaltet, dass unterschiedliche Intensitäten in unterschiedliche Richtungen ausgesandt werden. Due to the geometric arrangement (curvature) is at simultaneous activations of the piezoceramics 305 the underwater sound signal imprinted a transit time difference. Alternatively or additionally, the individual piezoceramics 305 connected so that different intensities are emitted in different directions.

Wie auch in den vorherigen Beispielen, kann durch zeitversetztes Ansteuern oder durch unterschiedliches Ansteuern ein Laufzeitunterschied und/oder ein Intensitätsunterschied einem Unterwasserschallsignal aufgeprägt werden. As in the previous examples, a time difference and / or an intensity difference can be impressed on an underwater sound signal by time-delayed activation or by different activation.

Jeder der zuvor beschriebenen alternativen Unterwasserschallsender 101, 201, 301 kann in einem Sidescan-Sonar eingesetzt werden. Bei diesem Sidescan-Sonar 411 wird jeweils links 415 und rechts 413 der Meeresboden abgescannt. Each of the alternative underwater sounders described above 101 . 201 . 301 can be used in a side scan sonar. In this side scan sonar 411 will be left 415 and right 413 scanned the seabed.

Um gegenseitiges Stören zu minimieren oder zu vermeiden, weisen die gescannten Flächen 413, 415 einen Abstand 421 auf, wobei die linke Fläche 415 eine Breite 418 und die rechte Fläche 413 eine Breite 417 aufweist. Insgesamt kann der Meeresboden über eine Gesamtbreite 423 und über eine zurückgelegte Strecke 419 abgescannt werden. To minimize or avoid mutual interference, point the scanned surfaces 413 . 415 a distance 421 on, with the left surface 415 a width 418 and the right surface 413 a width 417 having. Overall, the seabed can cover a total width 423 and over a covered distance 419 be scanned.

Dadurch dass das Sidescan-Sonar 411 sich unter Wasser bewegt, kann ein gesamtes „Bild“ der Meeresoberfläche und etwaige darauf befindliche Objekte 641, 643 ermittelt werden. By doing the sidescan sonar 411 moving under water can create a complete "picture" of the sea surface and any objects on it 641 . 643 be determined.

Ein Sidescan-Sonar 611 mit einem der vorherigen Unterwasserschallsender 101, 201, 301 ist unterhalb einer Wasseroberfläche 650 und oberhalb des Meeresbodens angeordnet. Der Abstand 652 zum Meeresboden beträgt 10m, dies kann im flachen Wasser duchaus weniger und im tiefen Wasser mehr sein. A sidescan sonar 611 with one of the previous underwater sounders 101 . 201 . 301 is below a water surface 650 and above the seabed. The distance 652 to the sea bottom is 10m, this can be less in shallow water and more in deep water.

Grundsätzlich erfolgt die Beschaltung wie folgt. Basically, the wiring is as follows.

Es wird der Unterwasserschallsender 101, 201, 301 derart beschaltet, dass das Schallsignal in Richtung der maximal zu scannenden Reichweite Rmax 663 mit maximaler Intensität ausgesandt wird (φ = 0). Mit anwachsendem Winkel φ werden weitere Signale mit jeweils abschwächender Intensität ausgesandt und letztlich erfolgt das Aussenden mit der Minimalintensität bei minimal zu scannenden Reichweite Rmin 661 (φ = φmax). It will be the underwater sounder 101 . 201 . 301 connected in such a way that the sound signal in the direction of the maximum range R max to be scanned 663 with maximum intensity (φ = 0). As the angle φ increases further signals are transmitted, each with attenuating intensity, and finally the emission with the minimum intensity takes place with a minimum range R min to be scanned 661 (φ = φ max ).

Durch Anpassen (in Abhängigkeit von der Höhe 652) der Unterwasserschallsender 101, 201, 301 werden die ausgesandten Signale derart modelliert, dass im Wesentlichen ähnliche Intensitätsstärken der reflektierten Schallsignale am Sidescan-Sonar 611 empfangen werden. By adjusting (depending on the height 652 ) the underwater sounder 101 . 201 . 301 the emitted signals are modeled such that substantially similar intensities of intensity of the reflected sound signals on the sidescan sonar 611 be received.

Dadurch können insbesondere Objekte 641, 643, welche sich im unterschiedlichen Abstand zum Sidescan-Sonar befinden ähnlich gut detektiert werden. This allows objects in particular 641 . 643 , which are located at different distances to the side scan sonar are detected similarly good.

Ein typischer Intensitätsverlauf in Abhängigkeit von der Detektionsrichtung ist in 5 dargestellt. Der Bereich 531 entspricht dabei der Oberfläche und der Bereich 533 ist der Verlauf des Unterwassersignals. A typical intensity curve as a function of the detection direction is in 5 shown. The area 531 corresponds to the surface and the area 533 is the course of the underwater signal.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

101 101
erster Unterwasserschallsender first underwater sounder
103 103
Trägerschicht backing
105 105
Keramikfilament Keramikfilament
201 201
zweiter Unterwasserschallsender second underwater sounder
203 203
Trägerschicht backing
205 205
ebene Piezoelemente planar piezo elements
207 207
Signalfront signal front
301 301
dritter Unterwasserschallsender third underwater sounder
303 303
Trägerschicht backing
305 305
gekrümmte Piezoelement curved piezo element
411 411
Side Scan Sonar Side scan sonar
413 413
rechte Scanfläche right scanning surface
415 415
linke Scanfläche left scan area
417 417
Scanweite R Scan width R
418 418
Scanweite R Scan width R
419 419
Scanbreite scan width
421 421
Scanlücke scan gap
423 423
Scanausdehnung scan expansion
531 531
Oberfläche surface
533 533
Unterwassersignal Underwater signal
611 611
Side Scan Sonar Side scan sonar
641 641
erster Gegenstand first object
643 643
zweiter Gegenstand second item
650 650
Wasseroberfläche water surface
652 652
vertikaler Bodenabstand vertical ground clearance
661 661
erste Schallregelbegrenzung first sound control limit
662 662
zweite Schallregelbegrenzung second sound control limit

Claims (14)

Unterwasserschallsignal 207, welches einen ersten Laufzeitunterschied und/oder einen ersten Intensitätsunterschied entlang eines ersten Abstrahlwinkels (φ) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Laufzeitunterschied und/oder der erste Intensitätsunterschied dem Unterwasserschallsignal aufgeprägt ist und dieses Aufprägen insbesondere bei einem Senden oder einem Empfangen erfolgt. Underwater sound signal 207 which has a first transit time difference and / or a first intensity difference along a first emission angle (φ), characterized in that the first transit time difference and / or the first intensity difference is impressed on the underwater sound signal and this imprinting takes place in particular during a transmission or reception. Unterwasserschallsignal nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Unterwasserschallsignal einen zweiten Laufzeitunterschied und/oder einen zweiten Intensitätsunterschied entlang eines zweiten Abstrahlwinkels aufweist, wobei der erste Winkel und der zweite Winkel nicht parallel zueinander sind, sodass der erste Linienwinkel und der zweite Linienwinkel einen Raumwinkel bilden, wobei der zweite Laufzeitunterschied und/oder der zweite Intensitätsunterschied dem Unterwasserschallsignal aufgeprägt ist und dieses Aufprägen insbesondere bei dem Senden oder dem Empfangen erfolgt. Underwater sound signal according to claim 1, characterized in that the underwater sound signal has a second transit time difference and / or a second intensity difference along a second radiation angle, wherein the first angle and the second angle are not parallel to each other, so that the first line angle and the second line angle form a solid angle , Wherein the second transit time difference and / or the second intensity difference is impressed on the underwater sound signal and this imprinting takes place in particular during the transmission or the reception. Unterwasserschallsignal nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass einer der Abstrahlwinkel einen Winkelwert zwischen 0° und 360°, insbesondere zwischen 0° und 180° oder zwischen 0° und 90° oder zwischen 10° und 80°, aufweist. Underwater sound signal according to one of the preceding claims, characterized in that one of the emission angle has an angle value between 0 ° and 360 °, in particular between 0 ° and 180 ° or between 0 ° and 90 ° or between 10 ° and 80 °. Unterwasserschallsignal nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Aufprägen des Laufzeitunterschieds und/oder das Aufprägen des Intensitätsunterschiedes mittels eines Dämpfungselements und/oder mittels einer Sender- und/oder Empfangsgeometrie und/oder mittels einer elektronischen Schaltung erfolgt. Underwater sound signal according to one of the preceding claims, characterized in that the imprinting of the transit time difference and / or the imprinting of the intensity difference by means of a damping element and / or by means of a transmitter and / or receiving geometry and / or by means of an electronic circuit. Unterwassersender oder -empfänger, welcher ein Unterwasserschallsignal nach einem der vorherigen Ansprüche aussendet oder empfängt. An underwater transmitter or receiver which transmits or receives an underwater sound signal according to any one of the preceding claims. Unterwassersender oder -empfänger, dadurch gekennzeichnet, dass der Unterwassersender oder -empfänger derart eingerichtet ist, dass der Unterwassersender oder -empfänger einem Unterwassersignal aktiv und/oder passiv einen ersten Laufzeitunterschied und/oder einen ersten Intensitätsunterschied entlang eines ersten Abstrahlwinkels und/oder dass der Unterwassersender oder -empfänger dem Unterwassersignal aktiv und/oder oder passiv einen zweiten Laufzeitunterschied und/oder einen zweiten Intensitätsunterschied entlang eines zweiten Abstrahlwinkels aufprägt. Underwater transmitter or receiver, characterized in that the underwater transmitter or receiver is arranged such that the underwater transmitter or receiver an underwater signal active and / or passive a first time difference and / or a first intensity difference along a first radiation angle and / or that the underwater transmitter or receiver actively and / or passively impress a second transit time difference and / or a second intensity difference along a second radiation angle to the underwater signal. Unterwassersender (101, 201, 301) oder -empfänger nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Unterwassersender zwei oder mehr Subsender (105, 205, 305) und/oder der Unterwasserempfänger zwei oder mehr Subempfänger aufweist. Underwater transmitter ( 101 . 201 . 301 ) or receiver according to claim 6, characterized in that the underwater transmitter has two or more subsenders ( 105 . 205 . 305 ) and / or the underwater receiver has two or more sub-receivers. Unterwassersender oder -empfänger nach einem der Ansprüche 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass das aktive Aufprägen elektronisch erfolgt. Underwater transmitter or receiver according to one of claims 6 or 7, characterized in that the active impingement is carried out electronically. Unterwassersender oder -empfänger nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das passive Aufprägen durch eine geometrische Anordnung des Unterwassersenders und/oder durch eine geometrische Anordnung des Unterwasserempfängers und/oder durch ein Dämpfungselement erfolgt. Underwater transmitter or receiver according to one of claims 6 to 8, characterized in that the passive impingement is effected by a geometric arrangement of the underwater transmitter and / or by a geometric arrangement of the underwater receiver and / or by a damping element. Unterwassersonar, welches einen Unterwassersender und/oder einen Unterwasserempfänger nach einem der Ansprüche 5 bis 9 aufweist. Underwater sonar comprising an underwater transmitter and / or an underwater receiver according to any one of claims 5 to 9. Unterwasserfahrzeug (441, 611), welches einen Unterwassersender und/oder einen Unterwasserempfänger nach einem der Ansprüche 5 bis 9 und/oder Unterwassersonar nach Anspruch 10 aufweist. Underwater vehicle ( 441 . 611 ) comprising an underwater transmitter and / or an underwater receiver according to any one of claims 5 to 9 and / or underwater sonar according to claim 10. Wasserfahrzeug, welches einen Unterwassersender und/oder einen Unterwasserempfänger nach einem der Ansprüche 5 bis 9 und/oder Unterwassersonar nach Anspruch 10 und/oder ein Unterwasserfahrzeug nach Anspruch 11 aufweist. A watercraft comprising an underwater transmitter and / or an underwater receiver according to any one of claims 5 to 9 and / or underwater sonar according to claim 10 and / or an underwater vehicle according to claim 11. Nachrüstsatz zum Nachrüsten eines Sonars, wobei der Nachrüstsatz einem vom Sonar ausgesandten oder empfangenen Unterwasserschallsignal einen ersten Laufzeitunterschied und/oder einen ersten Intensitätsunterschied entlang eines ersten Abstrahlwinkels und/oder dass der Unterwassersender oder -empfänger dem Unterwassersignal einen zweiten Laufzeitunterschied und/oder einen zweiten Intensitätsunterschied entlang eines zweiten Abstrahlwinkels aufgeprägt, wobei dieses Aufprägen insbesondere bei einem Senden oder einem Empfangen erfolgt. Retrofit kit for retrofitting a sonar, wherein the retrofit kit a sonar transmitted or received underwater sound signal a first time difference and / or a first intensity difference along a first radiation angle and / or that the underwater transmitter or receiver the submarine signal a second transit time difference and / or a second intensity difference along impressed on a second radiation angle, wherein this impressing takes place in particular during a transmission or a reception. Nachrüstsatz nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Nachrüstsatz passiv und/oder aktiv ausgestaltet ist. Retrofit kit according to claim 13, characterized in that the retrofit kit is designed passive and / or active.
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