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Die Erfindung betrifft eine Koppelvorrichtung zum Ab- und anschließendem Wiederankoppeln eines unbekannten Unterwasserfahrzeugs mit einer datentransferierenden und energietransferierenden Schleppseilaufnahme und einer datentransferierenden und energietransferierenden Unterwasserfahrzeugaufnahme und ein Koppelsystem mit einer gattungsgemäßen Koppelvorrichtung und einem Unterwasserfahrzeug, wobei das Unterwasserfahrzeug den ergänzenden Teil eines Unterwasserpositionierungssystems, den ergänzenden Teil der Koppeleinrichtung und ein Sonar aufweist und das Unterwasserfahrzeug mittels der gesamten Koppeleinrichtung an der Koppelvorrichtung angebracht ist, ein Schleppsystem mit einem gattungsgemäßen Koppelsystem und einem Schleppfahrzeug sowie ein Verfahren zum Ab- und Ankoppeln eines unbemannten Unterwasserfahrzeug von einem gattungsgemäßen Schleppsystem.
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Aus dem Stand der Technik sind Schleppsonare bekannt. Diese Schleppsonare werden zum Beispiel hinter einem Schiff gezogen und zeichnen insbesondere tiefe Unterwasserschallfrequenzen auf. Insbesondere können so weit entfernt liegende Objekte wie beispielsweise versteckte U-Boote erkannt werden.
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Weiterhin sind ROV`s (remotely operated vehicles) bekannt. Diese ROV´s werden durch einen Bediener gesteuert und dienen der lokalen Aufklärung. Entscheidend bei den ROV`s ist, dass sie während der gesamten Mission über ein Kabel beispielsweise mit einem Schiff verbunden sind. Das gewährleistet, dass die ROV`s so zum einen mit Energie versorgt werden und zum anderen, dass durch vom ROV aufgezeichnete Daten an das Schiff übertragbar sind.
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Zudem gibt es AUV`s (autonomuous underwater vehicle), welche autonom Missionen durchführen können. Nach Abschluss einer Mission steigen diese AUV`s im Normalfall an die Wasseroberfläche und werden beispielsweise an Bord eines Schiffes verbracht, um anschließend die Daten auszulesen, welche während der Mission aufgezeichnet wurden.
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Jede dieser Einsatzarten weist für sich typische Nachteile auf. So sind Schleppsonare im Allgemeinen nicht manövrierfähig, um gegebenenfalls besonders interessante Strukturen aufzuklären.
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Bei ROV`s muss beispielsweise das Schiff, an dem das ROV angeschlossen ist und auf dem sich der Bediener befindet seine Fahrt stoppen, um interessante Strukturen lokal aufklären zu können.
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Zwar kann beim Einsatz eines AUV´s das Schiff seine Mission unabhängig vom AUV fortsetzen, jedoch bedarf es hoher Aufwände das AUV an Bord zu hieven, die Daten auszuwerten und anschließend wieder das AUV einsatzfähig zu machen.
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Aufgabe der Erfindung ist es den Stand der Technik zu verbessern.
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Gelöst wird die Aufgabe durch eine Koppelvorrichtung zum Ab- und anschließendem Wiederankoppeln eines unbemannten Unterwasserfahrzeuges mit einer datentransferierenden und energietransferierenden Schleppseilaufnahme und einer datentransferierenden und energietransferierenden Unterwasserfahrzeugaufnahme, wobei die Koppelvorrichtung einen Teil einer Koppeleinrichtung und einen Teil eines Unterwasserpositionierungssystem aufweist.
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Somit kann eine Koppelvorrichtung bereitgestellt werden, welche zum einen schleppbar ist und zum anderen unter Wasser an dem unbemannten Unterwasserfahrzeug ab- und anschließend wiederankoppelbar ist. Zudem muss in diesem Fall ein unbemanntes Unterwasserfahrzeug nicht an die Oberfläche gelangen und dort separat aufgenommen werden, sondern das unbemannte Unterwasserfahrzeug kann autonom nach dem Durchführen einer Mission sich an die Koppelvorrichtung ankoppeln und die aufgezeichneten Daten übermitteln und gleichzeitig Energie für Akkumulatoren über die Koppelvorrichtung geleitet beziehen.
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Insbesondere kann die Zeit bis zum Wiedereinsatzes des AUV´s deutlich verringert werden und teilweise kann das schleppende Fahrzeug Teile seiner Mission weiter durchführen, um anschließend während der Fahrt des Schleppfahrzeugs das unbemannte Unterwasserfahrzeug wieder aufzunehmen.
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Folgendes Begriffliche sei erläutert:
Unter „Abkoppeln“ ist ein Vorgang zu verstehen, bei dem ein unbemanntes Unterwasserfahrzeug sich derart löst, dass dieses in Bezug auf die eigentliche Koppelvorrichtung ungehindert und somit autonom seine Missionen durchführen kann.
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Unter „Wiederankoppeln“ ist zu verstehen, dass unter Wasser autonom das unbemannte Unterwasserfahrzeug einen Kontakt mit der Koppelvorrichtung durchführt, um anschließend Daten an die Koppelvorrichtung zu übertragen. Insbesondere ist ein Wiederankoppeln dann gegeben, wenn eine geschleppte Koppelvorrichtung das unbemannte Unterwasserfahrzeug (wieder) mitschleppt.
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Beim „Transfer von Daten“ können beispielsweise von einem Fahrzeug über ein Schleppseil Missionsdaten für das unbemannte Unterwasserfahrzeug über die Koppelvorrichtung an das unbemannte Unterwasserfahrzeug geleitet werden. Auch Steuerungsbefehle zum Lösen einer Arretierung und somit zum Realisieren des Abkoppelns können an die Koppelvorrichtung gesandt werden.
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Umgekehrt können insbesondere bei einem angekoppelten Unterwasserfahrzeug Daten des Unterwasserfahrzeugs über die Koppelvorrichtung und dem Schleppseil an das Schleppfahrzeug übermittelt werden. Diese Daten umfassen insbesondere Sonardaten, welche durch das unbemannte Unterwasserfahrzeug gewonnen werden.
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Beim „Transferieren von Energie“ wird insbesondere elektrische Energie über die Koppelvorrichtung an das unbemannte Unterwasserfahrzeug übertragen. Somit können in dem Unterwasserfahrzeug befindliche Akkumulatoren geladen werden. Umgekehrt kann selbstverständlich auch das Unterwasserfahrzeug zur Not Energie an das schleppende Fahrzeug übertragen, sodass beispielsweise in Notfällen das Betreiben elektrischer Geräte an Bord des Schleppfahrzeugs gewährleistet werden kann.
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Die „unbemannten Unterwasserfahrzeuge“ umfassen insbesondere ROV´s, AUV´s und/oder Torpedos. Auch ein Behälter mit einem Sonar ist von dem unbemannten Unterwasserfahrzeug mit umfasst. Ein eigener Antrieb des Unterwasserfahrzeugs ist nicht zwingend.
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Eine „Schleppseilaufnahme“ dient dem Anbringen eines Schleppseils. Insbesondere ist die mechanische Verbindung umfasst. Zusätzlich ist zwingend, dass der datenaustauschende und der energietransferierende Bestandteil ebenfalls realisiert werden kann. So kann die mechanische Verbindung durch einen an dem Schleppseil befindlichen Karabinerhaken und einer angebrachten Öse, welche dann als mechanische Schleppseilaufnahme fungiert, realisiert werden. Die dateitransferierende und energietransferierende Verbindung kann direkt durch die Koppelvorrichtung durchgeschleust werden oder mittels einer zuggesicherten Stecker-Buchsen-Lösung realisiert werden.
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Die „Koppeleinrichtung“ ist der koppelvorrichtungsseitige Verbindungsteil der Koppelvorrichtung an das unbemannte Unterwasserfahrzeug. Die Koppeleinrichtung kann sowohl dem Ab- als auch dem anschließendem wieder Ankoppeln dienen.
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Auch hier ist sowohl eine mechanische steuerbar lösbare und wieder arretierbare Verbindung als auch eine energietrasferierende und datentransferierende Verbindung realisierbar. Die daten- und energietransferierende Übertragung kann dabei wiederrum mittels (zugentlasteter) Stecker und Buchse erfolgen. Die Daten und/oder die Energie können berührungslos mittels Induktion bei der Energie und mittels opto-elektronischer Übertragung transferiert werden.
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Das „Unterwasserpositionierungssystem“ ist insbesondere ein Ultra-Short-Baseline-System. Dieses Ultra- Short-Baseline-System (USBL) ist ein Unterwassernavigationssystem, welches insbesondere auf Laufzeiten von Wasserschall zwischen einem Objekt (entweder die Koppelvorrichtung oder das unbemannte Unterwasserfahrzeug) und mehreren Bezugspunkten (mehrere Sender-Empfänger- Einheiten) basiert. USBL-Systeme werden benutzt um die Position von Objekten oder Geräten unter Wasser zu bestimmen. Bekannt sind derartige Systeme insbesondere an Bord eines Schiffes bei dem mehrere Hydrophone zum Empfangen installiert sind. Das Objekt unter Wasser, dessen Position bestimmt werden soll, verfügt ebenfalls über ein Hydrophon. Mit diesem wird ein akustisches Signal ausgesandt, welches dann von mehreren Hydrophonen analysiert wird und die einzelnen Laufzeitunterschiede bestimmt werden. Anhand der Schallgeschwindigkeiten kann dann eine Entfernung zu dem Objekt beispielsweise aus den absoluten Lauzeiten ermittelt werden.
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Sofern absolute Laufzeiten verwendet werden, weisen die Koppelvorrichtung und das unbemannte Unterwasserfahrzeug synchronisierte Uhren auf. Aufgrund der Zeitunterschiede, mit denen das Signal die einzelnen Hydrophone erreicht, erlaubt die Bestimmung der Einfallsrichtung der Schallwellen in Bezug auf die mehreren Hydrophone.
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Zudem können Inertialsensoren vorgesehen sein, welche aufgeprägte Bewegungen beispielsweise durch Stampfen und Rollen eines Schiffes (elektronisch) kompensieren können.
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In einem weiteren Aspekt der Erfindung wird die Aufgabe gelöst durch ein Koppelsystem mit einer zuvor beschriebenen Koppelvorrichtung und einem Unterwasserfahrzeug, wobei das unbemannte Unterwasserfahrzeug den ergänzenden Teil des Unterwasserpositionierungssystems, den ergänzenden Teil der Koppeleinrichtung und ein Sonar aufweist und das Unterwasserfahrzeug mittels der gesamten Koppeleinrichtung an der Koppelvorrichtung angebracht ist, wobei das Sonar datenaustauschend und energieempfangend über die Unterwasserfahrzeugaufnahme mit der Koppelvorrichtung verbunden ist.
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Somit kann ein Koppelsystem bereitgestellt werden, welches ein unbemanntes Unterwasserfahrzeug abkoppeln kann, welches dann wiederrum an einem anderen Ort Sonardaten aufzeichnen kann und anschließend im wieder angekoppelten Zustand diese Sonardaten überspielen kann.
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Mit dem „ergänzenden Teil des Unterwasserpositionierungssystems“, welches unterwasserfahrzeugseitig angeordnet ist, wird in Verbindung mit dem Teil des Unterwasserpositionierungssystems, welches koppelvorrichtungsseitig angeordnet ist, ein Gesamtunterwasserpositionierungssystem realisiert.
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Mit dem „ergänzenden Teil der Koppeleinrichtung“, welcher unterwasserfahrzeugseitig angeordnet ist, kann mit dem Teil der koppelvorrichtungsseitig angeordneten Koppeleinrichtung eine Gesamtkoppeleinrichtung realisiert werden, welche die Koppelvorrichtung mit dem Unterwasserfahrzeugsystem mechanisch und/oder energieaustauschend und/oder datenaustauschend verbindbar ist.
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Das „Sonar“ umfasst Side-Scan-Sonare, Bugsonare, Hecksonare, Synthetik-Apertur-Sonare oder auch ein weiteres eigenes Schleppsonar.
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In einer weiteren Ausführungsform weist die Koppelvorrichtung weitere Unterwasserfahrzeugaufnahmen und/oder einen eigenen Antrieb auf.
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Somit können mehrere auch unterschiedliche Unterwasserfahrzeuge an die Koppelvorrichtung angeordnet werden. Auch im Falle, dass eine Koppeleinrichtung defekt ist, kann eine Koppeleinrichtung einer der anderen Unterwasserfahrzeugaufnahmen das unbemannte Unterwasserfahrzeug ankoppeln.
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Durch den eigenen Antrieb der Koppelvorrichtung kann beispielsweise auf den Antrieb des unbemannten Unterwasserfahrzeugs verzichtet werden und/oder das Wiederankoppeln beschleunigt werden. Auch kann im Falle, dass das unbemannte Unterwasserfahrzeug einen Antriebsausfall oder einen Energieausfall hat, das unbemannte Unterwasserfahrzeug wieder aufgefunden und angekoppelt werden.
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An dieser Stelle sei angemerkt, dass Merkmale die sich über den gesamten vorliegenden Text hinweg auf die Koppelvorrichtung beziehen auch alleinig mit der Koppelvorrichtung offenbart sind, auch wenn diese vorliegend lediglich im Zusammenhang mit dem Koppelsystem beschrieben werden.
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Um parallel oder seriell mehrere Aufklärungsmissionen durch unbemannte Unterwasserfahrzeuge durchführen zu lassen, können an den weiteren Unterwasserfahrzeugaufnahmen weitere unbemannte Unterwasserfahrzeuge angeordnet sein.
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Insbesondere kann ein unbemanntes Unterwasserfahrzeug ein AUV sein, welches beispielsweise Minen oder bewegliche Objekte detektiert und das weitere Unterwasserfahrzeug ein Torpedo sein, welches diese Mine oder das bewegliche Objekt zerstört.
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In einer weiteren Ausführungsform weist die Koppelvorrichtung und/oder eines der Unterwasserfahrzeuge einen hydrodynamischen Depressor auf.
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Somit können das Koppelsystem und/oder die Koppelvorrichtung und/oder das Unterwasserfahrzeug durch das Schleppen oder durch den eigenen Antrieb in eine bestimmte Unterwassertiefe verbracht werden. Durch die Kenntnis der Wassertiefe beispielsweise der Koppelvorrichtung kann das unbemannte Unterwasserfahrzeug schneller die Koppelvorrichtung auffinden, um an dieser anzukoppeln.
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In einer einfachen Ausgestaltung ist der „hydrodynamische Depressor“ ein Flügel(paar) mit einem festen Anstellwinkel. Durch die beim Schleppen entstehenden Strömungen an dem Flügel wird ein Auf- oder ein Abtrieb bewirkt wodurch eine definierte Wassertiefe einstellbar ist.
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Um bei gleicher Schleppgeschwindigkeit unterschiedliche Wassertiefen zu realisieren, können die Koppelvorrichtung und/oder eines der unbemannten Unterwasserfahrzeuge ein steuerbares oder regelbares Depressorstellglied aufweisen.
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In dieser Ausführungsform ist insbesondere ein Flügel(paar) beweglich eingestellt, sodass beispielsweise durch ein Verdrehen des Flügel(paar)s sich unterschiedliche Anstellwinkel ausbilden, welche wiederrum zu einem Verlassen der aktuellen Höhen-oder der Tiefenposition führt. Das regelbare „Depressorstellglied“ umfasst insbesondere ein Steuergerät, welches die Regelungseinheit und einen Aktuator aufweist, welcher das Positionieren des hydrodynamischen Depressors auf Basis der durch das Steuergerät ermittelten Steuersignale einstellt.
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In einer weiteren Ausführungsform ist das Unterwasserpositionierungssystem als ein Ultra-Short- Baseline-System ausgestaltet. Somit können bekannte Ultra- Short-Baseline-Systeme als Unterwasserpositionierungssysteme verwendet werden.
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An dieser Stelle sei angemerkt, dass selbstverständlich die Unterwasserpositionierungssysteme auch optische Systeme umfassen können und hier beispielsweise durch einen Laser und entsprechend auf der anderen Seite angeordneten Reflektoren realisiert werden kann. Auch beispielsweise zwei voneinander beabstandete Kameras können ein 3D-Bild erzeugen, anhand dessen ein Navigieren von Koppelvorrichtung und unbemannten Unterwasserfahrzeug derart möglich ist, dass diese zueinander ankoppeln können.
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Um das unbemannte Unterwasserfahrzeug fest mit der Koppelvorrichtung zu verbinden, kann die Koppeleinrichtung eine steuerbare und/oder regelbare Arretiereinrichtung aufweisen.
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In einer einfachen Ausgestaltung ist die Arretiereinrichtung ein linearmotorgesteuerter Bolzen, welcher koppelvorrichtungsseitig angeordnet ist und der in eine entsprechende Aufnahme des Unterwasserfahrzeugs eingreift.
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In einer weiteren Ausgestaltung weist das Koppelsystem ein datentransferierendes und/oder energietransferierendes Schleppseil auf, welches an der datentransferierenden und/oder energietransferierenden Schleppseilaufnahme der Koppelvorrichtung angeordnet ist, sodass Sonardaten von einem der unbemannten Unterwasserfahrzeuge über die Koppelvorrichtung und das Schleppseil übertragbar sind und/oder Energie über das Schleppseil und die Koppelvorrichtung an eines der unbemannten Unterwasserfahrzeuge übertragbar ist.
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Das „Schleppseil“ ist insbesondere ein modifiziertes ROV-Kabel welches derart ausgelegt ist, dass Zugkräfte an die Koppelvorrichtung mit angehängtem unbemannten Unterwasserfahrzeug übertragbar ist. Zugleich werden insbesondere über das Schleppseil Daten und/oder Energie ausgetauscht. Somit kann das Schleppseil sowohl ein Stahlseil zum eigentlichen Schleppen, ein Glasfaserkabel für die Datenübertragung und ein Koaxialkabel für die Energieübertragung aufweisen.
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Somit kann das Koppelsystem über das Schleppseil unter Wasser geschleppt werden und es kann die Koppelvorrichtung aufgrund der Depressoren beim Schleppen eine bestimmte Wassertiefe einnehmen. Dabei kann über das System von Schleppseil, Koppelvorrichtung und unbemanntem Wasserfahrzeug Energie über das Kabel, die Koppelvorrichtung mit dem unbemannten Wasserfahrzeug ausgetauscht werden. Das gleiche gilt für Daten.
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Um in das Koppelsystem aufgeprägte Bewegungen zu verhindern, wie sie beispielsweise durch Stampfen und Rollen eines Schiffes, welches das Koppelsystem über das Schleppseil schleppt, entstehen, kann die Koppelvorrichtung und/oder eines der unbemannten Unterwasserfahrzeuge eine Stabilitätsregelung aufweisen, welche dem Koppelsystem aufgeprägte Bewegungen mittels des hydrodynamischen Depressors und dem Depressorstellglied kompensiert.
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Zusätzlich oder alternativ kann das Kompensieren aufgrund des Antriebes des Unterwasserfahrzeugs und/oder der Koppelvorrichtung erfolgen.
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Insbesondere können Beschleunigungssensoren in dem Schleppseil und/oder in der Koppelvorrichtung und/oder im unbemannten Unterwasserfahrzeug angeordnet sein, welche aufgeprägte Schwingungen detektieren. Anhand der detektierten Schwingungen kann mittels des dem Steuergerät aufgeprägte Regelalgorithmus ein Stellsignal ermittelt und an das Depressorstellglied übermitteln werden. Das Depressorstellglied stellt dabei den Depressor so ein, dass im Wesentlichen das Koppelsystem und/oder die Koppelvorrichtung und/oder das Unterwasserfahrzeug im Wesentlichen in einer Meerestiefe oder Seetiefe gehalten wird.
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In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird die Aufgabe gelöst durch ein Schleppsystem mit einem zuvor beschriebenem Koppelsystem und einem Schleppfahrzeug, insbesondere einem bemannten oder unbemannten Schiff oder U-Boot oder einem Hubschrauber, wobei das Koppelsystem mittels des Schleppseils an dem Schleppfahrzeug, insbesondere datentransferierend oder energietransferierend angeordnet ist.
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Somit kann ein einsatzfähiges Gesamtsystem bereitgestellt werden, mit dem zügig ein bestimmtes Seegebiet aufgeklärt werden kann. Insbesondere kann das Schleppfahrzeug die Sonardaten des geschleppten unbemannten Unterwasserfahrzeuges nutzen ohne ein eigenes Sonar aufzuweisen. So kann zum Beispiel ein Hubschrauber Sonardaten ermitteln.
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Somit muss das Schleppfahrzeug gerade nicht mit einem teuren Sonar ausgestattet werden und es können Kosten gespart werden.
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Auch können extrem spannende militärische Szenarien realisiert werden. So kann ein Hubschrauber oder ein Flugzeug das Koppelsystem über das Schleppseil unter Wasser ziehen. Das an der Koppelvorrichtung angeordnete Sonar und/oder an dem unbemannten Wasserfahrzeug angeordnete Sonar kann dabei militärische Ziele aufklären. Für den Fall, dass alternativ oder zusätzlich ein Torpedo geschleppt wird, kann das geschleppte Sonar das militärische Ziel detektieren. Anschließend kann an Bord des Fahrzeuges die Entscheidung getroffen werden, ein Torpedo abzukoppeln und mit dem verbliebenen Unterwasserfahrzeug oder Sonar weiterhin das Seegebiet aufgeklärt werden.
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In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird die Aufgabe gelöst durch ein Verfahren zum Ab- und Abkoppeln eines unbemannten Unterwasserfahrzeugs von einem zuvor benanntem Schleppsystem, wobei sich bei einem Schleppen die Koppelvorrichtung und das unbemannte Unterwasserfahrzeug unter einer Wasseroberfläche befinden und das Verfahren folgende Schritte umfasst:
- – Abkoppeln des unbemannten Unterwasserfahrzeugs,
- – anschließendes Durchführen einer Mission durch das abgekoppelte unbemannte Unterwasserfahrzeug und
- – anschließendes Ankoppeln des unbemannten Unterwasserfahrzeugs an die Koppelvorrichtung.
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Somit können völlig neuartige Missionen durch das unbemannte Unterwasserfahrzeug realisiert werden und während der Fahrt de Schleppfahrzeugs das Unterwasserfahrzeug wieder angekoppelt werden.
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Beispielsweise kann das unbemannte Unterwasserfahrzeug nach einem Aufspüren eines interessanten Objekts durch das an dem Unterwasserfahrzeug befindliche Sonar zur näheren Aufklärung abgekoppelt werden. Sobald die Aufklärung des Ziels erfolgt ist koppelt sich das unbemannte Unterwasserfahrzeug wieder an die Koppelvorrichtung an und überträgt die während der Mission gewonnenen Daten an das Schleppfahrzeug.
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In einer diesbezüglichen Ausgestaltung können nach dem Ankoppeln durch das unbemannte Unterwasserfahrzeug aufgezeichnete Daten an das Schleppfahrzeug übermittelt werden.
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So muss nicht erst das unbemannte Wasserfahrzeug an die Oberfläche auftauchen, um Daten effektiv und schnell zu übertragen, sondern kann dies unter Wasser erfolgen, sodass anschließend zeitnah neue Missionen erfüllt werden können.
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Um die Koppelvorrichtung möglichst schnell und autonom auffinden zu können, bestimmt das abgekoppelte Unterwasserfahrzeug mittels seines an Bord befindlichen Sonars die Position der Koppelvorrichtung. Für größere Entfernungen kann eine Trajektorie anhand von Positionsdaten, welche mit Hilfe von akustischen Unterwassermodems ausgetauscht werden, ermittelt werden und im Nahbereich (einige 10 m zwischen Koppelvorrichtung und Unterwasserfahrzeug) wird das Sonar eingestzt.
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Dadurch erfolgt bereits eine Groborientierung und ein Verkürzen des Abstands zwischen Unterwasserfahrzeug und Koppelvorrichtung kann erfolgen. Sobald dann das Unterwasserfahrzeug sich in hinreichender Nähe der Koppelvorrichtung befindet, kann das Unterwasserpositionierungssystem zum eigentlichen Ankoppeln verwendet werden.
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Um das Ankoppeln noch weiter zu beschleunigen, kann die Koppelvorrichtung eine definierte Tiefen- oder Höhenposition mittels des hydrodynamischen Depressors einhalten. Somit kann das eigentliche dreidimensionale Ankoppeln auf einen zweidimensionalen Vorgang reduziert werden. Dies kann sowohl die Geschwindigkeit des Ankoppelns als auch die Erfolgsrate des Ankoppelns erhöhen.
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Im Weiteren wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen erläutert. Es zeigen
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1 eine stark schematische Darstellung einer mittels an einem Schleppseil angeordneten Koppelvorrichtung und an der Koppelvorrichtung angeordneten Unterwasserfahrzeugs in einem Schleppvorgang (1a) einem An- (1c) und in einem Abkoppelvorgang (1b),
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2 eine stark schematische Darstellung eines Koppelsystems und
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3 eine stark schematische Darstellung einer Unterwasserfahrzeugaufnahme.
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Ein Koppelsystem umfasst eine Koppelvorrichtung 105 an die ein Schleppseil 107 angeflanscht ist. Zudem ist an der Koppelvorrichtung 105 ein AUV 103 angekoppelt.
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In dem Schleppseil ist ein Stahlseil angeordnet, welches zugentlastend mit der Koppelvorrichtung verbunden ist. Zusätzlich umfasst das Schleppseil 107 ein Glasfaserkabel zum bidirektionalen Datenaustausch und ein Koaxialkabel zum Austausch elektrischer Energie mittels Wechselspannung. Sowohl das Koaxialkabel als auch das Glasfaserkabel werden innerhalb der Koppelvorrichtung mittels des Kabels 223 an einem verfahrbaren Stecker 361 weitergeleitet.
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Weiterhin weist die Koppelvorrichtung ein dichtes Koppelvorrichtungsgehäuse 225 und einen verstellbaren Depressor 221 auf. Über Stellmotoren kann der Depressor gedreht werden, sodass sich unterschiedliche Anströmwinkel für den Depressor 221 ergeben. Weiterhin weist die Koppelvorrichtung ein zentrales Hydrophon 227 und vier an einem Koppeltrichter 229 jeweils an dessen Ecken befindliche weitere Hydrophone 363 auf.
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Der der Koppelvorrichtung 105 zugeordnete Koppeltrichter 229 weist zudem angeordnete Koppelstellglieder 231 mit zugehörigen verstellbaren Koppelbolzen 233 auf. Sowohl das Koppelstellglied 231 als auch die Koppelbolzen 233 werden über die Koppelvorrichtung 105 mit Stelldaten und Energie versorgt.
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Das AUV 103, welches an die Koppelvorrichtung 105 angekoppelt ist weist einen Propeller 243, einen AUV- Depressor 245, ein Side-Scan-Sonar 247 und ein AUV-Gehäuse 241 auf.
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In dem AUV-Gehäuse 241 sind Bolzenaufnahmen 249 angeordnet, in die die Koppelbolzen 233 eingefahren sind. Über die Koppelbolzen 233 und die Bolzenaufnahme 249 ist das AUV 103 fest mit der Koppelvorrichtung 105 verbunden. Zudem weist das AUV 103 eine Buchse (nicht dargestellt) auf, welche beim Verfahren des Steckers 361 einen energieaustauschenden und datenaustauschenden Kontakt realisiert.
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Im Weiteren wird der Einsatz dieses Systems dargelegt.
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An einem Hubschrauber 101 ist das Schleppseil 107 mit angeflanschter Kabelvorrichtung und angekoppelten AUV 103 angebracht. Der Hubschrauber 101 hat sowohl das AUV 103 als auch die Koppelvorrichtung 105 in das Wasser abgeworfen und schleppt über das Schleppseil 107 die Koppelvorrichtung 105 mit angekoppeltem AUV 103.
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Durch die Depressoren 221 und 245 werden die Koppelvorrichtung 105 und das AUV 103 durch Schleppen in eine bestimmte Tiefe verbracht.
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Während des Schleppvorgangs zeichnet das Side-Scan-Sonar 247 Sonarbilder unterhalb der Meeresoberfläche 109 auf. Der auf dem Hubschrauber 101 befindliche Operator gibt das Signal zum Entkoppeln ab, sobald ein interessantes Unterwasserobjekt durch das Side-Scan-Sonar 247 des AUV´s 103 aufgezeichnet wurde.
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Sobald der Abkoppelbefehl an die Koppelvorrichtung 105 und an das AUV 103 weitergegeben wurde, wird der Stecker 361 seitens der Koppelvorrichtung 105 zurückgezogen und es werden die Koppelbolzen 233 eingezogen. Parallel wird das nun freigewordene AUV 103 seinen Antrieb (243) in Gang setzen und das zuvor von dem Operator vorgegebene Gebiet näher analysiert.
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Währenddessen fliegt der Hubschrauber 101 weiter. Nach einer gewissen Zeit kehrt der Hubschrauber 101 wieder in das Seegebiet mit geschleppter Koppelvorrichtung 105 zurück.
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Das Side-Scan-Sonar des AUV´s ermittelt mittels automatischer Bilderkennung die Koppelvorrichtung 105 und steuert auf diese zu. Die Koppelvorrichtung 105 stellt ihre Depressoren 221 derart ein, dass bei einer geringeren Schleppgeschwindigkeit als der Antriebsgeschwindigkeit des AUV´s 103 eine definierte Tiefe eingehalten wird. Das AUV 103 steigt auf die Meerestiefe herab, in welcher sich die Koppelvorrichtung 105 befindet. Weiterhin verringert das AUV 103 den Abstand zur Koppelvorrichtung 105. Sobald das USBL-System einsetzbar ist, verringert das AUV 103 seine Geschwindigkeit, um mittels des USBL-Systems den Koppeltrichter 229 der Koppelvorrichtung 105 zu treffen.
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Während des Ankoppelvorgangs (1c) sendet die Koppelvorrichtung 105 mittels des Hydrophons 227 zu einem vorbestimmten Zeitpunkt ein Schallsignal aus. Vier voneinander beabstandete Hydrophone am Bug des AUV´s ermitteln die Laufzeitunterschiede und den Abstand und suchen anhand dieser Daten den Kontakt mit dem Koppeltrichter 229.
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Sobald eine Verbindung mit Koppeltrichter 229 realisiert ist, detektiert ein Magnetsensor das in den Koppeltrichter 229 eingefahrene AUV 103 und setzt ein Steuersignal an die Koppelstellglieder 231 aus, welche daraufhin die Koppelbolzen 233 in die Bolzenaufnahmen einführen.
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Weiterhin wird der Stecker 361 in die an dem AUV 103 befindliche Buchse eingefahren. Über diese Stecker-Buchsen-Verbindung überträgt das AUV 103 ermittelte Sonardaten über das Kabel 223 in der Koppelvorrichtung 105 und über das Schleppseil 107 an den Operator im Hubschrauber 101. Umgekehrt transferiert der Hubschrauber 101 Energie über das Schleppseil 107 und das Kabel 223 und über die Stecker-Buchsen-Verbindung in die Akkumulatoren des AUV´s 103, sodass diese aufgeladen werden und möglichst zeitnah der nächste Einsatz erfolgen kann.
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Bezugszeichenliste
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- 101
- Hubschrauber
- 103
- AUV
- 105
- Koppelvorrichtung
- 107
- Schleppkabel
- 109
- Wasseroberfläche
- 111
- Abkoppelvorrichtung
- 113
- Ankoppelvorrichtung
- 221
- Depressor
- 223
- Kabel
- 225
- Gehäuse
- 227
- Hydrophon-Koppelvorrichtung
- 229
- Koppeltrichter
- 231
- Koppelstellglied
- 233
- Koppelbolzen
- 241
- AUV-Gehäuse
- 243
- Propeller
- 245
- AUV-Depressor
- 247
- Side-Scan-Sonar
- 249
- Bolzenaufnahme
- 251
- AUV-Hydrophon
- 361
- Stecker
- 363
- Einzel-USDL-Hydrophon
