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Die Erfindung betrifft eine Unterwasserantenne mit einem Träger und einer Vielzahl von Unterwasser-Schallwandlern auf oder an oder in dem Träger.
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Eine Unterwasserantenne umfasst eine Vielzahl von Unterwasser-Schallwandlern, wobei jeder Schallwandler als ein Schallempfänger und / oder als ein Schallsender ausgestaltet ist. Jeder Unterwasser-Schallempfänger erzeugt abhängig von auftreffenden Unterwasser-Schallwellen Signale. Jeder Unterwasser-Schallsender sendet abhängig von anliegenden Signalen Unterwasser-Schallwellen aus. Die Unterwasserantenne gehört in der Regel zu einer passiven oder aktiven Sonaranlage, die zusätzlich eine Signalverarbeitungseinheit umfasst. Die Signalverarbeitungseinheit wertet automatisch Signale von den Unterwasser-Schallempfängern aus und ermittelt daraus Informationen über eine räumlich entfernte Schallquelle, beispielsweise die Richtung (Peilung) und / oder die Entfernung zu und / oder die Ortung (Peilung und Entfernung) dieser Schallquelle. Oder die Signalverarbeitungseinheit erzeugt Signale für die Unterwasser-Schallsender.
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Gemäß dem Stand der Technik sind die Unterwasser-Schallwandler in einem verformbaren, aber starren Block aus einem akustisch durchlässigen Material eingelassen, beispielsweise aus Polyurethan. Dieser Block wird in ein Wasserfahrzeug oder in einen sonstigen Geräteträger integriert.
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Aufgabe der Erfindung ist es, eine Unterwasserantenne mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 bereitzustellen, welche sich mit geringerem Aufwand als bekannte Unterwasserantennen in einen vorgegebenen Geräteträger, insbesondere in ein Wasserfahrzeug, integrieren lässt.
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Gelöst wird diese Aufgabe durch eine Unterwasserantenne mit den in Anspruch 1 angegebenen Merkmalen. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen, der nachfolgenden Beschreibung sowie den Zeichnungen.
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Die erfindungsgemäße Unterwasserantenne umfasst
- - mehrere Unterwasser-Schallwandler,
- - einen biegsamen Träger und
- - ein Verbindungsmittel.
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Die oder wenigstens einige Unterwasser-Schallwandler der Unterwasserantenne sind auf und / oder in und / oder an dem biegsamen Träger befestigt. Das Verbindungsmittel ermöglicht es, den Träger außen an einem Geräteträger, insbesondere an einem Wasserfahrzeug, zu befestigen. Dank des Verbindungsmittels lässt sich der Träger flächig an einer äußeren Oberfläche des Geräteträgers befestigen. Derjenige Bereich des Geräteträgers, an dem sich der Träger mit Hilfe des Verbindungsmittels befestigen lässt, befindet sich bei einem regulären Einsatz des Geräteträgers unter Wasser.
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Mindestens ein Unterwasser-Schallwandler der Unterwasserantenne ist als ein Unterwasser-Schallempfänger ausgestaltet, welcher Signale zu erzeugen vermag, und zwar abhängig von Unterwasser-Schallwellen, welche auf den Unterwasser-Schallempfänger auftreffen. Oder mindestens ein Unterwasser-Schallwandler der Unterwasserantenne ist als ein Unterwasser-Schallsender ausgestaltet, welcher Unterwasser-Schallwellen zu erzeugen und auszusenden vermag, und zwar abhängig von anliegenden Signalen. Möglich ist, dass die Unterwasserantenne nur Schallempfänger oder nur Schallsender oder sowohl Schallempfänger also auch Schallsender umfasst, welche auf oder in oder an dem biegsamen Träger befestigt sind.
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Der lösungsgemäße biegsame Träger lässt sich in einen Zustand verbringen, in dem der Träger sich flach in einer Erstreckungs-Ebene erstreckt. Weil der Träger biegsam ist, lässt sich der Träger in jede Richtung, die senkrecht auf dieser Erstreckungs-Ebene steht, biegen - etwa so wie ein Blatt Papier. Möglich ist, dass der Träger mehrere Biegungen aufweist. Weil der Träger biegsam ist und jeder Unterwasser-Schallwandler in der Erstreckungs-Ebene eine im Vergleich zum Träger kleine Abmessung aufweist, ist die gesamte Unterwasserantenne biegsam.
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Eine Unterwasserantenne nach dem Stand der Technik umfasst einen zwar verformbaren, aber im Wesentlichen starren Block, in welchen die Unterwasser-Schallwandler eingelassen sind. Dieser starre Block muss mit der Außenhülle eines Wasserfahrzeugs oder sonstigen Geräteträgers verbunden werden. Insbesondere dann, wenn in wenigstens eine Richtung die Unterwasserantenne einen erheblichen Teil des Geräteträgers einnimmt, verursachen die Abmessungen und sonstigen Eigenschaften des starren Blocks relevante Randbedingungen und Restriktionen beim Entwurf des Geräteträgers. Dies ist insbesondere dann einschränkend und daher unerwünscht, wenn der Geräteträger ein unbemanntes Unterwasserfahrzeug oder eine Boje ist und möglichst geringe Abmessungen aufweisen soll.
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Die lösungsgemäße Unterwasserantenne lässt sich mit Hilfe des Verbindungsmittels außen an die Außenhülle eines Geräteträgers anbringen, und zwar an einen Bereich der Außenhülle, der sich bei einem regulären Einsatz des Geräteträgers unterhalb der Wasseroberfläche befindet. Weil der Träger in jede Richtung senkrecht auf die Erstreckungs-Ebene biegsam ist, lassen sich der Träger und damit die gesamte Unterwasserantenne an die Form der Außenhülle anpassen, ohne zusätzliche Veränderungen an der Unterwasserantenne oder an der Außenhülle vornehmen zu müssen. Nach der Befestigung an der Außenhülle liegt die Unterwasserantenne flächig an der Außenhülle an und verursacht daher keine Verwirbelungen oder sonstigen unerwünschte Effekte im Wasser. Nicht erforderlich ist es, die Außenhülle an die Form oder an eine Abmessung der Unterwasserantenne anzupassen. Dadurch ermöglicht es die lösungsgemäße Unterwasserantenne, einen Geräteträger mit weniger Randbedingungen und Restriktionen zu entwerfen und trotzdem den Geräteträger mit einer leistungsfähigen Unterwasserantenne zu versehen. Die Erfindung vermeidet somit viele Nachteile, die ein Träger in Form eines starren Blocks mit sich bringt.
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In vielen Anwendungen schränkt der starre Block außerdem den Bereich ein, aus dem Schallwellen dergestalt auf die Unterwasserantenne auftreffen können, dass die Unterwasser-Schallempfänger abhängig von diesen Schallwellen Signale erzeugen können („akustischer Blickwinkel“ oder „Blickbereich“) oder die Unterwasser-Schallsender gerichtet Schallwellen aussenden können. Die lösungsgemäße Unterwasserantenne schränkt diesen Bereich nicht oder zumindest weniger ein, weil kein starrer Block erforderlich ist. Möglich ist, die Unterwasserantenne an einen gebogenen Bereich der Außenhülle anzubringen, was den akustischen Blickwinkel / Blickbereich im Vergleich zu einem ebenen Bereich vergrößert.
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Möglich ist, eine lösungsgemäße Unterwasserantenne nachträglich auf die Außenhülle eines bereits fertiggestellten Geräteträgers aufzubringen. In der Regel sind hierfür überhaupt keine oder nur geringfügige Änderungen an der Außenhülle erforderlich. Mehrere gleichartige lösungsgemäße Unterwasserantennen lassen sich an unterschiedlich geformte Bereiche einer Außenhülle und / oder an unterschiedlich geformte Außenhüllen von verschiedenen Geräteträgern anbringen. Dadurch lässt die Unterwasserantenne sich in größerer Stückzahl fertigen, was die Fehlerquote und den Stückpreis bei der Herstellung senkt.
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Der biegsame Träger lässt sich bevorzugt in einen Zustand verbringen, in welchem der Träger sich in einer Ebene erstreckt. Bevorzugt ist jede Abmessung des Trägers in dieser Ebene mindestens zehnmal so groß wie die Dicke, also die maximale Abmessung des Trägers senkrecht zu dieser Ebene, besonders bevorzugt mindestens hundertmal so groß. Diese Ausgestaltung gewährleistet einerseits, dass der Träger und damit die gesamte Unterwasserantenne biegsam sind. Andererseits nimmt die Unterwasserantenne eine ausreichend große Fläche in der Ebene ein, so dass sie ausreichend viele Unterwasser-Schallempfänger aufweist und ausreichend genau Schallquellen und / oder Schalleinfallsrichtungen und Schallintensitäten unter Wasser peilen und / oder orten kann und / oder ausreichend viele Unterwasser-Schallsender aufweisen kann, um in genügend viele Richtungen Schallwellen aussenden zu können. Bevorzugt liegt die Dicke der Unterwasserantenne, das ist die Abmessung senkrecht zur Ebene, unter 1 cm, besonders bevorzugt unter 1 mm.
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In einer Ausgestaltung ist der Träger dergestalt biegsam, dass die Biegung einfach krumm werden kann, beispielsweise wie die Oberfläche eines Zylinders oder eines Kegels. In einer anderen Ausgestaltung kann die Biegung sogar doppelt krumm sein, beispielsweise wie die Oberfläche einer Kugel. Der einfach krumm biegsame oder sogar doppelt krumm biegsame Träger lässt sich auf eine unregelmäßig geformte Oberfläche eines Geräteträgers aufbringen.
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Der biegsame Träger kann als eine Matte oder eine Folie ausgestaltet sein.
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Die oder wenigstens einige Unterwasser-Schallwandler können vollständig in den Träger eingelassen sein. Möglich ist auch, dass die oder wenigstens einige Unterwasser-Schallwandler nur teilweise in den Träger eingelassen sind und teilweise aus dem Träger herausragen oder auf oder an dem Träger befestigt sind. Vorzugsweise hat der Träger eine Dicke etwa wie die einer flexiblen Leiterplatte. Jeder Unterwasser-Schallwandler hat bevorzugt in jeder Richtung eine Abmessung, die größer als die Dicke des Trägers ist, und daher ragt der Unterwasser-Schallwandler teilweise aus dem Träger heraus.
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In einer Ausgestaltung ist auf den biegsamen Träger mindestens eine ebenfalls biegsame Schicht aufgebracht. Die oder jede biegsame Schicht ist aus einem akustisch durchlässigen Material. Der Träger kann aus einem akustisch durchlässigen Material sein. Gesehen in eine Schalleinfallsrichtung, aus welcher Schallwellen auf die Unterwasser-Schallwandler auftreffen oder abgestrahlt werden, befindet sich in einer Ausgestaltung die oder mindestens eine biegsame Schicht vor den Unterwasser-Schallwandlern, so dass die Unterwasser-Schallwandler sich zwischen derjenigen Oberfläche der biegsamen Schicht, die zum Wasser hin zeigt, und dem Geräteträger befinden. In einer anderen Ausgestaltung sind die oder wenigstens einige Unterwasser-Schallwandler wenigstens teilweise in die biegsame Schicht eingelassen. Beispielsweise bedeckt die biegsame Schicht denjenigen Bereich eines Unterwasser-Schallwandlers, der aus dem biegsamen Träger herausragt. In dieser Ausgestaltung umgeben die biegsame Schicht und der biegsame Träger zusammen vollständig jeden Unterwasser-Schallwandler. Möglich ist auch, dass die Unterwasser-Schallwandler im Inneren der biegsamen Schicht aufgenommen sind. Möglich ist, dass auf beide Oberflächen des biegsamen Trägers jeweils mindestens eine biegsame Schicht aufgebracht ist.
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In beiden Ausgestaltungen schützt die biegsame Schicht die Unterwasser-Schallwandler auf oder an oder in dem Träger vor mechanischen Beschädigungen, bewirkt eine elektrische Abschirmung und reduziert die Gefahr, dass umgebendes Wasser einen Unterwasser-Schallwandler erreicht und beispielsweise zu einer Korrosion einer metallischen Schicht und damit zu einer akustischen Störstelle führt. Möglich ist, dass die oder eine biegsame Schicht Gold oder ein anderes Metall, welches wenig anfällig gegen Korrosion ist, umfasst. Diese Ausgestaltung bewirkt eine gute elektrische Abschirmung und einen hervorragenden Schutz der Schallwandler vor Korrosion. In vielen Fällen erleichtert die Ausgestaltung mit der biegsamen Schicht die Herstellung der lösungsgemäßen Unterwasserantenne. Der biegsame Träger und die Unterwasser-Schallwandler lassen sich getrennt voneinander herstellen. Die Unterwasser-Schallwandler werden auf oder in oder an dem biegsamen Träger montiert. Die biegsame Schicht wird auf den Träger aufgebracht und bedeckt überstehende Bereiche der Unterwasser-Schallwandler.
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In einer Ausgestaltung erstreckt die Menge der Unterwasser-Schallwandler, welche auf oder in oder an dem Träger montiert sind, sich in zwei Richtungen, wobei diese beiden Richtungen senkrecht oder schräg aufeinander stehen. Dadurch ist die Unterwasserantenne mit dem biegsamen Träger als eine Flächenantenne ausgestaltet. Eine empfangende Flächenantenne mit Schallempfängern vermag sowohl die horizontale als auch die vertikale Komponente einer Schalleinfallsrichtung zu bestimmen. Eine sendende Flächenantenne mit Schallsendern vermag Schallwellen in mehr unterschiedliche Richtungen fokussiert und gerichtet auszusenden als eine Linearantenne. Dank des biegsamen Trägers lässt diese Flächenantenne sich an eine vorgegebene Form einer Außenhülle eines Geräteträgers anpassen, auf welche die Unterwasserantenne aufgebracht werden soll, beispielsweise an eine Ebene oder ein Segment der Mantelfläche eines Zylinders.
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In einer Ausgestaltung ist der biegsame Träger als eine Folie ausgestaltet. Auf eine Oberfläche dieser Folie ist eine Klebeschicht aufgebracht, welche bevorzugt vor dem Einsatz der Unterwasserantenne mit einer Schutzschicht bedeckt ist. Die Schutzschicht lässt sich abziehen, so dass nach dem Abziehen die Klebeschicht freigelegt wird und die Unterwasserantenne mittels der Klebeschicht an einem Geräteträger befestigt werden kann. Diese Klebeschicht auf einer Oberfläche des Trägers bildet das Verbindungsmittel oder einen Bestandteil des Verbindungsmittels. Diese Ausgestaltung mit der Folie und der Klebeschicht ermöglicht es auf besonders einfache Weise, die Unterwasserantenne auf einen vorhandenen Geräteträger aufzubringen. Diese Ausgestaltung erspart die Notwendigkeit, eine Schraube durch den Träger zu führen und eine entsprechende Aussparung im Geräteträger vorzusehen. Beides ist in vielen Anwendungen nicht möglich oder wenigstens nicht erwünscht.
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Anstelle einer Klebeschicht lässt sich der Träger beispielsweise auch mit Hilfe mindestens eines Klebefilms, mit Hilfe von Schrauben oder anderen Befestigungselementen oder auch mit Hilfe eines Schrumpfschlauchs auf einer Außenhülle eines Geräteträgers befestigen.
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Lösungsgemäß sind mehrere Unterwasser-Schallwandler auf oder an oder in dem biegsamen Träger montiert. In einer Ausgestaltung sind zusätzlich mindestens ein elektronisches Bauteil und mindestens eine Leitung auf dem Träger montiert oder im Inneren des Trägers aufgenommen. Das elektronische Bauteil ist beispielsweise ein Analog-Digital-Wandler und / oder ein Digital-Analog-Wandler und / oder ein Vorverstärker und / oder eine Signalverarbeitungseinheit und ist beispielsweise als ein Mikroprozessor realisiert. Die Leitung verbindet das elektronische Bauteil mit mindestens einem Unterwasser-Schallwandler. Dadurch vermag das elektronische Bauteil Signale von dem oder jedem verbundenen Unterwasser-Schallempfänger zu empfangen und die empfangenen Signale zu verarbeiten und zu einer Koppelstelle der Unterwasserantenne zu leiten. Oder das elektronische Bauteil vermag Signale zu dem oder jedem verbundenen Unterwasser-Schallsender zu übermitteln. Diese Ausgestaltung ermöglicht es, dass die Unterwasserantenne mit dem biegsamen Träger verarbeitete Signale liefert oder empfangene Signale verarbeitet. Nicht erforderlich ist es, Roh-Signale von Unterwasser-Schallempfängern zu einer Koppelstelle der Unterwasserantenne zu leiten oder Roh-Signale an diese Koppelstelle zu übermitteln. Vielmehr brauchen die Roh-Signale nur über eine relativ geringe Entfernung und innerhalb der Unterwasserantenne übermittelt zu werden.
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In einer Ausgestaltung ist auf dem biegsamen Träger zusätzlich zu den Unterwasser-Schallwandlern mindestens eine Lichtquelle aufgebracht, bevorzugt mindestens eine LED. Bevorzugt ist auf dem biegsamen Träger zusätzlich ein elektronisches Bauteil zum Ansteuern dieser Lichtquelle aufgebracht. Diese Ausgestaltung ermöglicht es, die oder jede Lichtquelle synchronisiert mit den Unterwasser-Schallwandlern einzusetzen. Beispielsweise sendet die Lichtquelle zeitweise Lichtsignale z.B. im sichtbaren oder im Infrarot-Bereich aus, und Unterwasser-Schallempfänger messen eine erzeugte Reaktion.
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In einer Ausgestaltung umfasst der biegsame Träger eine flexible Leiterbahn oder ist als eine flexible Leiterbahn ausgestaltet. Beispielsweise ist der biegsame Träger als eine biegsame Leiterplatte ausgestaltet. Die Unterwasser-Schallwandler sind auf einer Oberfläche dieser flexiblen Leiterbahn aufgebracht. Die andere Oberfläche der flexiblen Leiterbahn zeigt zum Geräteträger hin. Derartige flexible Leiterbahnen und Leiterplatten sind auf dem Markt in großer Anzahl und in unterschiedlichen Abmessungen und Konfigurationen verfügbar. Eine optionale biegsame und bevorzugt akustisch durchlässige Schicht auf der flexiblen Leiterbahn schützt die Unterwasser-Schallwandler vor Beschädigungen, insbesondere vor Korrosion.
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Bevorzugt ist auf oder in oder an dem biegsamen Träger eine Vielzahl, beispielsweise eine Abfolge, von Unterwasser-Schallwandlern in Form von Unterwasser-Schallempfängern angeordnet, wobei jeder Unterwasser-Schallempfänger abhängig von auftreffenden Schallwellen Signale zu erzeugen vermag. In einer Ausgestaltung ist auf oder in dem Träger zusätzlich zu den Schallempfängern mindestens ein Unterwasser-Schallsender befestigt. Der oder jeder Unterwasser-Schallsender vermag Signale zu empfangen und abhängig von empfangenen Signalen unter Wasser Schallwellen zu erzeugen. Die Ausgestaltung mit den Unterwasser-Schallsendern zusätzlich zu den Unterwasser-Schallempfängern ermöglicht es, die Unterwasserantenne als ein Bestandteil einer aktiven Sonaranlage zu verwenden, wobei die aktive Sonaranlage z.B. als ein Echolot eingesetzt wird oder dafür, aktiv Schallwellen zu einem zu entdeckenden Objekt auszusenden und die Reflexionen und / oder Laufzeiten zu messen.
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In einer Abwandlung dieser Ausgestaltung sind die Unterwasser-Schallempfänger auf oder an oder in dem biegsamen Träger montiert, und der oder mindestens ein Unterwasser-Schallsender der Unterwasserantenne ist mit einem räumlichen Abstand zu dem biegsamen Träger angeordnet. Diese Ausgestaltung ermöglicht einen größeren Abstand zwischen dem Schallsender und den Schallempfängern, ohne einen größeren biegsamen Träger vorsehen zu müssen.
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Bevorzugt erstreckt eine Abfolge von Unterwasser-Schallempfängern der Unterwasserantenne sich entlang mindestens einer Empfänger-Längsachse. Eine Abfolge von Unterwasser-Schallsendern erstreckt sich entlang mindestens einer Sender-Längsachse. Möglich ist, dass diese beiden Längsachsen parallel zueinander angeordnet sind. Bevorzugt tritt hingegen ein Winkel zwischen diesen beiden Längsachsen auf, besonders bevorzugt ein rechter Winkel. Möglich ist, dass die Abfolge von Sendern und die Abfolge von Empfängern zusammen nach Art eines Hammers angeordnet sind, wobei beispielsweise die Sender im Stiel und die Empfänger im Kopf dieses Hammers positioniert sind. Die Sender und die Empfänger bilden bevorzugt zusammen eine so genannte „mill cross configuration“. Eine Sonaranlage mit einer „mill cross configuration“ wird beispielsweise in „Multibeam Sonar - Theory of Operation“, L-3 Communications SeaBeam Instruments, 2000, verfügbar unter
https://www3.mbari.org/data/mbsystem/sonarfunction/SeaBeamMultibeamTheoryOpera tion.pdf, abgerufen am 14.12.2018, beschrieben. Bevorzugt hat der biegsame Träger die Form eines Hammers oder eines T.
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In einer Ausgestaltung bilden zwei lösungsgemäße Unterwasserantennen mit jeweils einer Verbindungseinheit zusammen eine Anordnung. Die beiden Verbindungseinheiten sind miteinander verbunden, bevorzugt elektrisch oder optisch. Mit Hilfe der beiden verbundenen Verbindungseinheiten wird eine durchgehende Signalverbindung von der einen zu der anderen Unterwasserantenne bereitgestellt. Dank dieser Signalverbindung reicht es aus, wenn die eine Unterwasserantenne eine Koppelstelle aufweist. Die andere Unterwasserantenne braucht nicht notwendigerweise eine Koppelstelle aufzuweisen. An der einen Koppelstelle lassen sich Signale von beiden Unterwasserantennen abgreifen und an eine Signalverarbeitungseinheit außerhalb der Anordnung mit den beiden Unterwasserantennen übermitteln. Umgekehrt vermag diese Signalverarbeitungseinheit Signale an eine Koppelstelle zu übermitteln, und die Signale werden an beide Unterwasserantennen weitergeleitet. Ein Verbindungselement kann genauso wie die Koppelstelle ausgestaltet sein oder sich von der Koppelstelle unterscheiden. Natürlich können auch mehr als zwei Unterwasserantennen miteinander gekoppelt sein und insgesamt nur eine einzige Koppelstelle benötigen. Die Anzahl der lösungsgemäßen Unterwasserantennen lässt sich flexibel an vorgegebene Randbedingungen anpassen.
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In einer Ausgestaltung gehört die lösungsgemäße Unterwasserantenne zu einer passiven oder aktiven Sonaranlage, welche weiterhin eine Signalverarbeitungseinheit umfasst. Diese Signalverarbeitungseinheit vermag Signale von mehreren als Unterwasser-Schallempfänger ausgestalteten Unterwasser-Schallwandlern der lösungsgemäßen Unterwasserantenne zu empfangen und diese Signale automatisch auszuwerten, insbesondere um eine Schallquelle und / oder ein rückstreuendes Objekt unter Wasser zu peilen oder um Rückstreuungen von ausgesandten Schallwellen aus mehreren Richtungen rechnerisch zu ermitteln, bevorzugt mittels Beamforming, vgl. „Multibeam Sonar - Theory of Operation“, a.a.O. Oder die Signalverarbeitungseinheit vermag Signale für als Unterwasser-Schallsender ausgestalteten Unterwasser-Schallwandler zu generieren.
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In einer Ausgestaltung umfasst die Sonaranlage eine Positions-Ermittlungs-Einheit, und die Unterwasserantenne umfasst mehrere Unterwasser-Schallempfänger, die auf oder in oder an dem biegsamen Träger montiert sind. Diese Positions-Ermittlungs-Einheit vermag automatisch die jeweilige tatsächliche Position jedes Unterwasser-Schallempfängers relativ zu einem vorgegebenen Koordinatensystem zu ermitteln. Bevorzugt bewegt dieses Koordinatensystem sich mit einem Geräteträger mit, wobei bevorzugt eine Achse des Koordinatensystems eine Längsachse des Geräteträgers ist und wobei bevorzugt die Unterwasserantenne mit Hilfe des Verbindungsmittels an einer Außenhülle des Geräteträgers befestigt ist. Bei dem Schritt, die Signale von den Unterwasser-Schallempfängern auszuwerten, vermag die Signalverarbeitungseinheit automatisch die ermittelte jeweilige tatsächliche Position jedes Unterwasser-Schallempfängers in diesem Koordinatensystem zu verwenden.
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Die Positions-Ermittlungs-Einheit vermag eine Art Auto-Kalibrierung durchzuführen und schätzt automatisch die jeweilige Position jedes Unterwasser-Schallempfängers. Diese Ausgestaltung ermöglicht es insbesondere, unter Wasser eine Schallquelle mit größerer Genauigkeit und Sicherheit zu peilen, auch wenn die tatsächliche Position eines Unterwasser-Schallempfängers im Koordinatensystem von einer geforderten oder erwarteten Position abweicht. Möglich, aber dank der Auto-Kalibrierung nicht erforderlich ist es, eine Information über die geometrische Gestalt einer Außenhülle eines Geräteträgers, an welcher die lösungsgemäße Unterwasserantenne befestigt ist, vorzugeben. Möglich ist insbesondere, eine Information über die geometrische Gestalt der Außenhülle vorzugeben. Die Positions-Ermittlungs-Einheit verwendet diese vorgegebene Information als einen Ausgangspunkt für die Auto-Kalibrierung und benötigt dann weniger Rechenzeit, um die tatsächliche Position zu ermitteln, und / oder ermittelt die tatsächliche Position mit geringerer Fehleranfälligkeit und höherer numerischer Stabilität.
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In einer Ausgestaltung umfasst die Sonaranlage einen Positions-Datenspeicher und eine Eingabeeinheit. Die Eingabeeinheit vermag Informationen über die jeweilige Position jedes Unterwasser-Schallempfängers auf dem Träger und / oder über die Position des Trägers in dem Koordinatensystem zu erfassen. Diese Informationen gibt beispielsweise ein Benutzer mit Hilfe der Eingabeeinheit ein. Die eingegebenen Informationen ermöglichen es, die jeweilige Position jedes Unterwasser-Schallempfängers im Koordinatensystem näherungsweise zu bestimmen. Nicht erforderlich und in vielen Fällen nicht möglich ist, die jeweilige tatsächliche Position exakt einzugeben. Die erfassten Positions-Informationen werden in dem Positions-Datenspeicher abgespeichert.
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Die Positions-Ermittlungs-Einheit vermag bei dem Schritt, die genauen Positionen zu ermitteln, als Ausgangspunkt die im Positions-Datenspeicher abgespeicherten Positions-Informationen zu verwenden, um die tatsächliche Position zu ermitteln. Die abgespeicherten und von der Positions-Ermittlungs-Einheit verwendeten Positions-Informationen liefern einen Bereich, in dem sich ein Unterwasser-Schallempfänger befindet.
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Die lösungsgemäße Unterwasserantenne lässt sich an eine Außenhülle eines Geräteträgers montieren, wobei der Geräteträger insbesondere ein bemanntes oder unbemanntes Unterwasserfahrzeug oder Überwasserfahrzeug, eine Boje oder eine sonstige stationäre Plattform sein kann. Die stationäre Plattform ist für einen Einsatz auf dem oder im Wasser ausgestaltet.
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Nachfolgend ist die erfindungsgemäße Unterwasserantenne anhand eines in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Hierbei zeigen:
- 1 einen Querschnitt durch eine lösungsgemäße Unterwasserantenne;
- 2 eine Kopplung von zwei lösungsgemäßen Unterwasserantennen;
- 3 eine zylinderförmige Flächenantenne;
- 4 eine hammerförmige Unterwasserantenne mit einem Kopf, der die Unterwasser-Schallempfänger trägt, und einem Stiel, der die Unterwasser-Schallsender trägt;
- 5 eine Variation der Unterwasserantenne von 4, wobei Kopf und Stiel räumlich voneinander beabstandet sind und durch eine Verbindungsleitung in Form einer Folie miteinander verbunden sind;
- 6 eine Ausgestaltung, um die Unterwasserantenne von 4 oder 5 mit einem Gerät im Inneren eines Unterwasserfahrzeugs zu verbinden;
- 7 ein unbemanntes Unterwasserfahrzeug mit zwei lösungsgemäßen Unterwasserantennen.
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In 1 wird ein Querschnitt durch eine lösungsgemäße Unterwasserantenne 1 gezeigt. Die Unterwasserantenne 1 erstreckt sich in einer ebenen oder gebogenen Fläche, welche senkrecht auf der Zeichenebene von 1 steht. Die Unterwasserantenne 1 ist außen an der Außenhülle A eines Geräteträgers, z.B. eines unbemannten Unterwasserfahrzeugs, befestigt. Unterwasser-Schallwellen treffen aus verschiedenen Schalleinfallsrichtungen SR auf die Unterwasserantenne 1 auf.
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Die Unterwasserantenne 1 des ersten Ausführungsbeispiels umfasst folgende Bestandteile:
- - eine Abfolge von n Unterwasser-Schallempfängern 3.1, 3.2, ..., die sich entlang einer Empfänger-Längsachse erstreckt, welche waagrecht in der Zeichenebene von 1 liegt,
- - für jeden Unterwasser-Schallempfänger 3.1, 3.2, ... jeweils ein elektronisches Bauteil 6.1, 6.2, ...,
- - jeweils eine elektrische Leitung 7.1, 7.2, ..., die ein elektronisches Bauteil 6.1, 6.2, ... mit einem Unterwasser-Schallempfänger 3.1, 3.2, ... verbindet,
- - eine Abfolge von n als LEDs ausgestalteten Lichtquellen 18.1, 18.2, ...,
- - eine elektronische Koppelstelle 19, die mit den elektronischen Bauteilen 6.1, 6.2, ... elektrisch verbunden ist,
- - einen biegsamer Träger 2 aus einem Kunststoff,
- - eine Klebeschicht 4 und
- - eine biegsame Schicht 5 aus einem akustisch durchlässigen Material, beispielsweise aus Polyurethan.
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Die gesamte Unterwasserantenne 1 ist biegsam und lässt sich daher in verschiedene Richtungen, die in der Zeichenebene von 1 liegen, verbiegen und dadurch leicht an die geometrische Form der Außenhülle A anpassen.
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Die Unterwasser-Schallempfänger 3.1, 3.2, ... sind in einer Abfolge angeordnet, die sich entlang einer Empfänger-Längsachse E-L erstreckt, welche in der Zeichenebene von 1 liegt. Jeder Unterwasser-Schallempfänger 3.1, 3.2, ... hat eine etwa quaderförmige Form und umfasst eine Sequenz von Wandler-Elementen, wobei diese Sequenz senkrecht auf der Empfänger-Längsachse E-L und senkrecht auf der Zeichenebene von 1 steht. Jedes einzelne Wandler-Element hat bevorzugt die Form einer Scheibe oder einer Kugel. Die Unterwasserantenne von 1 ist daher eine Flächenantenne, und eine Sonaranlage mit dieser Flächenantenne vermag sowohl die horizontale als auch die vertikale Komponente einer Schalleinfallsrichtung zu messen.
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Bevorzugt beträgt der Abstand zwischen den Mittelpunkten zweier benachbarter Wandler-Elemente etwa die halbe Wellenlänge λ/2, wobei λ = c/f = 1 mm, c = 1.300 m/sec die Schallgeschwindigkeit unter Wasser und f = 1 MHz eine erwartete Frequenz ist. Dieser Abstand ist in 1 angedeutet.
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Die Unterwasser-Schallempfänger 3.1, 3.2, ... sind fest auf dem biegsamen Träger 2 montiert. Die elektronischen Bauteile 6.1, 6.2, ... und die Leitungen 7.1, 7.2, ... sind in diesen Träger 2 eingelassen und werden von allen Seiten von diesem Träger 2 umgeben. Der Träger 2 und damit die gesamte Unterwasserantenne 1 ist mit Hilfe der Klebeschicht 4 auf die äußere Oberfläche der Außenhülle A aufgebracht. Bevor die Unterwasserantenne 1 auf die Außenhülle A aufgebracht wurde, war die Klebeschicht 4 mit einer nicht gezeigten Schutzschicht bedeckt. Diese Schutzschicht wurde abgezogen, und die Unterwasserantenne 1 wurde auf die äußere Oberfläche der Außenhülle A aufgebracht und festgedrückt.
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Auf diejenige Oberfläche des Trägers 2, die zu den Schalleinfallsrichtungen SR hin zeigt, sind einerseits die Unterwasser-Schallempfänger 3.1, 3.2, ... aufgebracht und andererseits eine biegsame Schicht 5 aus einem akustisch durchlässigen Material. Die Unterwasser-Schallempfänger 3.1, 3.2, ... werden vom Träger 2 und von der Schicht 5 vollständig umgeben und dadurch geschützt. Schallwellen durchdringen diese Schicht 5 und erreichen die Unterwasser-Schallempfänger 3.1, 3.2, Abhängig von auftreffenden Schallwellen erzeugen die Unterwasser-Schallempfänger 3.1, 3.2, ... elektrische oder optische Signale. Die Leitungen 7.1, 7.2, ... leiten diese Signale zu den elektronischen Bauteilen 6.1, 6.2, ... Die elektronischen Bauteile 6.1, 6.2, ... tasten die Signale ab und verarbeiten die empfangenen Signale. Die verarbeiteten Signale werden zu der Koppelstelle 19 übermittelt und lassen sich dort abgreifen.
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In einer Ausgestaltung wird die Unterwasserantenne 1 mit Hilfe von folgenden Schritten hergestellt:
- - Auf einer Oberfläche des Trägers 2 wird mindestens ein flexibles Band oder eine flexible Leiterbahn oder eine flexible Leiterplatte montiert, welches / welche die Leitungen 7.1, 7.2, ... umfasst.
- - Die Unterwasser-Schallempfänger 3.1, 3.2, ... sowie die elektronischen Bauteile 6.1, 6.2, ... werden auf diesen Träger 2 montiert und mit dem flexiblen Band oder der flexiblen Leiterbahn oder Leiterplatte verbunden.
- - Auf diese Oberfläche des Trägers 2 wird ein Umgussmaterial in einem fluiden Zustand aufgebracht und härtet aus. Dadurch wird die biegsame Schicht 5 erzeugt. Der Träger 2 und die biegsame Schicht 5 umgeben zusammen nach dem Aushärten vollständig die Unterwasser-Schallempfänger 3.1, 3.2, ..., die elektronischen Bauteile 6.1, 6.2, ... und das flexible Band oder die flexible Leiterbahn oder Leiterplatte und dadurch die Leitungen 7.1, 7.2, ....
- - Möglich ist, dass nacheinander mehrere biegsame Schichten aufgebracht werden, auch aus unterschiedlichen Materialien. Möglich ist, dass auf beide Oberflächen des Trägers 2 jeweils mindestens eine biegsame Schicht aus einem Umgussmaterial aufgebracht wird.
- - Die andere Oberfläche des Trägers 2 wird bevorzugt flach ausgestaltet, bevorzugt mit Unebenheiten von unter 10 µm, und mit einer Klebeschicht versehen, die mit einer Schutzfolie überzogen ist.
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In einer Variation wird mindestens eine flexible Leiterplatte oder Leiterbahn verwendet, die beispielsweise so wie in „Flexible Leiterplatten“, verfügbar unter https://www.multi-circuit-boards.eu/produkte/leiterplatten/flexible.html, abgerufen am 14.12.2018, beschrieben aufgebaut ist und den Träger 2 und die Leitungen 7.1, 7.2, ... umfasst. Die Empfänger und optional die Schallsender werden als mindestens eine weitere integrale Schicht, beispielsweise eine Schicht aus elektrischem Material, und / oder als einzelne Bauteile auf diese flexiblen Leiterplatte aufgebracht. Mindestens eine Schutzschicht wird auf diese Leiterplatte oder Leiterbahn oder Leiterplatte aufgebracht.
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Im Beispiel von 2 sind die lösungsgemäße Unterwasserantenne 1 und eine weitere lösungsgemäße Unterwasserantenne 21 nebeneinander auf der Außenhülle A angeordnet. Die weitere Unterwasserantenne 21 ist genauso wie die Unterwasserantenne 1 aufgebaut und umfasst
- - einen biegsamen Träger 22,
- - n Unterwasser-Schallempfänger 23.1, 23.2, ..., die auf den Träger 22 aufgebracht sind,
- - n als LEDs ausgestalteten Lichtquellen 29.1, 29.2, ...,
- - eine Klebeschicht 24,
- - eine biegsame Schicht 25 sowie
- - elektronische Bauteile und Leitungen.
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Eine Verbindungseinheit 26.1 der weiteren Unterwasserantenne 21 lässt sich elektrisch mit einer korrespondierenden Verbindungseinheit 26.2 der Unterwasserantenne 1 verbinden. Bei hergestellter Verbindung leitet die Unterwasserantenne 1 die Signale von der weiteren Unterwasserantenne 21 an die Koppelstelle 19 weiter. An der Koppelstelle 19 lassen sich die Signale von beiden Unterwasserantennen 1, 21 abgreifen. Die weitere Unterwasserantenne 21 braucht daher keine eigene Koppelstelle aufzuweisen. In einer Ausgestaltung ist mindestens eine Kontaktfläche der Koppelstelle 19 mit einem magnetischen Material, beispielsweise mit Gold oder einem anderen kaum korrodierenden Metall, belegt. In einer Ausgestaltung vermag ein Magnet die Koppelstelle 19 an einer gewünschten Position festzuhalten und dadurch die Datenverbindung sicherstellen.
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Die biegsame lösungsgemäße Unterwasserantenne 1, 21 lässt sich an verschiedene mögliche geometrische Formen der Außenhülle A anpassen, beispielsweise an den Bug eines Unterwasserfahrzeugs. 3 zeigt beispielhaft eine zylinderförmige Unterwasserantenne. Diese Zylinderantenne wurde realisiert, indem mindestens eine lösungsgemäße biegsame Unterwasserantenne 1, 21 auf eine zylinderförmige Außenhülle A aufgebracht wurde. Jeder Unterwasser-Schallempfänger 3.1, 3.2, ... umfasst eine vertikal angeordnete Abfolge von Wandler-Elementen, und die Unterwasser-Schallempfänger 3.1, 3.2, ... sind nebeneinander auf der Außenhülle A angeordnet. Auch diese Zylinderantenne vermag sowohl die horizontale als auch die vertikale Komponente einer Schalleinfallsrichtung zu messen. Eine sendende Unterwasserantenne kann auf die gleiche Weise realisiert sein.
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4 zeigt eine lösungsgemäße Unterwasserantenne 12 in Form eines Hammers. Der biegsame Träger 2 umfasst einen Kopf 11 und einen Stiel 10 dieses Hammers. Die Unterwasser-Schallempfänger 3.1, 3.2, sind auf dem Kopf 11 befestigt und erstrecken sich entlang einer Empfänger-Längsachse E-L. Auf dem Stiel 10 ist eine Abfolge von Unterwasser-Schallsendern 9.1, 9.2, ... montiert, welche sich entlang einer Sender-Längsachse S-L erstreckt. In diesem Beispiel steht die Empfänger-Längsachse E-L senkrecht auf der Sender-Längsachse S-L, was in vielen Anwendungen zu der größtmöglichen Auflösung führt.
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An jeden Unterwasser-Schallsender 9.1, 9.2, ... lassen sich elektrische oder optische Signale übermitteln. Abhängig von den anliegenden Signalen vermag der Unterwasser-Schallsender 9.1, 9.2, ... Unterwasser-Schallwellen zu erzeugen und ins Wasser abzustrahlen. Bevorzugt erzeugt jeder Unterwasser-Schallsender 9.1, 9.2, Schallwellen in Form einer kegelförmigen Keule. Je länger der Stiel 10 ist, desto schmaler ist bei gleicher Anzahl von Sendern 9.1, 9.2, ... die Keule. Die Unterwasser-Schallempfänger 3.1, 3.2, ... können insbesondere reflektierte Schallwellen empfangen. Signale von der Unterwasserantenne 12 lassen sich mit Hilfe eines normierten Steckers 17 abgreifen. Über diesen Stecker 17 lassen sich auch Signale an die Unterwasserantenne 12 übermitteln, um die Schallsender 9.1, 9.2, ... anzusteuern. Möglich ist, dass dieser Stecker 17 ein magnetisches Material aufweist und ein Magnet (nicht gezeigt) den Stecker 17 an einem gewünschten Ort hält.
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5 zeigt eine Variation der Unterwasserantenne von 4. Der Stiel 10 und der Kopf 11 werden durch zwei Folien realisiert, die voneinander beabstandet angeordnet sein können. Am Kopf 11 ist ein Verbindungselement 27.1 angebracht, am Stiel 10 ein Verbindungselement 27.2. Eine Verbindungsleitung 28 verbindet die beiden Verbindungselemente 27.1 und 27.2 miteinander und damit die Schallsender 9.1, 9.2,... auf dem Stiel 10 mit den Schallempfängern 3.1, 3.2, ... auf dem Kopf 11. Die Verbindungsleitung kann wie üblich rund und ummantelt sein. Vorzugsweise ist die Verbindungsleitung 28 hingegen ebenfalls als eine biegsame Folie ausgestaltet und steht in eine Richtung senkrecht zur Außenhülle A nicht über die beiden Folien über, welche den Stiel 10 bzw. den Kopf 11 bilden.
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Diese hammerförmige Unterwasserantenne 12 von 4 oder 5 lässt sich auf die Außenhülle A eines Unterwasserfahrzeugs 20 aufbringen, beispielsweise an der Unterseite, so dass die Unterwasserantenne 12 bei einem regulären Einsatz zu einem Gewässerboden zeigt. Eine Sonaranlage mit dieser Unterwasserantenne 12 lässt sich dafür verwenden, den Abstand zwischen der Außenhülle A und dem Gewässerboden zu messen (Verwendung als Echolot, insbesondere als Fächer-Echolot) oder Objekte unter dem Gewässerboden zu entdecken und zu vermessen. Anstelle einer hammerförmigen lässt sich auch eine kreuzförmige Unterwasserantenne einsetzen, wobei die beiden Balken des Kreuzes senkrecht oder schräg aufeinander stehen. Möglich ist auch, dass die Unterwasserantenne einen einzigen Sender und eine Abfolge von Empfängern umfasst.
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In einer Ausgestaltung wird die Unterwasserantenne 12 so angebracht, dass - gesehen in die Fahrtrichtung FR des Unterwasserfahrzeugs 20 - der Stiel 10 mit den Unterwasser-Schallsendern 9.1, 9.2, ... sich vor dem Kopf 11 mit den Unterwasser-Schallempfängern 3.1, 3.2, befindet. Bevorzugt ist der Stiel 10 parallel zur Längsachse und somit parallel zur Fahrtrichtung FR des Unterwasserfahrzeugs 20 angeordnet, und der Kopf 11 steht senkrecht auf der Längsachse und somit senkrecht auf der Fahrtrichtung FR. Falls die Unterwasser-Schallsender 9.1, 9.2, ... Schallwellen senkrecht nach unten aussenden und die Schallwellen vom Gewässerboden oder einem Objekt annähernd senkrecht nach oben reflektiert werden, so hat sich das Unterwasserfahrzeug 20 während der Laufzeit der Signale in die Fahrtrichtung FR vorwärts bewegt, und wenigstens einige reflektierte Schallwellen treffen auf die Unterwasser-Schallempfänger 3.1, 3.2, auf. Die Fahrgeschwindigkeit und die Laufzeit der Signale verringern also den Abstand zwischen der absoluten Position eines Senders im Moment des Sendens und der absoluten Position eines Empfängers im Moment des Empfangens.
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6 zeigt eine Ausgestaltung, um die Unterwasserantenne 12 von 4 oder 5 mit einem elektronischen Gerät 34 im Inneren des Unterwasserfahrzeugs 20 zu verbinden. In einer Außenhülle A des Unterwasserfahrzeugs 20 ist ein Unterwasserstecker 30 mit mehreren Kontaktflächen 33 wasserdicht eingelassen. Die Kontaktflächen 33 schließen bündig mit der Außenhülle A ab. Ein Kabel 31 führt von dem Unterwasserstecker 30 zu dem elektronischen Gerät 34 im Inneren des Unterwasserfahrzeugs. Auf derjenigen Oberfläche der Unterwasserantenne 12, die zur Außenhülle A hin zeigt, sind korrespondierende Kontaktflächen 32 angeordnet. Diese Kontaktflächen 32 schließen bündig mit dieser Oberfläche der Unterwasserantenne 12 ab. Wenn die Unterwasserantenne 12 an der richtigen Position auf der Außenhülle A befestigt wird, so stellen die Kontaktflächen 33 des Unterwassersteckers 30 und die korrespondierenden Kontaktflächen 32 der Unterwasserantenne 12 einen elektrischen Kontakt zwischen der Unterwasserantenne 12 und dem Gerät 34 im Inneren des Unterwasserfahrzeugs 20 her und ermöglichen eine Signalübermittlung.
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In einer Abwandlung sind die Kontaktflächen 33 federnd in den Unterwasserstecker 30 eingelassen und stehen etwas über den Unterwasserstecker 30 über, und / oder die Kontaktflächen 32 sind federnd in die Unterwasserantenne 12 eingelassen und stehen etwas über die Oberfläche der Unterwasserantenne 12 über. Wenn die Unterwasserantenne 12 auf der Außenhülle A befestigt wird, so werden die Kontaktflächen 32 und 33 gegen diese Federkräfte verschoben. Die Federkräfte drücken der Kontaktflächen 32, 33 gegeneinander und verringern das Risiko, dass der elektrische Kontakt zwischen den Kontaktflächen 32, 33 unterbrochen wird.
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In 7 wird schematisch ein unbemanntes Unterwasserfahrzeug 20 gezeigt, welches eine Außenhülle A aufweist und von einem Propeller 8 in die Fahrtrichtung FR (in 7 von rechts nach links) vorwärts bewegt wird. Das Unterwasserfahrzeug 20 fährt über den Meeresboden Mb. Die hammerförmige Unterwasserantenne 12 unten an der Außenhülle A vermag den Abstand zwischen sich selber und dem Meeresboden Mb zu messen, lässt sich also als ein Echolot einsetzen, oder vermag den Meeresboden Mb abzutasten. Die Unterwasser-Schallsender 9.1, 9.2, ... im Stiel 10 senden unter Wasser Schallwellen aus, und die Unterwasser-Schallempfänger 3.1, 3.2, ... im Kopf 11 empfangen die vom Meeresboden Mb reflektierten Schallwellen. Eine weitere Unterwasserantenne 13 ist an der Backbordseite eines zylinderförmigen Segments der Außenhülle A montiert. Diese Unterwasserantenne 13 umfasst ebenfalls Unterwasser-Schallsender und Unterwasser-Schallempfänger, wobei die Unterwasser-Schallsender in einer vergleichsweise kleinen Schallquelle 15 und die Unterwasser-Schallempfänger in zwei übereinander angeordnete Reihen 16.1, 16.2 angeordnet sind. Jede Reihe 16.1, 16.2 umfasst einen biegsamen Träger, auf welchem mehrere Schallempfänger montiert sind. Wiederum sitzt die Schallquelle 15 mit den Schallsendern - gesehen in die Fahrtrichtung FR - vor den Schallempfängern 16.1, 16.2. Mit Hilfe der beiden übereinander angeordneten Reihen 16.1, 16.2, die sich in Längsrichtung des Unterwasserfahrzeugs 20 erstrecken, lässt sich eine Interferometrie durchführen, bei welcher relative Winkel zum Meeresboden ermittelt werden können. Hierdurch lässt sich ein Höhenprofil des Meeresbodens ableiten (Bathymetrie). Gesehen in die Fahrtrichtung FR sind wiederum die Sender vor den Empfängern angeordnet. Die Unterwasserantenne 13 gehört zu einem aktiven Seitensonar des unbemannten Unterwasserfahrzeugs 20. Auf der Steuerbordseite ist eine gleichartige Unterwasserantenne (nicht gezeigt) von einem weiteren aktiven Seitensonar montiert.
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Eine lösungsgemäße Unterwasserantenne 1, 12, 13, 21 gehört in der Regel zu einer Sonaranlage, welche weiterhin eine Signalverarbeitungseinheit umfasst, welche - im Fall einer aktiven Sonaranlage - die Signale für die Unterwasser-Schallsender 9.1, 9.2, ... generiert und die Signale von den Unterwasser-Schallempfängern 3.1, 3.2, ... auswertet, um unter Wasser eine Schallquelle oder ein Schall reflektierendes Objekt zu peilen und / oder zu orten und / oder um einen Gewässerboden abzutasten. Die Position, an welcher eine lösungsgemäße Unterwasserantenne 1, 12, 13, 21 auf eine Außenhülle A eines Unterwasserfahrzeugs 20 aufgebracht wurde, legt die jeweilige Position jedes Unterwasser-Schallempfängers 3.1, 3.2, ... und die jeweilige Position jedes optionalen Unterwasser-Schallsenders 9.1, 9.2, ... der Unterwasserantenne fest, und zwar relativ zu einem vorgegebenen zweidimensionalen oder dreidimensionalen Koordinatensystem, welches sich bevorzugt mit dem Unterwasserfahrzeug 20 mit bewegt. Die genauen Relativ-Positionen der Unterwasser-Schallempfänger 3.1, 3.2, ... in diesem Koordinatensystem werden benötigt, damit die Signalverarbeitungseinheit exakte Ergebnisse liefert.
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Daher wird eine geforderte Position und Orientierung der Unterwasserantenne 1, 12, 13, 21 in diesem Koordinatensystem vorgegeben. In einer Ausgestaltung gibt ein Benutzer mit Hilfe einer Eingabeeinheit die Position und Orientierung der Unterwasserantenne, die jeweilige Position jedes Empfängers und jedes Senders auf dem Träger 2 sowie optional eine Information über die geometrische Form der Außenhülle A und / oder über den Abstand zwischen den Empfängern und Sendern einerseits und der äußeren Oberfläche der Außenhülle A andererseits ein. Diese Informationen werden in einem Positions-Datenspeicher abgespeichert.
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Die tatsächliche Position und / oder Orientierung der Unterwasserantenne
1,
12,
13,
21 kann aber von einer geforderten Position und / oder Orientierung abweichen, insbesondere weil die Unterwasserantenne
1,
12,
13,
21 nicht exakt positioniert ist. Daher wird bevorzugt eine Abweichung zwischen einer tatsächlichen und einer geforderten Position eines Empfängers und optional eines Senders rechnerisch ermittelt, und die Signalverarbeitungseinheit der Sonaranlage kompensiert rechnerisch eine Abweichung zwischen diesen beiden Positionen. Für diese Ermittlung und Kompensation lässt sich beispielsweise ein Verfahren anwenden, welches in
DE 102009056925 A1 beschrieben ist.
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Möglich ist, dass im laufenden Betrieb mindestens ein einzelner Unterwasser-Schallwandler 3.1, 3.2, ..., 9.1, 9.2, ... der lösungsgemäßen Unterwasserantenne 1, 12, 13, 21 ausfällt, beispielsweise aufgrund von mechanischen Beschädigungen beim Transport oder beim Einsatz des Unterwasserfahrzeugs 20. Vorzugsweise vermag die Signalverarbeitungseinheit automatisch zu erkennen, dass und welche Unterwasser-Schallwandler ausgefallen sind, und dies bei der Erzeugung und / oder Auswertung der Signale zu berücksichtigen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Unterwasserantenne, umfasst den biegsamen Träger 2, die Unterwasser-Schallempfänger 3.1, 3.2, ... und die Klebeschicht 4
- 2
- biegsamer Träger der Unterwasserantenne 1, nimmt die Unterwasser-Schallempfänger 3.1, 3.2, ... auf, mit Hilfe der Klebeschicht 4 auf die Außenhülle A aufgebracht
- 3.1, 3.2,
- Unterwasser-Schallempfänger der Unterwasserantenne 1, sind auf den biegsamen Träger 2 montiert, in einer Ausgestaltung am Kopf 11 oder in einer Reihe 16.1, 16.2
- 4
- Klebeschicht der Unterwasserantenne 1, welche den Träger 2 an der Außenhülle A hält
- 5
- biegsame Schicht aus Polyurethan, umgibt die Unterwasser-Schallempfänger 3.1, 3.2, ... der Unterwasserantenne 1
- 6.1, 6.2,
- elektronische Bauteile, welche über jeweils eine Leitung 7.1, 7.2, ... mit jeweils einem Unterwasser-Schallempfänger 3.1, 3.2, ... verbunden sind
- 7.1, 7.2,
- elektrische Leitungen, welche jeweils einen Unterwasser-Schallempfänger 3.1, 3.2, ... mit einem elektronischen Bauteil 6.1, 6.2, ... verbinden
- 8
- Propeller des unbemannten Unterwasserfahrzeugs 20
- 9.1, 9.2,
- Unterwasser-Schallsender, am Stiel 9 der hammerförmigen Unterwasserantenne 10 befestigt
- 10
- Stiel der hammerförmigen Unterwasserantenne 12, trägt die Unterwasser-Schallsender 9.1, 9.2, ...
- 11
- Kopf der hammerförmigen Unterwasserantenne 12, trägt die Unterwasser-Schallempfänger 3.1, 3.2, ...
- 12
- hammerförmige Unterwasserantenne, umfasst den Stiel 10 mit den Unterwasser-Schallsendern 9.1, 9.2, und den Kopf 11 mit den Unterwasser-Schallempfängern 3.1, 3.2, ...
- 13
- weitere Unterwasserantenne, umfasst zwei Reihen 16.1, 16.2 mit weiteren Unterwasser-Schallempfängern und eine Schallquelle 15 mit weiteren Unterwasser-Schallsendern
- 15
- Schallquelle der weiteren Unterwasserantenne 13, umfasst weitere Unterwasser-Schallsender
- 16.1,
- Reihen mit weiteren Unterwasser-Schallempfängern, gehören zur weiteren
- 16.2
- Unterwasserantenne 13
- 17
- normierter Stecker der hammerförmigen Unterwasserantenne 12
- 18.1, 18.2, ...
- als LEDs ausgestaltete Lichtquellen, sind auf den biegsamen Träger 2 montiert
- 19
- Koppelstelle der Unterwasserantenne 1
- 20
- unbemanntes Unterwasserfahrzeug mit der Außenhülle A, an welcher die beiden hammerförmigen Unterwasserantennen 12 und 13 befestigt sind
- 21
- weitere Unterwasserantenne, umfasst den biegsamen Träger 22, die Unterwasser-Schallempfänger 23.1, 23.2, ... und die Klebeschicht 24, über die Verbindungseinheiten 26.1, 26.2 mit der Unterwasserantenne 1 elektrisch verbunden
- 22
- biegsamer Träger der Unterwasserantenne 21, nimmt die Unterwasser-Schallempfänger 23.1, 3.2, ... auf, mit Hilfe der Klebeschicht 24 auf die Außenhülle A aufgebracht
- 23.1, 23.2, ...
- Unterwasser-Schallempfänger der Unterwasserantenne 21, auf den biegsamen Träger 22 montiert
- 24
- Klebeschicht der Unterwasserantenne 21, welche den Träger 22 an der Außenhülle A hält
- 25
- biegsame Schicht aus Polyurethan, umgibt die Unterwasser-Schallempfänger 23.1, 23.2, ... der Unterwasserantenne 21
- 26.1, 26.2
- Verbindungseinheiten, welche die Unterwasserantenne 21 elektrisch mit der Unterwasserantenne 1 verbinden
- 27.1
- Verbindungselement im Kopf 11
- 27.2
- Verbindungselement im Stiel 10
- 28
- Verbindungsleitung zwischen den Verbindungselementen 27.1 und 27.2
- 29.1, 29.2,...
- Lichtquellen der weiteren Unterwasserantenne 21
- 30
- Unterwasserstecker, wasserdicht in die Außenhülle A eingelassen, umfasst die Kontaktflächen 33, mit dem Kabel 31 verbunden
- 31
- Kabel, führt vom Unterwasserstecker 30 zu dem elektronischen Gerät 34
- 32
- Kontaktflächen der Unterwasserantenne 12
- 33
- Kontaktflächen des Unterwassersteckers 30
- 34
- elektronisches Gerät im Inneren des Unterwasserfahrzeugs, über das Kabel 31 mit dem Unterwasserstecker 30 verbunden
- A
- Außenhülle des Unterwasserfahrzeugs 20, wobei die Unterwasserantenne 1 an der Außenhülle A befestigt ist.
- E-L
- Empfänger-Längsachse, entlang der sich die Abfolge der Unterwasser-Schallempfänger 3.1, 3.2, ... erstreckt
- FR
- Fahrtrichtung des Unterwasserfahrzeugs 20
- Mb
- Meeresboden, über welchen das Unterwasserfahrzeug 20 in die Fahrtrichtung FR fährt
- S-L
- Sender-Längsachse, entlang der sich die Abfolge der Unterwasser-Schallsender 9.1, 9.2, ... erstreckt
- SR
- Schalleinfallsrichtungen
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102009056925 A1 [0059]
