EP1827964B1

EP1827964B1 - Verfahren zum detektieren und neutralisieren von unterwasserobjekten

Info

Publication number: EP1827964B1
Application number: EP05817262A
Authority: EP
Inventors: Christian Blohm; Dirk Neumeister
Original assignee: Atlas Elektronik GmbH
Current assignee: Atlas Elektronik GmbH
Priority date: 2004-12-23
Filing date: 2005-12-01
Publication date: 2008-05-21
Anticipated expiration: 2025-12-01
Also published as: NO20073858L; DE502005004225D1; CA2590850A1; EP1827964A1; WO2006072296A1; CA2590850C; US20080257140A1; AU2005324236B2; JP2008524047A; ATE396107T1; AU2005324236A1; DE102004062122B3; US7530316B2; JP4440310B2

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Detektieren und Neutralisieren von in einem Seegebiet vorhandenen Unterwasserobjekten, insbesondere Minen, der im Oberbegriff des Anspruchs 1 definierten Gattung.
Bei einem bekannten Verfahren zur Detektion und Vernichtung von Minen ( EP 0 535 044 B1 ) wird ein unbemanntes, ferngelenktes Unterwasserfahrzeug, ein sog. ROV, sowie eine mit einer Sprengladung zur Minenvernichtung ausgestattete, ferngelenkte Such- und Minenvernichtungseinheit eingesetzt, die über ein Glasfiberkabel miteinander verbunden sind. Das ROV ist über ein weiteres Glasfiberkabel mit einem Oberflächenschiff verbunden, das eine Sonaranlage zum Detektieren und Orten von Minen aufweist. Die Minen- und Sucheinheit ist weiterhin mit einem Transponder, akustischen Sensoren, wie einem Nahbereichssonar, mit optischen Sensoren, wie eine TV-Kamera mit einer Beleuchtungseinheit, sowie mit Sensoren zum Messen von Istdaten für die Navigation, wie Fahrtrichtung, Winkel zur Horizontalebene, Abstand zum Meeresboden und Tauchtiefe, ausgestattet. Der Transponder korrespondiert mit einem akustischen Positionssystem (APS), dessen Hydrofone am ROV angeordnet sind. Das ROV verfügt über eine Auswurfeinheit, einen sog. Launcher, mit dem die Such- und Minenvernichtungseinheit ausgesetzt wird. Die Such- und Minenvernichtungseinheit wird mittels des APS von einem im Oberflächenschiff positionierten Operator zu dem auf die Mine gerichteten Sonarstrahl des Minenjagdsonars gelenkt. Im Sonarstrahl des Minenjagdsonars wird dann die Such- und Minenvernichtungseinheit, deren Transpondersignale ebenso wie die Minenechosignale im Display des Minenjagdsonars dargestellt werden, von dem Operator zur Mine hin gesteuert. Die Mine wird mittels der TV-Kamera geprüft, und die Such- und Minenvernichtungseinheit wird vom Operator in eine für die Zerstörung günstige Position zur Mine gebracht und dann vom Operator ferngezündet. Die explodierende Sprengladung der Such- und Minenvernichtungseinheit, die beispielsweise eine Hohlladung sein kann, löst eine Detonation der Mine aus, wobei die Such- und Minenvernichtungseinheit mit zerstört wird.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art anzugeben, mit dem ein Seegebiet, insbesondere im Küstenbereich, schnell und effizient auf vorhandene Unterwasserobjekte, insbesondere Minen, abgesucht und von diesen geräumt werden können.
Die Aufgabe ist erfindungsgemäß durch die Merkmale im Anspruch 1 gelöst.
Das erfindungsgemäße Verfahren hat den Vorteil, dass die Aufklärungsmission und die Neutralisierungsmission getrennt von jeweils einem unbemannten Unterwasserfahrzeug durchgeführt werden und dadurch der Neutralisierungsmission ein sehr genau lokalisiertes Objekt zugewiesen werden kann. Bei mehreren, im Aufklärungsbild entdeckten Objekten können parallele Neutralisierungsmissionen von verschiedenen Unterwasserfahrzeugen gleichzeitig durchgeführt werden, so dass die Zeit zur Räumung des Seegebiets wesentlich verkürzt wird. Während der Neutralisierungsmission wird anhand eines Bildvergleichs zwischen dem abgespeicherten Bild, in dem das zugewiesene Objekt markiert ist, mit den fortlaufend von den Sensoren während der Fahrt des Unterwasserfahrzeugs gelieferten Teilbildern die kürzeste Wegstrecke zum zugewiesenen Objekt schnell gefunden und auch das zugewiesene Objekt zuverlässig erkannt. Eine Navigationseinrichtung, z.B. ein Koppelnavigator zur Vorgabe des Kurses des in der Neutralisierungsmission autonom fahrenden Unterwasserfahrzeugs, wird nicht benötigt. Insbesondere die Unterwasserfahrzeuge zur Neutralisierung können weit entfernt von einer bemannten Missionszentrale, z.B. einem Oberflächenschiff zur Koordination der durchzuführenden Missionen arbeiten, so dass insbesondere für Zwecke der Minenräumung die Missionszentrale keiner Gefährdung ausgesetzt ist. Die Unterwasserfahrzeuge können insbesondere problemlos in Küstenregionen vordringen, die von herkömmlichen Minenräumfahrzeugen nicht angefahren und geräumt werden können.
Zweckmäßige Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens mit vorteilhaften Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den weiteren Ansprüchen.
Die Erfindung ist anhand eines in der Zeichnung illustrierten Ausführungsbeispiels im folgenden näher beschrieben. Dabei zeigt die Zeichnung Blockschaltbilder der für das Verfahren erforderlichen Komponenten in einer Aufklärungsdrohne und in einer Neutralisierungsdrohne sowie ein Ablaufschema von in einer Missionszentrale durchgeführten Verfahrensschritten.
In der Zeichnung ist mit 11 eine Missionszentrale, z.B. ein Oberflächenschiff oder ein U-Boot, angedeutet, von der aus die Minensuche und -räumung in einem Seegebiet koordiniert wird. In der Missionszentrale 11 wird das angefahrene Seegebiet in Detektions- und Räumungsabschnitte unterteilt, im folgenden Seegebietsabschnitte bezeichnet, in denen nacheinander oder parallel Aufklärungs- und Räumungsmissionen durchgeführt werden. Die Missionszentrale 11 selbst bleibt während der gesamten Operation weit außerhalb des zur Räumung zugewiesenen Seegebiets, so dass sie zu keiner Zeit gefährdet ist.
Mit 12 ist ein erstes unbemanntes, autonom agierendes Unterwasserfahrzeug bezeichnet, das eine Aufklärungsmission durchführt und im folgenden Aufklärungsdrohne genannt wird. Mit 13 ist ein zweites unbemanntes, autonom agierendes Unterwasserfahrzeug angedeutet, das eine Neutralisierungsmission durchführt, im Falle der hier beschriebenen Minenräumung also eine Minenvernichtung, und im folgenden Neutralisierungsdrohne genannt wird. Die Aufklärungsdrohne 12 besitzt optische und/oder akustische Sensoren 14, wie z.B. eine hochauflösende Kamera oder ein Nahbereichssonar, das in der Betriebsart "Seitensicht" (Side-Looking-Modus) oder in der Betriebsart "Voraussicht" (Forward-Looking-Modus) betrieben wird, oder ein parametrischers Sonar oder ein Sediment-Echolot, sowie einen Sensordatenspeicher 17 zum Speichern der von den Sensoren gelieferten Daten. Üblicherweise verfügt die Aufklärungsdrohne 12 über eine Antriebs- und Rudereinrichtung 15, die mittels eines in einem Lenkprogramm-Speicher 16 abgelegten Lenkprogramms gesteuert wird. Alle Komponente werden von einer zentralen Steuereinheit 18 folgerichtig angesteuert.
Die Neutralisierungsdrohne 13 weist die gleichen Sensoren 20 wie die Aufklärungsdrohne 12 auf. Sie besitzt ebenfalls eine Antriebs- und Rudereinrichtung 21 und zusätzlich eine Neutralisierungseinheit 22, z.B. eine Spreng- oder Minnevernichtungsladung. Die von den Sensoren 20 gelieferten Daten werden einem Bildgenerator 23 zugeführt, dem eine Auswerteeinheit 24 nachgeordnet ist, die eingangsseitig noch an einem Speicher 25 zur Bilddatenspeicherung angeschlossen ist. Alle Komponenten in der Neutralisierungsdrohne 13 werden folgerichtig von einer zentralen Steuereinheit 26 angesteuert.
Mit diesen beiden unbemannten, autonom arbeitenden Unterwasserfahrzeugen werden im zugewiesenen Seegebiet vorhandene Minen nach folgendem Verfahren detektiert und neutralisiert:
Die Aufklärungsdrohne 12 und die Neutralisierungsdrohne 13 werden von der Missionszentrale 11, vorzugsweise in großer Stückzahl, mitgeführt und bei Bedarf eingesetzt. Nach Festlegung eines Seegebietabschnitts wird in den Lenkprogrammspeicher 16 der Aufklärungsdrohne 12 ein bestimmtes Lenkprogramm abgespeichert, nach dem die Aufklärungsdrohne 12 den Seegebietsabschnitt systematisch abfahren soll. Zur Durchführung einer Aufklärungsmission wird die Aufklärungsdrohne 12 von der Missionszentrale 11 ins Wasser ausgesetzt und fährt nach dem vorgegebenen Lenkprogramm den Seegebietabschnitt ab. Die Sensoren 14 tasten den Meersboden im Seegebietsabschnitt ab und liefern fortlaufend Sensordaten, aus denen ein zwei- oder dreidimensionales Bild vom Meeresboden erstellt werden kann. Werden als Sensoren 14 ein Nahbereichssonar oder eine hochauflösende Kamera verwendet, so wird als Bild des Seegebietsabschnitts dessen Topographie erhalten. Wird als Sensor 14 ein Sediment-Echolot oder ein parametrsiches Sonar eingesetzt, so wird neben der Topographie noch ein Bild von der Bodenbeschaffenheit des Meeresbodens bis in eine von der Eindringtiefe der Sensoren vorgegebenen Bodentiefe erstellt. Alle Sensordaten werden im Sensordatenspeicher 17 abgespeichert.
Nach Beendigung der Aufklärungsmission kehrt die Aufklärungsdrohne 12 zur Missionszentrale 11 zurück. Hier werden die Sensordaten aus dem Steuerdatenspeicher 27 ausgelesen, und aus den Sensordaten wird das zwei- oder dreidimensionales Bild vom Meeresboden im Seegebietsabschnitt erstellt (Bildgenerierung 30). Wie bereits erwähnt, zeigt das Bild entweder die Topographie oder die Topographie und die Bodenbeschaffenheit des Meeresbodens im Seegebietabschnitt. Das generierte Bild wird nunmehr auf Vorhandensein von Unterwasserobjekten, im beschriebenen Ausführungsbeispiel Minen, ausgewertet (Bildauswertung 31). Von den erkannten Objekten wird ein Unterwasserobjekt ausgewählt und im Bild markiert (Objektmarkierung 32). Das mit der Objektmarkierung versehene Bild wird in den Bilddatenspeicher 25 der Aufklärungsdrohne 12 eingespeichert (Bildeinspeicherung 33). Sind mehrere Unterwasserobjekte im Bild enthalten, so kann im Bild ein weiteres Unterwasserobjekt markiert werden und das Bild mit dieser Objektmarkierung in den Bildspeicher 25 einer zweiten Aufklärungsdrohne 12 eingespeichert werden.
Die so präparierte Neutralisierungsdrohne 13 wird von der Missionszentrale 11 ins Wasser ausgesetzt und zur Durchführung der Neutralisierungsmission gestartet. Während der Neutralisierungsmission werden in der Neutralisierungsdrohne 13 mittels der Sensoren 20 fortlaufend Teilbilder vom Meeresboden erstellt, wozu die von den Sensoren 20 gelieferten Sensordaten dem Bildgenerator 23 zugeführt werden, in dem fortlaufend Teilbilder erstellt werden, die denjenigen Abschnitten des im Bilddatenspeicher 25 abgespeicherten Bildes entsprechen, die die Neutralisierungsdrohne 13 jeweils durchfährt. Die im Bildgenerator 23 erstellten Teilbilder werden mit dem im Bilddatenspeicher 25 gespeicherten Bild in der Auswerteeinheit 24 fortlaufend verglichen und anhand der Vergleichsdaten Lenkdaten ermittelt, die der Antrieb- und Rudereinrichtung 21 zugeführt werden. Mit diesen Lenksignalen wird die Neutralisierungsdrohne 13 zum Unterwasserobjekt gelenkt.
Ist die Neutralisierungsdrohne 13 am Unterwasserobjekt angekommen, was ebenfalls durch Vergleich des vom Bildgenerator 23 erstellten Teilbildes der Objektumgebung mit dem im Bilddatenspeicher 25 abgespeicherten Bild erkannt wird, aktiviert die zentrale Steuereinheit 18 die Neutralisierungseinheit 22, z.B. eine integrierte Sprengladung, die die Mine zur Explosion bringt und damit vernichtet.
Alternativ kann die Neutralisierungseinheit der Neutralisierungsdrohne 13 auch ein Werkzeug sein, mit dem beispielsweise das Tau von Ankertauminen gekappt wird, die dann aufschwimmen und an der Wasseroberfläche geräumt werden können.
In Abwandlung des beschriebenen Ausführungsbeispiels kann die in der Missionszentrale 11 durchgeführte Bildgenerierung in die Aufklärungsdrohne 12 verlegt werden, so dass die Aufklärungsdrohne 12 bereits ein zwei- oder dreidimensionales Bild vom Meeresboden des abgefahrenen Seegebietsabschnitts liefert und in der Missionszentrale 11 das Bild nur noch auf das Vorhandensein von Minen ausgewertet wird.
Anstelle der autonom agierenden Aufklärungsdrohne 12 kann auch eine von der Missionszentrale 11 aus ferngelenkte, z.B. drahtgeführte Aufklärungsdrohne eingesetzt werden ,die mit Ausnahme des Lenkprogrammspeichers die gleichen Komponenten aufweist.

Claims

Verfahren zum Detektieren und Neutralisieren von in einem Seegebiet vorhandenen Unterwasserobjekten, insbesondere Minen, unter Verwendung mindestens eines mit optischen und/oder akustischen Sensoren (14, 20) ausgestatteten, unbemannten Unterwasserfahrzeugs (12, 13), gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte:
- während einer Aufklärungsmission des Unterwasserfahrzeugs (12) in einem Seegebietabschnitt wird mittels der Sensoren im Unterwasserfahrzeug ein zwei- oder dreidimensionales Bild vom Meeresboden erstellt,

- nach Beendigung der Aufklärungsmission wird das Bild auf Vorhandensein von Unterwasserobjekten ausgewertet und mindestens ein vorhandenes Unterwasserobjekt im Bild markiert,

- das mit mindestens einer Unterwasserobjekt-Markierung versehene Bild wird in mindestens ein zweites Unterwasserfahrzeug (13) eingespeichert, das mit den gleichen Sensoren (20) wie das erste Unterwasserfahrzeug sowie zusätzlich mit einer Neutralisierungseinheit (22) ausgestattet ist,

- während einer Neutralisierungsmission des zweiten Unterwasserfahrzeugs (13) im gleichen Seegebietabschnitt werden mittels der Sensoren im zweiten Unterwasserfahrzeug fortlaufendTeilbilder vom Meeresboden erstellt und mit dem abgespeicherten Bild verglichen,

- anhand der Vergleichsdaten wird das zweite Unterwasserfahrzeug zum markierten Unterwasserobjekt gelenkt und

- am Ort des Unterwasserobjekts wird die Neutralisierungseinheit (22) aktiviert.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Bild vom Meeresboden die Topographie des Meeresbodens und/oder die Bodenbeschaffenheit des Meeresbodens bis in eine vorgegebene Bodentiefe erfasst wird.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass als optische Sensoren (14) mindestens eine hochauflösende Kamera und als akustische Sensoren ein Nahbereichssonar und/oder ein Sediment-Echolot oder ein parametrisches Sonar verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Nahbereichssonar in der Betriebsart "Seitensicht" (Side-Looking-Modus) oder in der Betriebsart "Voraussicht" (Forward-Looking-Modus) betrieben wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass als Neutralisierungseinheit (22) eine im zweiten Unterwasserfahrzeug mitgeführte Sprengladung verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Sprengladung in das zweite Unterwasserfahrzeug (13) integriert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass als Neutralisierungseinheit (22) ein am zweiten Unterwasserfahrzeug angeordnetes Werkzeug verwendet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Unterwasserfahrzeug (12) während der Aufklärungsmission ferngelenkt oder autonom betrieben und das mindestens zweite Unterwasserfahrzeug (13) während der Neutralisierungsmission autonom betrieben wird.