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Die
vorliegende Erfindung betrifft die Unterwasserdetektionssysteme,
die mindestens ein lineare Empfangsantenne verwenden, die von einem Überwasserschiff
oder einem U-Boot geschleppt wird. Genauer gesagt, betrifft sie
die Systeme zur Aktivierung der linearen Antennen, die von einem Überwasserschiff
geschleppt und auf Winden aufgerollt werden können.
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Bei
den bekannten Systemen schleppt das Überwasserschiff einen Fisch,
der den Schallsender enthält,
welcher aus mehreren Niederfrequenzwandlern besteht und an dem die
lineare Empfangsantenne befestigt ist. Man findet die Beschreibung
eines solchen Systems zum Beispiel in dem französischen Patent Nr. 95 07228,
das am 16. Juni 1995 von der Firma Thomson-CSF angemeldet, am 31.
Oktober 1996 unter der Nummer 2 735 645 veröffentlicht und am 30. Juli
1997 erteilt wurde. Diese Systeme erfordern aufwändige Mittel bezüglich des
Zuwasserlassens und Rückholens
an Bord des Schiffes. An materiellen Mitteln muss das Schiff über mindestens
einen einer Winde zugeordneten Kran verfügen, und bezüglich der
personellen Mittel hat die Erfahrung gezeigt, dass mindestens drei
Personen notwendig sind, um die Manöver unter Sicherheitsbedingungen durchzuführen, die
trotzdem mittelmäßig und
bei starkem Seegang sogar schlecht bleiben.
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Ein
Fisch, wie er in dem erwähnten
Patent beschrieben ist, wiegt zum Beispiel an der Luft um die zwei
Tonnen. Insbesondere beim Einholen muss daher der Fisch nach dem
Aufrollen des schweren Kabels auf eine Winde mit der dahinter befestigten
linearen Antenne angehoben, dann die Antenne gelöst und auf eine zweite Winde
aufgerollt werden.
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Gemäß dem Stand
der Technik, der zum Beispiel im französischen Patent Nr. 94 15109,
angemeldet am 15. Dezember 1994 von der Delegation Générale à l'Armement und veröffentlicht
am 21. Juni 1996 unter der Nr. 2 728 425 beschrieben ist, wird der Schallsender
von einer linearen Antenne gebildet, die elektroakustische Wandler
vom Typ Tonpilz mit zwei Schalltrichtern aufweist. Gemäß einer
auf Seite 19 und in 6 beschriebenen Ausführung folgen auf
die Sendeantenne eine oder mehrere lineare Empfangsantennen, davon
mindestens eine mit Aufhebung der Mehrdeutigkeit. Wenn dieses System auch
das vorher erwähnte
Problem der Handhabung löst
und es ermöglicht,
ein leichteres U-Boot-Bekämpfungssystem
als die bekannten Systeme zu erhalten, so hat es aber den Nachteil,
beim Senden richtungsabhängig
zu sein, was genau dem in diesem Patent beschriebenen Ziel der Erfindung
entspricht, das darin besteht, von einem bekannten raumbezogenen
Sendesystem zu einem stark in einer waagrechten Ebene gerichteten
System überzugehen.
Daher ermöglicht
die Verwendung von Wandlern vom Typ Tonpilz, deren Sendeflächen sich
in der Achse der Antenne befinden, nicht die Bildung von Kanälen in bezüglich dieser
Achse geneigten Richtungen. Dies stammt von den akustischen Wechselwirkungen
zwischen den Wandlern, die sich gegenseitig "sonarisieren". Außerdem ist der Durchmesser der
Antenne groß,
in der Größenordnung
von 20 cm, was zu enormen Problemen bei ihrem Aufrollen auf eine
Winde führt.
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Unter
diesen Umständen
ist der operationelle Nutzen dieser Vorrichtung stark reduziert.
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Das
deutsche Patent
DE
197 43 096 C1 beschreibt ein geschlepptes Niederfrequenz-Unterwasserdetektionssystem,
das in Reihe auf der gleichen Schleppleine eine lineare Sendeantenne
gefolgt von einer linearen Empfangsantenne aufweist, wobei die Sendeantenne
eine Einheit von "Flextensoren- Transduktoren" (Biege-Dehn-Wandlern)
vom zylindrischen einschaligen Typ und Mittel zum Speisen dieser Wandler
aufweist, wobei die beiden Antennen einen im Wesentlichen gleichen
Durchmesser haben.
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Die
Erfindung schlägt
ein Unterwasserdetektionssystem gemäß Anspruch 1 vor. Insbesondere schlägt die Erfindung
vor, eine lineare Sendeantenne mit mehreren Sendeeinheiten zu verwenden,
wobei jede Einheit einen Transduktor-Flextensor (20) vom zylindrischen
einschaligen Typ aufweist, der einem zylindrischen Container (21)
zugeordnet ist, der es ermöglicht,
die Schwimmfähigkeit
zu regeln. Diese Antenne ist einem System zur Bildung von Kanälen in Senderichtung
zugeordnet, wobei die Einheit es ermöglicht, einen Sendemodus zu
erhalten, der den ganzen Raum abdeckt.
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Gemäß einem
weiteren Merkmal der Erfindung erfolgt die Kanalbildung in Senderichtung
gemäß drei unterschiedlichen
Sendemodi: einem gerichteten Modus, einem Sektormodus und einem 360°-Sendemodus
vom Typ "Rotary
Directional Transmitter" (RDT).
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Gemäß einem
weiteren Merkmal der Erfindung ist der 360°-Sendemodus von der Art "Rotary Directional
Transmitter" vom
Typ mit Doppelstrahl.
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Gemäß einem
weiteren Merkmal der Erfindung wird der Sendeantenne eine Empfangsantenne zugeordnet,
die Tripletts von Hydrofonen aufweist, die steif in eine einzige
lineare Antenne integriert sind.
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Schließlich sind
gemäß einem
weiteren Merkmal der Erfindung die Durchmesser der Sende- und Empfangsantenne
gleich.
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Weitere
Besonderheiten und Vorteile gehen klar aus der nachfolgenden, als
nicht einschränkend zu
verstehendes Beispiel dienenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die
Figuren hervor. Es zeigen:
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1 eine
schematische Ansicht des gesamten Systems;
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2 eine
perspektivische Ansicht von zwei Sendeeinheiten;
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3 eine
Schnittansicht eines Wandlers 20 der 2;
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4 eine
graphische Darstellung von Richt- und Sektor-Sendemodi;
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5 ein
Phasenkorrekturgesetz der Sendesignale;
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6 eine
graphische Darstellung des Sendemodus RDT;
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7 ein
Diagramme der Sendezeiten in diesem Modus RDT;
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8 eine
perspektivische Ansicht einer Einheit von zusammengebauten Empfangsmodulen; und
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9 eine
auseinander gezogene Perspektivansicht eines dieser Module.
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In 1,
die ein Gesamtschema des Systems darstellt, schleppt ein Überwasserschiff 10 über ein
schweres Kabel 11 eine Sendeantenne 12 und eine
Empfangsantenne 13. In bekannter Weise reduzieren Dämpfungsmodule 112 und 113 die
durch das Schleppen sowie von einem Endkabel 114 erzeugten Vibrationen.
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In 2 ist
ein Ausführungsbeispiel
von zwei Sendeeinheiten dargestellt, die nach ihrer Umhüllung eine
Sendeantenne bilden. Jede Einheit wird von einem Flextensor-Transduktor 20 und
von einem zylindrischen Container 21 gebildet, der es ermöglicht,
die Schwimmfähigkeit
der Einheit zu regeln. Der Wandler ist von der Art geschlitzter
einschaliger Flextensor, wie er zum Beispiel im französischen
Patent Nr. 95 10534 beschrieben ist, das am 8. September 1995 von
der Anmelderin angemeldet, am 20. Januar 1997 unter der Nr. 2 738
704 veröffentlicht
und am 7. Oktober 1997 erteilt wurde. Ringe 200, die im
Abstand von 120° mit
drei Zapfen 201 versehen sind, ermöglichen den Halt und die Zentrierung
der Wandler in der Hülle.
Am Kopf der Antenne enthält
ein nicht dargestellter Modul die elektrischen Transformatoren,
die es ermöglichen,
die Spannung zu erhöhen
und sie auf die Sendefrequenz abzustimmen. Sie sind mit den 2 Steuerdrähten 30 der
piezoelektrischen Motoren der Wandler verbunden, die im Längsschnitt
in 3 dargestellt sind.
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Da
jeder Wandler im Wesentlichen ein kapazitiver Wandler der Größe C ist,
wird die Abstimmung ausgehend von der Induktanz L des Transformators hergestellt,
indem die Formel
angewendet wird, wobei ω der der
Sendefrequenz entsprechende Impuls ist.
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Dieser
Modul empfängt
die Signale vom Überwasserschiff über das
stromleitende Kabel 11.
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Erfindungsgemäß werden
in Senderichtung Kanäle
im ganzen Raum gebildet, indem in bekannter Weise Signale verwendet
werden, die von einer an Bord des Schiffes befindlichen digitalen
Verarbeitungseinheit erhalten werden.
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Hierzu
werden 3 Sendemodi verwendet:
- – ein unter
der englischen Bezeichnung RDT für "Rotary Directional
Transmitter" bekannter 360°-Modus,
- – ein
Sektormodus,
- – ein
Richtmodus.
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Jedem
Sendemodus ist eine digitale Kanalbildung durch Verzögerung zugeordnet,
die im Englischen als "Inverse
Beam Forming" bezeichnet
wird.
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In üblicher
Weise werden die Sendesignale von CW-Impulsen, oder hyperbolischen FM-Impulsen
oder einer Kombination von beiden oder auch BPSK (Binary Phase Shifting
Key) über
variable Zeitdauern geformt. Um einen Kanal zu formen, werden die
ausgehend von Frequenzsynthetisierern erzeugten und digitalisierten
Signale mit einem bestimmten Verzögerungswert für jeden
Transduktor-Flextensor verzögert
und dann verstärkt,
um zur Sendeantenne geschickt zu werden.
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4 stellt
schematisch die Strahlungsdiagramme dar, die im Richtmodus und im
Sektormodus erhalten werden. Im Richtmodus ist der Strahl so schmal
wie möglich
unter Berücksichtigung
der Auflösung
der Antenne, und jedem gesendeten Impuls entspricht eine andere
Richtung.
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Es
wird daran erinnert, dass für
eine lineare Antenne das Strahlungsdiagramm abgesehen von den 2
rechts-links-Richtungen
in der Achse der Antenne ein um die Achse der Antenne drehsymmetrisches
Volumen aufweist, im Englischen "end-fire". Es wird auch daran
erinnert, dass die Breiten der Keulen variabel sind, von der schmalsten
auf der Seite lotrecht zur Achse der Antenne, im Englischen "broad-side", zur breitesten
in "end-fire".
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Die
Kanalbildungen werden klassisch durch Verzögerungen oder Phasenverschiebungen
erhalten, die in das Signal jedes Transduktors-Flextensors eingeführt werden,
wobei dieses Signal von Frequenzsynthetisierern je nach Art des
gesendeten Impulses geliefert wird. Die Verzögerungen werden digital ausgehend
von im Handel erhältlichen
Magnetkarten ausgearbeitet.
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In
bekannter Weise wird der Sektormodul durch Verbreiterung der Hauptkeule
des Sendestrahls erhalten, indem ein Verzögerungs- oder Phasengesetz
programmiert wird, das an die Signale der Wandler angepasst ist,
zum Beispiel ein Gesetz vom quadratischen Typ.
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Gemäß einem
Ausführungsbeispiel
weist die Sendeantenne 16 Wandler auf, und das angewendete Phasenkorrekturgesetz
ist in
5 dargestellt
und ermöglicht
es, Richtkeulen mit steilen Flanken zu erhalten, um sie besser zu trennen.
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Gemäß einem
Merkmal der Erfindung wird ein RDT-Modus an die Sendeantenne angewendet, um
ein ungerichtetes Sendesignal ausgehend von einem langen Impuls
zu erhalten. 6 zeigt das erhaltene Strahlungsdiagramm
gemäß von 1
bis 12 nummerierten Sektoren. Der gesendete Impuls wird in 6 nebeneinander
liegende Abschnitte der Dauer ΔT
geteilt. Wie in 7 gezeigt, liefert jeder Impulsabschnitt
ein Sendesignal gemäß 2 Sektoren.
Jeder Abschnitt ΔT
kann einem im Breitband- oder im CW-Modus oder in beiden codierten
Impuls entsprechen.
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Erfindungsgemäß weist
die Empfangsantenne eine Vorrichtung mit Tripletts von Hydrofonen
auf, die steif in eine einzige lineare Antenne integriert ist. Dann
wird eine rechte/linke Kanalbildung durchgeführt, wie es zum Beispiel im
französischen
Patent Nr. 89 11749 beschrieben ist, das am 8. September 1989 von
der Firma Thomson-CSF angemeldet, am 15. März 1991 unter der Nr. 2 651
950 veröffentlicht und
am 17. April 1992 erteilt wurde. So erfolgt die Aufhebung der Mehrdeutigkeit
mit einem einzigen gesendeten Impuls. Gemäß einem Ausführungsbeispiel
wird die rechts/links Unterscheidung in den Sektoren im Richtungswinkel
30°– 150° und 210°–330° erhalten.
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Die 8 und 9 stellen
eine Einheit von Modulen der Empfangsantenne vor der Umhüllung bzw.
einen solchen Empfangsmodul in der auseinander gezogenen Ansicht
dar.
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Jeder
Modul enthält
3 Hydrofone 9, die für die
Beschleunigung unempfindlich und an den Scheiteln eines gleichschenkligen
Dreiecks in einer Ebene lotrecht zur Achse der Antenne positioniert
sind (das dritte ist in der Figur versteckt). Diese Hydrofone werden
von einer Platte 90 getragen, in die ein Sitz 91 eingearbeitet
ist, um einen kleinen zylindrischen Container einzusetzen, der die
Empfangselektronik enthält.
Die Platte wird mit Hilfe von Schultern 92 in Stellung
gehalten, die in zwei Teilen 93 und 94 ausgebildet
sind, die mit einem dritten Teil 95 den Modul bilden. Ein
mit Zapfen versehenes ringförmiges
Bauteil 96 gewährleistet
den zueinander torsionsfreien Halt der Module. Die Einheit wird
von Zentrierstücken 80 in
der Hülle
gehalten. So erhält
man eine kompakte Empfangsantenne mit Aufhebung der Mehrdeutigkeit,
die den Erhalt einer Richtwirkung in der senkrechten Ebene ermöglicht.
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Gemäß einem
Ausführungsbeispiel
haben die Sende- und Empfangsantennen einen Durchmesser von etwa
85 mm, wobei das Frequenzband um 1,5 Hertz herum liegt, und die
Empfangsantenne besteht aus 128 Modulen, d.h. 3 × 128 Empfangskanälen, und
man erhält
eine Richtwirkung in der senkrechten Ebene zwischen 110° und 120°.
