DE102022000753B3

DE102022000753B3 - Verfahren und Set zur Detektion von Unterwasserfahrzeugen

Info

Publication number: DE102022000753B3
Application number: DE102022000753.3A
Authority: DE
Inventors: Frank Ludwar; Holger Naaf
Original assignee: Bundesamt fuer Ausruestung Informationstechnik und Nutzung der Bundeswehr
Current assignee: Bundesamt fuer Ausruestung Informationstechnik und Nutzung der Bundeswehr
Priority date: 2022-03-03
Filing date: 2022-03-03
Publication date: 2023-01-12
Anticipated expiration: 2042-03-04

Abstract

Es soll ein Verfahren zur ortsungebunden Detektion von Unterwasserfahrzeugen auf See durch Messung von Potentialdifferenzen geschaffen werden.Hierzu weist das Verfahren folgende Schritte auf:a) Transport des Sets in ein Seegebiet,b) Verbringung einer Hauptboje (10), einer Nebenboje (20) und einer Bojenverbindungsleitung (30) in das Seegebiet,c) die Messeinrichtung (14) erfasst und verarbeitet Potentialdifferenzdaten der Elektrode (12) der Hauptboje (10) und der Elektrode (22) der Nebenboje (20), wobei die auf den Abstand (r) der Elektroden (12, 22) bezogenen Potentialdifferenzdaten einem elektrischen Feld entsprechen, das durch elektrische Ströme eines kathodischen Korrosionsschutzes von zu detektierenden Unterwasserfahrzeugen erzeugt wird, Positionsdaten der Positionsbestimmungseinrichtung (16) der Hauptboje (10) und Positionsdaten der Positionsbestimmungseinrichtung (26) der Nebenboje (20),d) die Sendeeinrichtung (18) sendet von der Messeinrichtung verarbeitete Potentialdifferenzdaten und Positionsdaten der Hauptboje (10) und der Nebenboje (20) an eine Zentrale.

Description

Die Erfindung betrifft Verfahren und Set zur Messung von Potentialdifferenzen auf See, um Unterwasserfahrzeuge zu detektieren, die mit einem kathodischen Schutzsystem ausgestattet sind.
Die US 9 651 374 B1 zeigt ein Verfahren zur Messung von physikalischen Größen der Meeresumwelt. Es wird ein Set mit einer einzigen, mit einem Auftriebskörper versehenen Sensorenboje, einem Anker und einem Halteseil verwendet. Die Sensorenboje weist neben anderen Sensoren auch drei Elektrodenpaare auf, um für jede Raumachse eine Potentialdifferenz zu messen. Die Schritte umfassen:

a) Transport des Sets zu einem Einsatzort auf See,
b) Verbringung des Sets in See, derart, dass der auf dem Meeresboden aufliegende Anker über das Halteseil die aufwärtsstrebende Sensorenboje haltert,
c) Erfassen und Speichen von Daten der Potentialdifferenz mit der Messeinrichtung,
d) Bergen der Sensorenboje und anschließendes Auslesen und Auswerten der Daten.

Die US 10 082 546 B2 zeigt ein Verfahren und eine Sensoreneinheit zum Auffinden von Erdöllagerstätten. Die Sensoreneinheit umfasst unter anderem Elektroden zur Messung von Potentialdifferenzen des Meeresbodens. Die Schritte umfassen:

a) Transport der Sensoreneinheit zu einem Einsatzort auf See,
b) Absetzen der Sensoreneinheit auf den Meeresboden,
c) Senden eines elektromagnetischen Pulses,
c) Erfassen von zeitbezogenen Potentialdifferenzwerten unmittelbar im Anschluss an den elektromagnetischen Puls,
d) Senden der Daten.

Die US 5 206 640 A zeigt ein Verfahren zur Detektion von Unterwasserfahrzeugen durch Potentialdifferenzmessungen, unter Verwendung eines Sets aufweisend:

• eine Hauptboje mit einer Elektrode einer Messeinrichtung, und einer Sendeeinrichtung, derart, dass die Elektrode an der Messeinrichtung und die Messeinrichtung an der Sendeeinrichtung angeschlossen sind,
• eine Nebenboje mit einer Elektrode,
• eine elektrische Bojenverbindungsleitung, die in einer Anschlussstellung die Elektrode der Nebenboje mit der Messeinrichtung der Hauptboje verbindet, derart, dass das Verfahren folgende Schritte umfasst:

a) Transport des Sets in ein Seegebiet,
b) Verbringung der Hauptboje, der Nebenboje und der in Anschlussstellung befindlichen Bojenverbindungsleitung in das Seegebiet,
c) die Messeinrichtung erfasst und verarbeitet Potentialdifferenzdaten der Elektrode der Hauptboje und der Elektrode der Nebenboje, Positionsdaten der Positionsbestimmungseiririchtung der Hauptboje,
e) die Sendeeinrichtung sendet von der Messeinrichtung verarbeitete Potentialdifferenzdaten und Positionsdaten der Hauptboje und der Nebenboje.

Es handelt sich um ein aktives Detektionsverfahren, da über die Elektroden Strom zugeführt wird, um ein elektrisches Feld zu erzeugen.
Die JP 2016- 60 451 A zeigt ein Verfahren zum Messen eines elektrischen Feldes, das beispielsweise von einem Unterwasserfahrzeug erzeugt wird. Das Verfahren verwendet eine Boje mit einer Positionsbestimmungseinrichtung und einer Sendeeinrichtung. An der Boje hängt eine kugelförmige Schale mit drei Elektrodenpaaren zum Erfassen eines elektrischen Feldes.
Die GB 188 676 A zeigt ein Verfahren zur Detektion von Unterwasserfahrzeugen durch Potentialdifferenzmessungen. Das Verfahren verwendet Elektroden und eine Messeinrichtung. Die Messeinrichtung erfasst und verarbeitet Potentialdifferenzdaten der Elektrode.
DE 534 562 A zeigt ein Verfahren zur Ermittlung von versenkten Schiffen durch Feststellung der Widerstandsänderung der Flüssigkeitsstrecke zwischen eingetauchten, stromführenden Elektroden.
Die WO 2017/126 975 A1 zeigt ein Verfahren zur Detektion elektrischer Felder in einem elektrisch leitenden Medium.
Die US 2018 / 0 210 106 A1 zeigt ein Verfahren zur Exploration von Ressourcen eines Meeresbodens. Mit Elektroden werden positionsbezogene Potentialdifferenzen erfasst.
Die JP 2014- 101 031 A zeigt ein Verfahren zur Erfassung eines elektrischen Unterwasserfeldes. Das Verfahren misst einachsig eine Potentialdifferenz.
Die US 4 078 510 A zeigt ein Verfahren zum Vermessen einer kathodisch geschützten Unterwasserpipeline, an der in regelmäßigen Abständen entlang ihrer Länge Opferanoden angebracht sind. Die Potentialunterschiede im Wasser zwischen einem Punkt neben einer Anode und Testpunkten neben der Pipeline werden gemessen, um das Schutzniveau zu bestimmen.
Die JP 2009- 250 737 A zeigt ein Verfahren zur Messung elektrischer Felder, um die Bewegungsrichtung und -orientierung eines Zielkörpers zu spezifizieren, der als elektrisches Moment angesehen werden kann. Verwendet wird ein dreiachsiger Feldsensor.
Die FR 3 009 868 A1 zeigt ein Verfahren zur Messung elektrischer Potentialunterschiede einer Unterwasser-Pipeline, die ein kathodisches Schutzsystem aufweist. Verwendet werden mindestens zwei Referenzelektroden 18, 20 zum Messen von elektrischen Potentialdifferenzen.
Die DE 10 2012 006 566 A1 zeigt ein Verfahren zur Detektion von Seeminen. Das Verfahren verwendet ein unbemannten Unterwasserfahrzeug mit einem Sonargerät zur Ortung.
Die US 2013 / 0 032 078 A1 zeigt einen Seegleiter mit einer Sensoreinrichtung, Messeinrichtung, einer Positionsbestimmungseinrichtung und einer Sendeeinrichtung.
Die JP 2006- 232 070 A zeigt einen Unterwassersegelkörper mit einer Sendeeinrichtung.
Die Aufgabe der Erfindung liegt darin, ein Verfahren zur ortsungebundenen Detektion von Unterwasserfahrzeugen zu schaffen, das sich durch eine hohe Empfindlichkeit auszeichnet. Die Aufgabe der Erfindung liegt ferner darin, ein entsprechendes Set zu schaffen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des auf ein Verfahren gerichteten Anspruches 1 gelöst. Ferner wird diese Aufgabe erfindungsgemäß durch die Merkmale des auf ein Set gerichteten Anspruches 7 gelöst.
Das Verfahren zur Messung von Potentialdifferenzen auf See verwendet ein Set aufweisend:

• eine Hauptboje mit einer Elektrode, einer Messeinrichtung, einer Positionsbestimmungseinrichtung und einer Sendeeinrichtung, derart, dass die Elektrode und die Positionsbestimmungseinrichtung an der Messeinrichtung und die Messeinrichtung an der Sendeeinrichtung angeschlossen sind,
• eine Nebenboje mit einer Elektrode und einer Positionsbestimmungseinrichtung,
• eine mindestens 20 m lange, elektrische Bojenverbindungsleitung, die in einer Anschlussstellung die Elektrode der Nebenboje mit der Messeinrichtung der Hauptboje verbindet.

Das Set ist luftverlastbar und kann daher mit einem Flugzeug zu einem Einsatzort gebracht werden, um Unterwasserfahrzeuge zu detektieren.
Das Verfahren umfasst folgende Schritte:

a) Transport des Sets in ein Seegebiet,
b) Verbringung der Hauptboje, der Nebenboje und der in der Anschlussstellung befindlichen Bojenverbindungsleitung in das Seegebiet,
c) die Messeinrichtung erfasst und verarbeitet Potentialdifferenzdaten der Elektrode der Hauptboje und der Elektrode der Nebenboje, Positionsdaten der Positionsbestimmungseinrichtung der Hauptboje und Positionsdaten der Positionsbestimmungseinrichtung der Nebenboje,
d) die Sendeeinrichtung sendet von der Messeinrichtung verarbeitete Potentialdifferenzdaten und Positionsdaten der Hauptboje und der Nebenboje.

Die Bojenverbindungsleitung ermöglicht es, dass der Abstand zwischen der Hauptboje und der Nebenboje und damit der Abstand zwischen den Elektroden groß ist. Wegen des großen Abstandes zwischen den Elektroden ist die Empfindlichkeit hoch. Unterwasserfahrzeuge sind detektierbar, weil elektrische Ströme des kathodischen Korrosionsschutzes der Wasserfahrzeuge die messbaren elektrischen Felder erzeugen.
Durch die Positionsbestimmungen der Bojen ist der Abstand der Elektroden bestimmbar. Mit dem Abstand der Elektroden und der gemessenen Potentialdifferenz zwischen den Elektroden ist das elektrische Feld in der Einheit Volt pro m bestimmbar.
Die Sendeeinrichtung gibt die Daten über beispielsweise einen Satelliten an eine Zentrale weiter. Aufgrund der Positionsdaten der Bojen kann ein entdecktes Unterwasserfahrzeug lokalisiert und kartiert werden.
Die an die Zentrale abgegebenen Potentialdifferenzdaten können je nach Aufbereitungsgrad der Messeinrichtung die „mehr oder weniger prozessierten“ gemessenen Potentialdifferenzwerte zwischen den Elektroden der einzelnen Bojen oder Werte eines bereits in der Messeinrichtung berechneten elektrischen Feldes sein.
Die Merkmale des Unteranspruches 2 beschreiben eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung, bei der die übergeordnete Idee Pate stand, dass nur dann Daten versandt werden brauchen, wenn tatsächlich auch ein Wasserfahrzeug mit einer gewissen Wahrscheinlichkeit in der Nähe ist. Deshalb ist ein Grenzwert, der sich auf das berechnete elektrische Feld bezieht, zu überschreiten.
Die Merkmale des Unteranspruches 3 beschreiben eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung. Es wird die Frage beantwortet, wie die Daten der Positionsbestimmungseinrichtung der Nebenboje der Sendeeinrichtung zugeführt werden. Da ohnehin eine Bojenverbindungsleitung vorliegt, wird eine zusätzliche Glasfaser in diesem Kabel zur Datenübertragung eingesetzt.
Der Unteranspruch 4 geht darauf ein, wie ein für die Potentialdifferenzmessung großer Abstand zwischen der Hauptboje oder eine Nebenbojen eingehalten werden kann. Angegeben wird, dass mindestens eine Hauptboje oder eine Nebenboje verwendet wird, die ein Antriebsmittel zum Abstandhalten aufweist.
Der Unteranspruch 5 konkretisiert das zuvor genannte Antriebsmittel und legt dar, dass das zuvor genannte Antriebsmittel zum Abstandhalten ein Wellengleitantrieb ist, der seine Energie aus den Wasserwellen generiert.
Obgleich vom Wortlaut des Anspruches 1 nicht ausgeschlossen, gibt der Unteranspruch 6 explizit an, dass das Set weitere Nebenbojen und Bojenverbindungsleitungen umfasst. Jedoch erschwert sich die Handhabung mit jeder zusätzlichen Nebenboje überproportional, weil sich die Verbindungsleitungen leicht verknoten und dadurch eine Abstandseinhaltung erschweren.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend an Hand der Zeichnungen näher erläutert. Hierbei zeigen jeweils als einfache Prinzipskizzen:

1 eine Anordnung von Bojen zur Messung von Potentialdifferenzen zur Detektion von Unterwasserfahrzeugen;
2 die zuvor dargestellte Anordnung von Bojen, jedoch vergrößert dargestellt.

1 zeigt einen Messort A mit einer Hauptboje 10 mit einer Elektrode 12 und einen Messort B mit einer Nebenboje 20 mit einer Elektrode 22. Da zu detektierende Wasserfahrzeuge über eine kathodische Schutzeinrichtung verfügen, fließen elektrische Ströme, die ein elektrisches Feld erzeugen. Das elektrische Feld des zu detektierenden Unterwasserfahrzeuges ist durch eingezeichnete Feldlinien illustriert.
Der in der Einheit Volt zu messende Potentialdifferenzwert ist die Differenz des Potentialwertes V_A am eingezeichneten Messort A und des Pötentialwertes V_B am eingezeichneten Messort B. Es wird die Differenz der Potentialwerte gemessen, also ein relativer Wert, wobei die absoluten Werte des Potentials am Messort A und am Messort B nicht erfasst werden. Das elektrische Feld E_AB ist die auf den Abstand r der Elektroden bezogene Potentialdifferenz. $E_{A B} = \frac{V_{A} - V_{B}}{r}$
2 zeigt Einzelheiten. Das Verfahren zur Detektion von Unterwasserfahrzeugen durch Messung von Potentialdifferenzen auf See verwendet ein Set aufweisend

• eine Hauptboje 10 mit einer Elektrode 12, einer Messeinrichtung 14, einer Positionsbestimmungseinrichtung 16 und einer Sendeeinrichtung 18, derart, dass die Elektrode 12 und die Positionsbestimmungseinrichtung 16 an der Messeinrichtung 14 und die Messeinrichtung 14 an die Sendeeinrichtung 18 angeschlossen sind,
• eine Nebenboje 20 mit einer Elektrode 22 und einer Positionsbestimmungseinrichtung 26,
• eine mindestens 20 m lange, elektrische Bojenverbindungsleitung 30, die in einer Anschlussstellung die Elektrode 22 der Nebenboje 20 mit der Messeinrichtung 14 der Hauptboje 10 verbindet.

Eine Haspel 31 erleichtert die Handhabung, da ein Verknoten der Bojenverbindungsleitung 30 vermieden wird.
Das Verfahren umfasst folgende Schritte:

a) Transport des Sets in ein Seegebiet,
b) Verbringung der Hauptboje 10, der Nebenboje 20 und der in der Anschlussstellung befindlichen Bojenverbindungsleitung 30 in das Seegebiet,
c) die Messeinrichtung 14 erfasst und verarbeitet Potentialdifferenzdaten der Elektrode 12 der Hauptboje 10 und der Elektrode 22 der Nebenboje 20, Positionsdaten der Positionsbestimmungseinrichtung 16 der Hauptboje 10 und Positionsdaten der Positionsbestimmungseinrichtung 26 der Nebenboje 20,
d) die Sendeeinrichtung 18 sendet von der Messeinrichtung 14 verarbeitete Potentialdifferenzdaten und Positionsdaten der Hauptboje 10 und der Nebenboje 20.

Die Sendeeinrichtung 18 gibt die Daten über beispielsweise einen Satelliten an eine Zentrale weiter. Aufgrund der Positionsdaten der Hauptboje 10 und Nebenboje 20 kann ein entdecktes Unterwasserfahrzeug lokalisiert und kartiert werden.
Die Messeinrichtung 14 berechnet aus den Positionsdaten und Potentialdifferenzdaten der Hauptboje 10 und der Nebenboje 20 einen Wert eines elektrischen Feldes. Die Sendeeinrichtung 18 sendet die von der Messeinrichtung 14 verarbeiteten Positionsdaten und Potentialdifferenzdaten der Hauptboje 10 und der Nebenboje 20, wenn der berechnete Wert des elektrischen Feldes einen Grenzwert überschreitet.
Ergänzend oder alternativ könnte die Zentrale die Potentialdifferenzwerte und Positionswerte auch gezielt abrufen. Hierzu ist die Sendeeinrichtung 18 als eine Sende- und Empfangseinrichtung auszubilden, um mit der Zentrale kommunizieren zu können.
Die Bojenverbindungsleitung 30 weist zusätzlich eine Glasfaser auf. Die Daten der Positionsbestimmungseinrichtung 26 der Nebenboje 20 werden über diese Glasfaser der Messeinrichtung 14 der Hauptboje 10 zugeführt. Alternativ käme auch eine Funkverbindung von der Nebenboje 20 zu der Hauptboje 10 in Frage.
Es wird eine Hauptboje 10 verwendet wird, die ein Antriebsmittel zum Abstandhalten aufweist. Wie dargestellt, ist das Antriebsmittel zum Abstandhalten ein Wellengleitantrieb, der die Energie zur Fortbewegung aus den Wasserwellen gewinnt. Daher ist die Hauptboje 10 als Wellengleiter ausgebildet.
Alternativ könnte auch eine Nebenboje 20 verwendet werden, die alleinig oder wie auch die Hauptboje 10 Antriebsmittel zum Abstandhalten aufweist.
In Abweichung zum dargestellten Ausführungsbeispiel kann das Set auch weitere Nebenbojen 20 und Bojenverbindungsleitungen 30 umfassen.
Bezugszeichenliste

10: Hauptboje
12: Elektrode
14: Messeinrichtung
16: Positionsbestimmungseinrichtung
18: Sendeeinrichtung
20: Nebenboje
22: Elektrode
26: Positionsbestimmungseinrichtung
30: Verbindungsleitung
31: Haspel
40: Wellengleitantrieb
A: Messpunkt
B: Messpunkt
r: Abstand der Messpunkte

Claims

Verfahren zur Detektion von Unterwasserfahrzeugen durch Potentialdifferenzmessungen, unter Verwendung eines Sets aufweisend • eine Hauptboje (10) mit einer Elektrode (12), einer Messeinrichtung (14), einer Positionsbestimmungseinrichtung (16) und einer Sendeeinrichtung (18), derart, dass die Elektrode (12) und die Positionsbestimmungseinrichtung (16) an der Messeinrichtung (14) und die Messeinrichtung (14) an der Sendeeinrichtung (18) angeschlossen sind, • eine Nebenboje (20) mit einer Elektrode (22) und einer Positionsbestimmungseinrichtung (26), • eine mindestens 20 m lange, elektrische Bojenverbindungsleitung (30), die in einer Anschlussstellung die Elektrode (22) der Nebenboje (20) mit der Messeinrichtung (14) der Hauptboje (10) verbindet, derart, dass das Verfahren folgende Schritte umfasst: a) Transport des Sets in ein Seegebiet, b) Verbringung der Hauptboje (10), der Nebenboje (20) und der in der Anschlussstellung befindlichen Bojenverbindungsleitung (30) in das Seegebiet, c) die Messeinrichtung (14) erfasst und verarbeitet Potentialdifferenzdaten der Elektrode (12) der Hauptboje (10) und der Elektrode (22) der Nebenboje (20), wobei die auf den Abstand (r) der Elektroden (12, 22) bezogenen Potentialdifferenzdaten einem elektrischen Feld entsprechen, das durch elektrische Ströme eines kathodischen Korrosionsschutzes von zu detektierenden Unterwasserfahrzeugen erzeugt wird, Positionsdaten der Positionsbestimmungseinrichtung (16) der Hauptboje (10) und Positionsdaten der Positionsbestimmungseinrichtung (26) der Nebenboje (20), d) die Sendeeinrichtung (18) sendet die von der Messeinrichtung (14) verarbeiteten Potentialdifferenzdaten und Positionsdaten der Hauptboje (10) und der Nebenboje (20).
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Messeinrichtung (14) aus den Potentialdifferenzdaten und Positionsdaten der Hauptboje (10) und der Nebenboje (20) einen Wert des elektrischen Feldes berechnet und bei dem die Sendeeinrichtung (18) die von der Messeinrichtung (14) verarbeiteten Potentialdifferenzdaten und Positionsdaten der Hauptboje (10) und der Nebenboje (20) erst dann sendet, wenn der berechnete Wert des elektrischen Feldes einen Grenzwert überschreitet.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem eine Bojenverbindungsleitung (30) verwendet wird, die zusätzlich eine Glasfaser aufweist, über die Daten der Positionsbestimmungseinrichtung (26) der Nebenboje (20) der Messeinrichtung der Hauptboje (10) zugeführt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem mindestens eine Hauptboje (10) oder eine Nebenboje (20) verwendet wird, die ein Antriebsmittel zum Abstandhalten aufweist.
Verfahren nach Anspruch 4, bei dem das Antriebsmittel zum Abstandhalten ein Wellengleitantrieb (40) ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem das Set weitere Nebenbojen (20) und Bojenverbindungsleitungen (30) umfasst.
Set gemäß den Merkmalen nach einem der Ansprüche 1 bis 6 zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 6.