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Verfahren zum Absuchen eines Seegebietes mittels eines Unterwasserfernsehgerätes
Die Erfindung bezieht sieh auf ein Verfahren zum Absuchen eines Seegebietes mittels
eines von einem Kommandogerät in der Leitstation eines überwasserfahrzeuges ferngesteuerten
Unterwasserfernsehgerätes, das entweder durch Eigenantrieb über den Meeresboden
geführt oder über diesen geschleppt wird. Solche Geräte werden unter anderem eingesetzt,
um bestimmte Seegebiete nach interessierenden, am Meeresboden liegenden Objekten
abzusuchen oder um bereits mit anderen Verfahren, insbesondere durch Echolotung
festgestellte Objekte durch das Fernsehen einer genaueren Untersuchung zu unterziehen.
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Beim Absuchen eines Seegebietes mittels eines Unterwasserfernsehgerätes
ist es wichtig, das Suchgerät so genau zu führen, daß trotz der verhältnismäßig
geringen Sichtweite ein lückenloses Absuchen eines bestimmten Gebietes gewährleistet
wird. Dies war aber mit -den bisher angewandten Suchverfahren nicht möglich. Bei
den bekannten Verfahren waren die Bezugsstationen immer beweglich, nämlich auf einem
Schiff angeordnet. Eine solche Bezugsstation, auch wenn ein Schiff vor Anker liegt,
verändert aber laufend ihre Position, die auch mit den heute bekannten, mit optischen
oder elektromagnetischen Mitteln arbeitenden Ortungsverfahren nicht genügend genau
ermittelt werden kann, um die an ein derartiges Suchgerät gestellten Forderungen
zu erfüllen. Infolgedessen können die parallelen Suchstreifen nicht mit der genügenden
Genauigkeit nebeneinandergelegt werden. Aber selbst wenn die Navigationsmethode
ausreichend genaue Unterlagen liefern würde, so wäre es doch schwierig, das Schiff,
das dem Einfluß von Seegang und Wind ausgesetzt ist, genügend genau zu navigieren.
Weiterhin wäre es bei einem Einsatz der Unterwassersuchgeräte in größeren Wassertiefen
schwierig, den Kurs des Suchgerätes am Meeresboden mit dem Kurs des Schiffes in
übereinstimmung oder richtige Zuordnung zu bringen und in einer vorgesehenen Position
zu halten. Durch Fahrt, Seegang oder Abtrift des Schiffes treten bei größeren Tiefen
immer erhebliche Abweichungen gegenüber der Schiffsposition auf.
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Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein eingangs erwähntes
Verfahren zum Absuchen eines Seegebietes so auszubilden, daß das Unterwasserfernsehgerät
genau genug geführt werden kann, um ein lückenloses Absuchen des Gebietes zu gewährleisten.
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Die erfindungsgemäße Lösung der gestellten Aufgabe wird bei einem
derartigen Verfahren darin gesehen, daß die Abstände zwischen der jeweiligen Position
des Unterwasserfernsehgerätes und zwei oder mehreren im Suchbereich am Meeresboden
ortsfest ausgelegten Bezugsstationen durch eine an sich bekannte Anlage für aktive
oder passive Unterwasserschallortung gemessen und im Kommandogerät in der Leitstation
des Überwasserfahrzeuges zur Anzeige gebracht werden, wofür das Unterwasserfernsehgerät
und die Bezugsstationen, entsprechend dem gewählten Ortungssystem, mit Schallsendern,
Empfängern und gegebenenfalls Reflektoren sowie mit Einrichtungen zur übertragung
der Ortungsmeßwerte an das Kommandogerät in der Leitstation ausgerüstet sind. Da
sich bei diesem neuen Suchverfahren Suchgerät und Bezugsstationen am Meeresboden
befinden, ist die Messung nicht mehr den durch Seegang und Wind verursachten Schwankungen
unterworfen und von den Bewegungen der Leitstation auf dem überwasserfahrzeug völlig
unabhängig. Dadurch wird eine sehr zuverlässige Ortsbestimmung und Führung des Unterwasserfernsehgerätes
möglich, und der ganze Suchvorgang wird wesentlich genauer und wendiger. Von einer
Anfangsbasis ausgehend, die aus zwei festen Bezugsstationen besteht, kann man sowohl
den Standort des ferngesteuerten Unterwasserfernsehgerätes als auch den Standort
neuer Bezugsstationen mit Unterwasserschallortungsgeräten genau ermitteln und die
Suchspuren mittels der Unterwasserschallortungseinrichtungen lückenlos aneinanderreihen.
Dabei besteht die Möglichkeit, die Standortbestimmung der Anfangsbasis mit Hilfe
herkömmlicher Ortungsverfahren durchzuführen und damit zunächst die Grenze des abzusuchenden
Seegebietes festzulegen.
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Die übertragung der Ortungsmeßwerte an das Kommandogerät in der Leitstation
kann auf drahtlosem Wege mittels Unterwasserschallwellen oder auf elektromagnetischem
Wege mit Hilfe schwimmender Bojen erfolgen, die durch Kabel mit den Bezugsstationen
verbunden sind.
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DieZeichnung veranschaulicht einigeAusführungsbeispiele einer Vorrichtung
für ein Suchverfahren nach der Erfindung. Es zeigt F i g. 1 die Anordnung
eines Unterwasserfernsehgerätes in Verbindung mit einer Einrichtung zur Grundortung,
F
i g. 2 eine Einrichtung zur Registrierung der Entfernung des Unterwasserfernsehgerätes
von zwei Bezugsstationen, F i g. 3 ein zugehöriges Rechengerät zur Positionsermittlung
ans den gemessenen Entfernungen, F i g. 4 eine Bildschirmröhre mit kombinierter
Bild- und Entfernungsanzeige, F i g. 5 und 6 zwei verschiedene Ausführungsformen
für Anlagen zur Grundortung, F i g. 7 eine Einrichtung zur Anzeige der Peilrichtungen
vom Unterwasserfernsehgerät zu zwei Bezugsstationen, F i g. 8 eine Einrichtung
zum Registrieren der Peilrichtungen vom Unterwasserfernsehgerät zu den beiden Bezugsstationen
und F i g. 9 das Anordnungssehema eines Unterwasserfernsehgerätes mit drei
Bezugsstationen.
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Im folgenden werden einige Einrichtungen beschrieben, wie sie in Verbindung
mit einem Suchverfahren nach der vorliegenden Erlindung Anwendung finden können,
um ein systematisches und möglichst lückenloses Absuchen des Meeresgrundes zu ermöglichen.
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F i g. 1 zeigt die Anordnung eines Unterwasserfernsehgerätes
in Verbindung mit einer Einrichtung zur Grundortung. Diese Einrichtung besteht aus
einer Bezugsstation 2 in Form eines Grundgestells mit einem Schallsender und einer
zweiten Bezugsstation 3
gleicher Art, die beide durch Kabel 4 und
5 mit dem zweckmäßig zwischen den beiden Bezugsstellen vor Anker liegenden
Leitschiff 6 verbunden sind. An Stelle einer Kabelverbindung zwischen den
Bezugsstellen und dem Leitschiff könnte auch mit etwas mehr Aufwand eine Unterwasserschallverbindung
oder eine kombinierte Kabel-Funk-Verbindung vorgesehen sein. Das Unterwasserfernsehgerät
1 ist ebenfalls durch ein Kabel 7 mit der Leitstation 6 verbunden
und ist selbst beweglich ausgebildet und mit einem Schallempfänger versehen. Die
beiden synchronisiert getasteten Schallsender der Bezugsstationen 2 und
3
ermöglichen durch Laufzeitmessung des Schalles eine Bestimmung der Entfernungen
x und y zwischen dem Unterwasserfernsehgerät und den Bezugsstationen 2 und
3. Die Größe der Basis, nämlich der Abstand a der beiden Bezugsstationen
2 und 3, sowie die geographische Richtung der Basis muß natürlich bekannt
sein. Die Länge der Basis kann ebenfalls durch eine Laufzeitmessung des Schalles
ermittelt werden, wenn beispielsweise der Schallsender in der Bezugsstation
3
kurzzeitig als Empfänger geschaltet wird. Eine derartige Bestimmung der
Basislänge -hat den Vorteil, daß Abweichungen der Schallgeschwindigkeit von dem
angenommenen Wert weitgehend eliminiert werden, weil anzunehmen ist, daß die gleichen
Geschwindigkeitsabweichungen sowohl für die Basisbestimmung als auch für die Entfernungsbestimmung
zwischen den Bezugsstationen und dem Unterwasserfernsehgerät auftreten. Im allgemeinen
werden die Bezugsstationen aber beim Absenken der Grundgestelle, welche die Schallsender
enthalten, von der Oberfläche aus vermessen, wobei die in der Seeschiffsnavigation
bekannten Verfahren angewandt werden. Neben der Bestimmung der Basislänge durch
Laufzeitmessung des Unterwasserschalles kann natürlich auch die Richtungsbestimmung
der Basis durch eine Schallpeilung, beispielsweise durch Summendifferenzverfahren
zwischen den beiden Bezugsstationen erfolgen. Die bei diesem Verfahren angewandte
direkte Laufzeitmessung des Wasserschalles zwischen den Bezugsstationen und dem
Unterwasserfernsehgerät ermöglicht eine leichte Auswertung.
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F i g. 2 zeigt eine Einrichtung zur Registrierung der Entfernungen
x und y mit Hilfe eines Bandschreibers, bei dem die Echoirnpulse durch einen
quer über einen in Pfeilrichtung bewegten Registrierstreifen 8 im Takt der
Lotungen geführten Griffel 9 in Form von Entfernungskurven 10 und
11 aufgezeichnet werden.
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Die Meßwerte x und y lassen sich z. B. mit Hilfe des in F i
g. 3 gezeigten Rechengerätes zur Positionsermittlung verwerten. Darin wird
die Position des Unterwasserfernsehgerätes durch den Kreuzungspunkt P zweier Lineale
12 und 13 angezeigt, die um den Bezugsstationen 2 und 3 zugeordnete
Punkte 14 und 15 über einem Meßblatt 16 schwenkbar sind und so eingestellt
werden, daß ihre Längen bis zum Punkt P den Entfernungen x und y entsprechen.
Der apparative Aufwand ist relativ gering und die Ortungsbestimmung ziemlich genau.
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Die Entfernungen y und x können auch, wie in F i
g. 4 dargestellt, in einem Teil der Bildschirmröhre zusammen mit dem Objekt
angezeigt werden, indem die Anzeige eines Entfernungsmeßgerätes durch eine Fernsehapparatur
auf den Bildschirm übertragen wird.
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Eine Ortsbestimmung ist auch, wie F i g. 5 veranschaulicht,
ohne jegliche Kabelverbindung der Bezugsstationen 2 und 3 untereinander oder
der Bezugsstationen zum Unterwasserfernsehgerät möglich. Die Bezugsstationen enthalten
in diesem Fall lediglich aktive oder passive Schallreilektoren. Die Speisung etwaiger
aktiver Reflektoren müßte durch eigene Stromversorgung, z. B. durch Batterie, erfolgen.
Die Ortsbestimmung des Unterwasserfernsehgerätes erfolgt durch ein mit dem Unterwasserfernsehgerät
zusammengebautes Horizontalecholot, mit dem laufend die Bezugsstationen angelotet
werden. Durch Laufzeitmessung werden die Entfernungen von den Bezugsstationen und/oder
durch Peilung die Richtungen bestimmt.
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Dieses Verfahren liefert ebenfalls recht genaue Ergebnisse, ist aber
durch die Horizontallotlage, welche im allgemeinen recht erhebliche Leistungen benötigt
und eventuell durch die bei größeren Entfernungen erforderlich werdenden aktiven
Schallreflektoren in apparativer Hinsicht umfangreicher. Die Leitstation ist dabei
völlig unabhängig von den Bezugsstationen und kann daher das Unterwasserfernsehgerät
auch selbst über das abzusuchende Gebiet bewegeni so daß das Unterwasserfernsehgerät
nicht selbst beweglich zu sein braucht.
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Die in F i g. 6 dargestellte Anordnung entspricht im wesentlichen
der vorhergehend beschriebenen, je-
doch sind an den Bezugsstationen 2 und
3 keine Schallreffektoren, sondern SchaUsender angeordnet, die durch eigene
Stromversorgung, z. B. Batterien, kontinuierlich oder intermittierend betrieben
werden. Im Unterwasserfernsehgerät 1 wird in diesem Fall ein drehbarer oder
rotierender Schallempfänger mit drehbarer Empfangscharakteristik angeordnet, der
ein Anpeilen der an den Bezugspunkten angeordneten Schallsender ermöglicht. Der
Betrieb der beiden Schallsender kann auf gleicher Frequenz ohne unterschiedliche
Merkmale erfolgen, jedoch kann auch die Frequenz der beiden Schallsender verschieden
sein, was zwei entsprechend abgestimmte Peilempfänger im
Unterwasserfernsehgerät
erforderlich machen würde. Auch kann eine Kennung der auf gleicher Frequenz arbeitenden
Schallsender durch verschiedene Modulation oder verschiedene Tastfolge erreicht
werden, was den Aufwand am Unterwasserfernsehgerät wiederum auf einen Schallempfänger
reduzieren würde. Dieses Verfahren setzt zur Ortsbestimmung die Verwendung von mindestens
zwei mit Schallsendern bestückten Bezugsstationen voraus. Außerdem ist eine Nord-Süd-Information
durch einen Kompaß erforderlich. Bei Verwendung von drei mit Schallsendern bestückten
Bezugsstationen kann auf den Kompaß verzichtet werden.
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Die Anzeige der Peilwinkel bei der Leitstation kann, wie in F i
g. 7 gezeigt, optisch erfolgen durch eine synchron mit dem Peilempfänger
sich drehende Amplitudenröhre oder einen synchron zum Peilempfänger abgelenkten
Kathodenstrahl. Auch kann die Aufzeichnung, wie in F i g. 8 dargestellt,
durch einen Echographen mit Papiervorschub durch ein Uhrwerk erfolgen, dessen Schreibnadel
synchron zur Richtungsverstellung des Peilempfängers über eine Gradpeilung bewegt
wird.
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F i g. 9 schließlich zeigt eine Anordnung ähnlich der vorher
beschriebenen, jedoch mit einer Verbindung durch Kabel und/oder sich im Raum ausbreitende
Wellen zwischen den beiden Bezugsstationen zum Zweck einer Synchronisation der Sendertastung.
Die Speisung der Sender muß ebenfalls durch eigene Stromversorgung der Bezugsstationen,
z. B. Batterien, erfolgen. Bei zwei Bezugsstationen 2 und 3 und synchron
getasteten Sendern der beiden Bezugsstationen ist eine Messung der Differenz der
Laufzeiten des Schalles zwischen Bezugsstation 2 und Unterwasserfernsehgerät einerseits
und zwischen Bezugsstation 3
und Unterwasserfernsehgerät andererseits möglich.
Als Ortskurve der Laufzeitdifferenz bei zwei Bezugsstationen ergibt sich jeweils
eine Hyperbel. Bei drei Bezugsstationen 2, 3 und 17 gibt es drei Laufzeitdifferenzmessungen
(2/3, 3/17 und 17/2) und dementsprechend drei Hyperbeln, die sich
im Ortungspunkt 1
schneiden. Bei drei Bezugsstationen würde die Laufzeitdifferenzmessung
zur Ortsbestimmung ausreichen. Bei zwei Bezugsstationen ist eine zusätzliche Richtungsinformation
erforderlich. Bei drei Bezugsstationen kann also ein ungerichteter Schallempfänger
im Unterwasserfernsehgerät verwendet werden, bei zwei Bezugsstationen muß ein drehbarer
Peilempfänger verwendet werden.
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Wenn in vorstehendem von einem drehbaren Peilempfänger gesprochen
wurde, so soll hierunter ein Schallempfänger verstanden werden, bei dem die Empfangscharakteristik
gedreht werden kann oder kontinuierlich rotiert. Ob die Charakteristik durch
elektrische Mittel oder Schallempfänger bzw. die Schallempfängergruppe mechanisch
gedreht wird, ist für das Verfahren belanglos.
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Mit dem beschriebenen Unterwasserschallortungsverfahren ist es möglich
-, über Entfernungen von einigen hundert Metern eine genügend genaue Ortung durchzuführen,
bei welcher der Fehler kleiner ist als die übliche Unterwassersichtweite der Unterwasserfernsehgeräte.
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Die Positionssteuerunaen können auch selbsttätig durchgeführt werden,
indem die Abweichungen der tatsächlichen Position von einer im voraus vorgeschriebenen
Sollposition festgestellt und aus der Ab-
weichung ein Korrektionssteuerwert
abgeleitet wird. Ein mit Eigenantrieb versehenes Unterwasserfernsehgerät kann, ohne
Beeinflussung durch die Bewegungen der Leitstation, in der gewünschten Weise, und
zwar vorzugsweise auf Parallelkursen gleichen Abstandes über den Meeresgrund geführt
werden. Ferner kann durch Registrierung der Bewegung des Unterwasserfernsehgerätes
auf einer Seekarte oder einer dem abzusuchenden Gebiet entsprechenden Registrierplatte
mit einer der Reichweite maßgeblichen Strichstärke eine Kontrolle darüber erhalten
werden, ob das abgesuchte Gebiet wirklich vollständig erfaßt wurde. Etwaige Lücken
können dann nachträglich durch nochmaliges Hinführen des Unterwasserfernsehgerätes
abgesucht werden. Sehr große abzusuchende Seegebiete sind in kleinere, der Reichweite
der Schallübertragung entsprechende oder bei sehr großen Genauigkeitsanforderungen
in noch kleinere Teilgebiete aufzugliedern, und es ist das oben beschriebene Verfahren
durch systematisches Verlagern der festen Bezugsstation oder Bezugsstationen jeweils
zu wiederholen. Beim erstmaligen Auslegen der Bezugsstationen in einem bestimmten
Seegebiet kann die Lage mit Hilfe eines normalen Peilverfahrens bestimmt werden.
Beim Verlagern der Bezugsstationen geht man zweckmäßig so vor, daß bei Verwendung
von z. B. drei Bezugsstationen 2, 3 und 17 vor dem Aufholen der Station
2 die Station 17 ausgebracht, als Sender geschaltet und mit Hilfe von Station
2 und 3
genau ausgemessen wird. Dann kann die Station 2 aufgeholt und die
Station 17, als Empfänger geschaltet, zusammen mit der Station
3 als neue Meßbasis benutzt werden.
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Für sehr genaue Messungen wird man die von Wassertemperatur und Salzgehalt
abhängige Schallgeschwindigkeit in an sich bekannter Weise berücksichtigen.
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Im Rahmen der Erfindung sind noch mancherlei Abänderungen und andere
Ausführungen möglich. Wenn z. B. die Anforderungen an die Genauigkeit der Ortsbestimmungen
weniger groß sind, weil wegen klaren oder wenig getrübten Wassers gute Sichtverhältnisse
und damit eine große Sichtweite für das Unterwasserfernsehgerät vorliegen, kann
die Ortsbestimmung auch mit einer einzigen Bezugsstation und Messung von Richtung
und Entfernung zum Unterwasserfernsehgerät durch ein Echolotgerät, in Verbindung
mit einer Azimutmessung, z. B. durch einen mit dem Unterwasserfernsehgerät zusammengebauten
Kompaß, erfolgen. Zum Schleppen und Beobachten kann an Stelle eines Wasserfahrzeuges
auch ein Hubschrauber verwendet werden. Auch läßt sich die beschriebene Art der
Grundortung sinngemäß für das Absuchen durch Taucher anwenden.