EP3898404A1 - Anordnung und verfahren zum lokalisieren eines gegenstands in oder unter einem gewässer - Google Patents

Anordnung und verfahren zum lokalisieren eines gegenstands in oder unter einem gewässer

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Publication number
EP3898404A1
EP3898404A1 EP19828635.3A EP19828635A EP3898404A1 EP 3898404 A1 EP3898404 A1 EP 3898404A1 EP 19828635 A EP19828635 A EP 19828635A EP 3898404 A1 EP3898404 A1 EP 3898404A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
underwater
measuring body
magnetometer
water
signals
Prior art date
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Pending
Application number
EP19828635.3A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Tommy KALTOFEN
Jörg Kalwa
Benedict PREU
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
ThyssenKrupp AG
Atlas Elektronik GmbH
Original Assignee
ThyssenKrupp AG
Atlas Elektronik GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by ThyssenKrupp AG, Atlas Elektronik GmbH filed Critical ThyssenKrupp AG
Publication of EP3898404A1 publication Critical patent/EP3898404A1/de
Pending legal-status Critical Current

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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63G—OFFENSIVE OR DEFENSIVE ARRANGEMENTS ON VESSELS; MINE-LAYING; MINE-SWEEPING; SUBMARINES; AIRCRAFT CARRIERS
    • B63G7/00—Mine-sweeping; Vessels characterised thereby
    • B63G7/02—Mine-sweeping means, Means for destroying mines
    • B63G7/06—Mine-sweeping means, Means for destroying mines of electromagnetic type
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01V—GEOPHYSICS; GRAVITATIONAL MEASUREMENTS; DETECTING MASSES OR OBJECTS; TAGS
    • G01V3/00—Electric or magnetic prospecting or detecting; Measuring magnetic field characteristics of the earth, e.g. declination, deviation
    • G01V3/08—Electric or magnetic prospecting or detecting; Measuring magnetic field characteristics of the earth, e.g. declination, deviation operating with magnetic or electric fields produced or modified by objects or geological structures or by detecting devices
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01V—GEOPHYSICS; GRAVITATIONAL MEASUREMENTS; DETECTING MASSES OR OBJECTS; TAGS
    • G01V3/00—Electric or magnetic prospecting or detecting; Measuring magnetic field characteristics of the earth, e.g. declination, deviation
    • G01V3/08—Electric or magnetic prospecting or detecting; Measuring magnetic field characteristics of the earth, e.g. declination, deviation operating with magnetic or electric fields produced or modified by objects or geological structures or by detecting devices
    • G01V3/081—Electric or magnetic prospecting or detecting; Measuring magnetic field characteristics of the earth, e.g. declination, deviation operating with magnetic or electric fields produced or modified by objects or geological structures or by detecting devices the magnetic field is produced by the objects or geological structures
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63G—OFFENSIVE OR DEFENSIVE ARRANGEMENTS ON VESSELS; MINE-LAYING; MINE-SWEEPING; SUBMARINES; AIRCRAFT CARRIERS
    • B63G7/00—Mine-sweeping; Vessels characterised thereby
    • B63G7/02—Mine-sweeping means, Means for destroying mines
    • B63G7/06—Mine-sweeping means, Means for destroying mines of electromagnetic type
    • B63G2007/065—Mine-sweeping means, Means for destroying mines of electromagnetic type by making use of superconductivity
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S15/00—Systems using the reflection or reradiation of acoustic waves, e.g. sonar systems
    • G01S15/02—Systems using the reflection or reradiation of acoustic waves, e.g. sonar systems using reflection of acoustic waves
    • G01S15/06—Systems determining the position data of a target
    • G01S15/08—Systems for measuring distance only
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S15/00—Systems using the reflection or reradiation of acoustic waves, e.g. sonar systems
    • G01S15/87—Combinations of sonar systems
    • G01S15/876—Combination of several spaced transmitters or receivers of known location for determining the position of a transponder or a reflector
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S15/00—Systems using the reflection or reradiation of acoustic waves, e.g. sonar systems
    • G01S15/88—Sonar systems specially adapted for specific applications

Definitions

  • the invention relates to an arrangement and a method which are able to locate an object in or under a body of water.
  • an object for example, sea mines, aerial bombs and other weapons should be located so that they can then be neutralized.
  • Such an object can often not be located with sufficient accuracy using optical methods.
  • the arrangement and the method take advantage of the fact that an object to be localized creates an anomaly in the earth's magnetic field which can be discovered.
  • a possible configuration for such an arrangement is that a
  • a magnetometer is installed on board this measuring body.
  • An evaluation unit evaluates the signals from this magnetometer.
  • Another possible embodiment is an underwater vehicle with its own drive, which has a magnetometer and an evaluation unit for the signals from the magnetometer.
  • the invention has for its object to provide an arrangement and a method for localizing an object in or under a body of water, which are able to localize this object with greater certainty than known arrangements and methods.
  • the arrangement according to the invention and the method according to the invention are designed to localize an object, this object being located in or under a body of water, in particular completely or at least partially below the surface of the bottom of this body of water.
  • the arrangement according to the invention is designed to be used completely below the surface of the water.
  • the arrangement according to the solution comprises
  • an underwater measuring body which is arranged at a distance from the underwater drive vehicle during use of the arrangement
  • a connecting element which connects the underwater drive vehicle with the underwater measuring body
  • the underwater propulsion vehicle includes
  • the underwater measuring body includes
  • Each magnetometer of the underwater measuring body can measure a size, this size correlating with the magnetic field around this magnetometer and outputting a signal according to the size.
  • the data storage unit can automatically store signals from the two magnetometers.
  • the evaluation unit is designed to automatically evaluate stored signals from the two magnetometers in order to determine the position of the object relative to the underwater measuring body and the distance and position of the object relative to the surface of the water floor.
  • the arrangement is moved under water through the water.
  • Magnetometer correlates and outputs a signal according to the size.
  • the data storage unit automatically stores signals from the two
  • the evaluation unit evaluates the stored signals from the two
  • Magnetometers to determine the position of the object relative to the underwater measuring body and the distance and position of the object relative to the surface of the water floor.
  • the underwater drive vehicle moves the entire arrangement through the water with the drive. This makes it possible to design the underwater measuring body without its own drive. Such a drive on board the underwater measuring body could falsify the measurements of the magnetometers on board the underwater measuring body.
  • the underwater drive vehicle and the underwater measurement body can be designed so long that the distance between the underwater drive vehicle and the underwater measurement body is sufficiently large and the drive of the underwater drive vehicle does not significantly falsify the measurements of the magnetometers.
  • the drive-free underwater measuring body can be designed more simply than an underwater measuring body with its own drive.
  • the underwater measuring element consumes only a little electrical energy during operation, usually only the energy required to operate the magnetometer and optional additional sensors. This energy can often be supplied via the connecting element, so that no voltage source is required on board the underwater measuring body.
  • the underwater propulsion vehicle comprises a direction change unit, for example a rudder and / or an elevator, and is able to change the direction of travel and / or the depth of the arrangement through the water.
  • a direction change unit for example a rudder and / or an elevator
  • underwater measuring bodies should be moved close to the bottom of the body of water, as close as possible to an object on or under the
  • Underwater vehicle as a propulsion vehicle avoids the need to provide such a long mechanical connection.
  • wave movements and wind have no influence on the arrangement according to the solution, because in use it remains permanently below the water surface.
  • the invention takes advantage of the fact that an object to be localized often causes an anomaly in the earth's magnetic field. Under a magnetic field anomaly, a local deviation of the actual magnetic field, for example measured as magnetic flux density in nano-Tesla, from a normal magnetic field
  • the normal magnetic field is the earth's magnetic field, which is mainly caused by the earth's core and also by the ionosphere and the magnetosphere and is approximately an eccentric dipole field with a 12 degree inclination to the earth's axis.
  • the local deviation caused is, for example, a deviation in the direction and / or the intensity of the magnetic field.
  • the underwater measuring body comprises several magnetometers.
  • a magnetometer can be designed as a passive sensor.
  • a magnetometer does not necessarily actively create a physical effect. This means that little electrical energy is required on board the underwater measuring body.
  • the underwater measuring body is more difficult to discover during use than when the underwater measuring body produces a physical effect.
  • the physical effect can have undesirable effects, especially on
  • the underwater measuring body comprises at least two magnetometers, between which a distance inevitably occurs. Because of this feature, the arrangement can detect and locate an object in or under the water with greater certainty than if only a single magnetometer were present. One reason for this: An object to be localized often causes an anomaly in the magnetic field around the magnetometer. This anomaly warps the
  • the anomaly caused is several orders of magnitude smaller than the earth's magnetic field, for example a few percent of the magnetic flux density of the earth's magnetic field, so that a single magnetometer alone cannot often detect the anomaly with sufficient certainty.
  • the magnitude of the anomaly also decreases sharply as the distance between the object and the magnetometer increases.
  • the feature that at least two magnetometers are present makes it possible to calculate differences between the measurement results of these two magnetometers spaced apart from one another. If the magnetic field has no abnormality near the Has underwater measuring body, so the measurement results of the two
  • Magnetometers ideally do not differ from one another, so the difference is ideally zero. In reality, due to measurement inaccuracies
  • the underwater measuring body comprises at least two magnetometers, this is the
  • One degree of freedom in the design of the underwater measuring body is the distance between the two magnetometers. The smaller the distance, the larger it is
  • the arrangement further comprises an evaluation unit.
  • the evaluation unit can automatically evaluate the signals which the
  • the evaluation unit can be attached on board the underwater drive vehicle, on board the underwater measuring body or on board a spatially distant platform, for example an overwater vehicle, another underwater vehicle or a land station. If the evaluation unit is arranged on board the platform, so the underwater drive vehicle does not need to move the evaluation unit through the water and to supply it with electrical energy during the journey.
  • the evaluation unit can automatically detect a difference between the signals from the two or at least two magnetometers of the underwater measuring body and evaluate this difference.
  • a degree of freedom in the design of the underwater measuring body is the distance between the two magnetometers. At a small distance, an object creates an anomaly in each of the two magnetic fields, the anomalies often differing from one another.
  • Each magnetometer is designed as a multi-axis magnetometer, i.e. as a vector sensor.
  • the multi-axis magnetometer can in particular be designed as a three-axis magnetometer or a four-axis magnetometer. If the magnetometer can measure in more than three different directions, redundancy is achieved and noise in the signals can be better eliminated.
  • a four-axis magnetometer for example, can be implemented as a pair with two two-axis magnetometers.
  • Each magnetometer designed as a vector sensor can detect the direction from itself to a source for an anomaly in the magnetic field. This anomaly often originates from an object to be discovered, which thus becomes an interfering element in the earth's magnetic field.
  • the underwater measuring body measures at least two multi-axis magnetometers, i.e. at least two directions to one
  • the two magnetometers each calculate one
  • the underwater propulsion vehicle is often able to measure its own geoposition. From the directions that the multi-axis magnetometers have discovered, the geoposition of the underwater drive vehicle at the time of the measurement and the known dimensions, it is often possible to determine the
  • the underwater measuring body comprises a first magnetometer and a second magnetometer.
  • the underwater measuring body comprises a third magnetometer. This third magnetometer is arranged with a distance between the first two magnetometers.
  • the use of a third magnetometer on board the underwater measuring body increases the measuring accuracy and provides redundancy.
  • the underwater measuring body has only two magnetometers and these are not designed as vector sensors, the situation can arise that one
  • Object in or under the water always causes the same anomaly in the two magnetic fields around the two magnetometers, for example because the object always has the same distance to the two magnetometers while the arrangement is moved past the object.
  • the evaluation unit does not detect any difference in the signals from the two magnetometers and may therefore not be able to detect or locate the object.
  • the configuration with the third magnetometer also prevents this undesirable situation from occurring when the three magnetometers are not vector sensors.
  • the third magnetometer is also designed as a multi-axis magnetometer. Thanks to this configuration, three directions to an object can be measured. This configuration further reduces the risk of a measurement error. The direction to an object and - in the case of an object under the water - the position of the object relative to the surface of the water floor can be determined with greater certainty.
  • Magnetometer also provides redundancy: if one magnetometer fails, two magnetometers are still available.
  • This configuration further increases the likelihood that an object will be discovered because the object leads to an anomaly in a magnetic field around a magnetometer. This probability is greater if three magnetometers are used instead of just two.
  • the underwater measuring body comprises a fourth magnetometer. With regular use of the underwater measuring body points io
  • this fourth magnetometer is closer to the water floor than the first magnetometer and the second magnetometer.
  • This configuration further reduces the risk of measurement errors, in particular if the fourth magnetometer is also designed as a multi-axis magnetometer.
  • the two or all magnetometers repeatedly measure the respective current magnetic field, e.g. with a given sampling rate. This creates a better picture of the surroundings of the underwater measuring body than just a measurement at a single point in time.
  • the underwater measuring body comprises at least one distance sensor.
  • This distance sensor can measure the distance between itself and thus the underwater measuring body and the water bottom.
  • the underwater measuring body is able to transmit signals from the distance sensor to the underwater drive vehicle.
  • the underwater drive vehicle is designed to move the arrangement through the water as a function of signals from the distance sensor and, in particular, to control the direction change unit as a function of these signals.
  • the underwater drive vehicle uses signals from the distance sensor on board the underwater measuring body to move the arrangement through the water. Thanks to the distance sensor, the distance sensor, the distance sensor
  • Underwater measuring body near the water floor is moved by the water, even if the water floor is mountainous.
  • the vertical distance between the underwater measuring body and the body of water to remain within a predetermined barrier without the underwater measuring body colliding with the body of water.
  • the risk is greater that the underwater measuring body is at a different distance from the Has the bottom of the water as the underwater drive vehicle and therefore the specified barrier is not observed or the underwater measuring body collides with the bottom of the water, although the underwater drive vehicle maintains the correct distance.
  • the underwater measuring body comprises a position sensor.
  • This position sensor is able to measure the position (orientation) of the underwater measuring body in the water, in particular while the underwater measuring body is moved through the water, for example the orientation of the underwater measuring body relative to the surface of the water bottom.
  • the position sensor can be implemented with the aid of several distance sensors. Data on the measured position are preferred together with signals from the magnetometers to the
  • a control unit of the underwater drive vehicle and / or the evaluation unit uses evaluated signals from the position sensor.
  • the control unit can use the signals from the position sensor to control the arrangement through the water.
  • the evaluation unit can automatically take into account the measured position (orientation) of the underwater measuring body in the water.
  • the evaluation unit can use the signals from the position sensor to better locate an object under the water.
  • the direction from the underwater measuring body to the object can depend on the position of the underwater measuring body in the water.
  • the data storage unit is arranged on board the underwater measuring body. In a preferred embodiment, however, the data storage unit is arranged on board the underwater propulsion vehicle.
  • the underwater measuring body is able to transmit signals from the magnetometers of the underwater measuring body to the underwater drive vehicle. These signals are then transmitted to the data storage unit and stored by it. This configuration further reduces the risk that the data storage unit generates a magnetic field which falsifies the measured values from the magnetometers. Rather, it enables a sufficiently large distance between the
  • both magnetometers are mounted directly on the hull of the underwater measuring body.
  • the underwater measuring body comprises
  • the two spacers are attached to the fuselage, so that the fuselage is between the two spacers.
  • the first magnetometer is attached to the first spacer.
  • the second magnetometer is attached to the second spacer, in one embodiment in each case at the free outer end of the spacer.
  • the underwater measuring body according to this embodiment has a lower weight than when using a different geometric shape.
  • the two spacers are designed as wings. These wings can be mounted on the fuselage in such a way that they achieve buoyancy when the underwater propulsion vehicle moves the underwater measuring body through the water.
  • the arrangement comprises a motion sensor.
  • This motion sensor is able to measure a movement of the underwater measuring body relative to the underwater drive vehicle.
  • a first 3D acceleration sensor is mounted on board the underwater propulsion vehicle and one second 3D acceleration sensor on board the underwater measuring body. A difference between the accelerations in one direction, which these two acceleration sensors measure, automatically becomes a movement of the
  • Underwater measuring body derived relative to the underwater drive vehicle.
  • a control unit on board the underwater drive vehicle receives signals from the motion sensor and controls the direction change unit and / or the drive in such a way that the distance remains in the predetermined range.
  • the two magnetometers are fastened to a hull of the underwater measuring body in such a way that their distance from one another remains unchanged, in particular during use and during transport of the underwater measuring body to a place of use.
  • the distance between the two magnetometers can be changed, for example manually before use. In this embodiment too, the distance between the two magnetometers preferably remains constant during use. By changing the distance between the two magnetometers, the underwater measuring body can be adapted to a desired application.
  • An optional evaluation unit evaluates the signals from the magnetometers and, in one embodiment, determines at least one property of the localized object through the evaluation.
  • This configuration can preferably be combined with the configuration that each magnetometer is designed as a multi-axis magnetometer.
  • the evaluation unit determined at least one of the following properties of the object: - the or a material from which the object or a component of the object is made,
  • the underwater measuring body When viewed in the direction of travel of the arrangement, the underwater measuring body is preferably located behind the underwater drive vehicle.
  • the underwater drive vehicle is able to control the arrangement more easily than if the underwater measuring body were located in front of the underwater drive vehicle or vertically or obliquely next to the underwater drive vehicle.
  • the underwater measuring body is preferably supplied with electrical energy via the connecting element. As a result, there is no need to have a voltage source on board the underwater measuring body.
  • a buoyancy body ensures that the weight of the underwater measurement body is approximately equal to the buoyancy that the water displaced by the underwater measurement body exerts on the underwater measurement body
  • the arrangement comprises a further underwater measuring body which is connected to the underwater drive vehicle via a further connecting means.
  • the two underwater measuring bodies are preferably arranged next to one another, as seen in the direction of travel of the arrangement.
  • the underwater drive vehicle with the data storage unit is removed from the water after the journey.
  • the data storage unit will read out, and the stored signals are transmitted to an evaluation unit on board a platform that is spatially remote from the during use
  • the evaluation unit automatically evaluates the transmitted signals.
  • FIG. 1 shows a side view of the arrangement according to the solution and a ship with an evaluation unit
  • Fig. 3 in a front view of the solution underwater measuring body.
  • the arrangement according to the solution of the exemplary embodiment travels through the water in a predetermined area, for example along a predetermined serpentine or meandering path, and in doing so searches the surface Mb of the sea floor.
  • the arrangement is intended to discover and locate any object that lies on the surface Mb of the sea floor or that has completely or at least partially sunk into the sea floor or has buried itself.
  • the object to be discovered triggers an anomaly in the earth's magnetic field.
  • This anomaly can amplify the earth's magnetic field, for example if the object is a metallic object or contains metallic components. Examples of such metallic objects on or under the seabed surface Mb are mines, pipelines, refrigerators or objects made of wood, because wood under water can become metallic.
  • An anomaly can also weaken the magnetic field, for example if the object is made of salt or lime.
  • the arrangement should at least approximate the respective geoposition of each object to be discovered and its position relative to the seabed. Determine the surface area Mb and save it in a data memory. After use, the arrangement is fetched on board a platform, for example a surface ship, and the data memory is read out and evaluated. It is also possible for information about a discovered object to be transmitted to a platform even during use. A discovered suspicious item is then examined in more detail.
  • FIG. 1 shows the water surface WO, the seabed surface Mb and an object G under the seabed Mb surface.
  • an exemplary embodiment of the arrangement according to the solution is shown in a side view in FIG. 1.
  • the arrangement according to the solution comprises
  • a connecting element 3 which connects the underwater measuring body 2 with the underwater drive vehicle 1.
  • a spatially distant ship S is shown with a data processing evaluation unit 28, which is described further below.
  • the underwater drive vehicle 1 is designed and comprises an unmanned autonomous underwater vehicle (AUV)
  • UAV unmanned autonomous underwater vehicle
  • a voltage source 10 which supplies the electric motor 6 with electricity
  • the data storage computer 21 and the data storage 22 together form the data storage unit of the exemplary embodiment.
  • the underwater measuring body 2 of the exemplary embodiment comprises
  • a front distance sensor 11.1 of the underwater measuring body 2 is attached to the hull 13, a left distance sensor 11.2 on the left wing 14.1 and a right distance sensor 11.3 on the right wing 11.2.
  • a left magnetometer 12.1 is mounted on the left wing 14.1, a right magnetometer 12.2 on the right wing 14.2, an upper magnetometer 12.3 on the upper support element 15.1 and a lower magnetometer 12.4 on the lower support element 15.2.
  • the two wings 14.1 and 14.2 preferably have the same dimensions, so that the four magnetometers 12.1 to 12.4 are arranged symmetrically to a central plane of the underwater measuring body 2.
  • the fuselage 13, the two wings 14.1 and 14.2 and the are preferably two support elements 15.1 and 15.2 made of a non-metallic material, for example made of glass fiber reinforced plastic (GRP).
  • GRP glass fiber reinforced plastic
  • the underwater measuring body 2 has no spacers 14.1, 14.2 and the two magnetometers 12.1, 12.2 are attached directly to the hull 13. It is also possible that the underwater measuring body 2 does not include any support elements 15.1, 15.2 and the two magnetometers 12.3, 12.4 are attached directly to the hull 13.
  • the connecting element 3 comprises a flexible rope which is connected to the underwater drive vehicle 1 and the underwater measuring body 2, so that the underwater driving vehicle 1 can pull the underwater measuring body 2 behind it.
  • a data line is embedded in this cable, via which the data are transmitted from the underwater measuring body 2 to the underwater drive vehicle 1 and are partly transmitted to the control unit 20 and partly to the data storage computer 21.
  • an activation command or a switch-off command is transmitted to the underwater measuring body 2 if necessary, but no data.
  • the underwater measuring body 2 does not have its own drive, but is pulled through the water by the underwater drive vehicle 1.
  • the underwater measuring body 2 of the exemplary embodiment also does not have its own voltage source, but is supplied with electrical energy from the voltage source 10 of the underwater drive vehicle 1 via the connecting element 3.
  • the two wings 14.1 and 14.2 and the two supporting elements 15.1 and 15.2 preferably do not change their respective position and dimensions relative to the fuselage 13 while the arrangement is being used. It is possible for a wing or a supporting element to be pushed together or folded away while the underwater measuring body 2 is being transported to an area of application. It is possible that at least one wing 14.1, 14.2 can be telescopically pulled apart or pushed together before use in order to change the distance between the magnetometers 12.1 and 12.2.
  • the underwater measuring body 2 is buoyancy-neutral, ie the buoyancy caused by the water displaced by the underwater measuring body 2 is equal to the weight of the underwater measuring body 2 (buoyancy neutrality). If necessary, a buoyancy body (not shown) is added, removed or changed on board the underwater measuring body 2. In another embodiment, the weight of the underwater measuring body 2 is greater than the buoyancy.
  • the two wings 14.1 and 14.2 generate lift when the underwater measuring body 2 is moved by the water. This configuration enables the underwater measuring body 2 to rise or fall in the water by changing the speed at which the underwater measuring body 2 is pulled through the water. This effect is achieved without it being necessary to carry out an intervention on the underwater measuring body 2 or to change the underwater measuring body 2 in any other way during use.
  • Each distance sensor 5, 11.1 to 11.3 is designed as an altimeter and measures the distance between itself and the seabed without contact. For example, each distance sensor sends a pulse downwards. The seabed surface Mb reflects this pulse, the transit time is measured, and the distance sought is derived from the transit time.
  • the three distance sensors 11.1 to 11.3 of the underwater measuring body 2 are arranged in a triangle and therefore deliver three signals at each sampling time, from which the current orientation of the underwater measuring body 2 relative to the seabed surface Mb can be calculated, in particular in particular the angle of rotation about the longitudinal axis, the angle of rotation about the transverse axis and the angle of rotation about the vertical axis of the underwater measuring body 2.
  • the three distance sensors 11.1 to 11.3 thus together function as a position sensor for the underwater measuring body 2.
  • the optional 3D acceleration sensor 25 on board the underwater measuring body 2 measures the respective acceleration of the underwater measuring body 2 parallel to its own longitudinal axis, to its own transverse axis and to its own vertical axis.
  • the 3D acceleration sensor 24 on board the underwater drive vehicle 1 measures the respective acceleration of the underwater drive vehicle 1 parallel to its own longitudinal axis, to its own transverse axis and to its own vertical axis.
  • the position sensor 27 measures the direction in which the connecting element 3 extends from the underwater drive vehicle 1.
  • the underwater drive vehicle 1 travels completely below the water surface WO in a direction of travel FR due to the rotation of the propeller 8 (from right to left in FIG. 1).
  • the rudders 4.1, 4.2 and the elevators 23.1, 23.2 control the travel of the underwater drive vehicle 1.
  • the weight of the underwater drive vehicle 1 is less than the lift, and the elevators 23.1 and 23.2 hold the underwater drive vehicle 1 and thus the arrangement at a desired depth. If the drive of the underwater drive vehicle 1 fails, the arrangement rises up to the water surface WO and can be collected.
  • the underwater drive vehicle 1 travels along a predetermined travel route over the seabed surface Mb.
  • the antenna 26 measures the current geoposition of the underwater drive vehicle 1 from time to time, for example when the underwater drive vehicle 1 has surfaced or is in an shallow depth.
  • the control unit 20 derives the current geoposition of the underwater drive vehicle 1 from the last measured geoposition and the signals from the 3D acceleration sensor 24. It is also possible that an interactive navigation system is present on board the underwater drive vehicle 1, so that the control device 20 knows the current geoposition without the underwater drive vehicle 1 having to appear. In both embodiments, the control unit 20 knows at least approximately the current geoposition at any time.
  • the arrangement should not collide with the sea floor during the journey.
  • the distance between the underwater measuring body 2 and the seabed should be smaller than a predetermined barrier in order to ensure that every object to be discovered on or under the seabed is sufficiently safe.
  • Surface Mb actually found. The anomaly generated is known to decrease sharply as the distance between the object and a magnetometer increases.
  • the signals from the three distance sensors 11.1 to 11.3 and from the optional 3D acceleration sensor on board the underwater measuring body 2 are transmitted to the control unit 20 of the underwater drive vehicle 1 via the connecting element 3.
  • the signals from the distance sensor 5 and optional further distance sensors (not shown) on board the underwater propulsion vehicle 1 are likewise transmitted to the control unit 20.
  • the control unit 20 uses the signals from the position sensor 27 to determine the direction in which the connecting element 3 extends. With the help of this measured direction, a lateral offset of the underwater measuring body 2 relative to the direction of travel FR can be determined. This lateral offset is caused in particular by a water flow near the surface of the sea floor Mb. It is also possible to determine approximately how much the connecting element 3 sags, from which the distance between the underwater drive vehicle 1 and the underwater measuring body 2 can be approximately determined. The control unit 20 determines the movement of the underwater measuring body 2 relative to the underwater drive vehicle 1 from the signals from the two 3D acceleration sensors 24, 25.
  • the control unit 20 controls the actuators for the two elevators as a function of the signals from the distance sensors 23.1 and 23.2 in order to ensure that the distance between the seabed and the underwater measuring body 2 remains large enough on the one hand and remains smaller than the predetermined barrier on the other hand.
  • the control unit 20 also controls actuators for the two rudders 4.1 and 4.2 and the electric motor 6 so that the arrangement 1, 2, 3 travels along a predetermined route through the water.
  • the 2 shows a top view of the underwater measuring body 2 of the exemplary embodiment and the connecting element 3.
  • the direction of travel FR is again from right to left.
  • the left wing 14.1, the right wing 14.2 and the two magnetometers 12.1, 12.2 and the two are shown schematically Distance sensors 11.2 and 11.3 on the two wings 14.1, 14.2.
  • the two support elements 15.1, 15.2 are perpendicular to the drawing plane of FIG. 2.
  • FIG. 3 shows the underwater measuring body 2 from the front.
  • the longitudinal axis of the underwater measuring body 2 and the direction of travel FR are perpendicular to the drawing plane of FIG. 3 and point towards the viewer. You can see both wings 14.1, 14.2, both support elements 15.1, 15.2 and all four magnetometers 12.1 to 12.4.
  • the underwater measuring body 2 is rotated about 20 ° about its own longitudinal axis.
  • each magnetometer 12.1 to 12.4 is designed for a total field measurement, so it can only measure the size of an anomaly.
  • each magnetometer 12.1 to 12.4 is designed as a three-axis magnetometer or four-axis magnetometer, for example as a flux gate, and is able to measure not only the size of an anomaly, but also the direction of the magnetometer a source for the anomaly, that is, an object to be discovered.
  • 3 shows the four determined directions R.1 to R.4 from the four magnetometers 12.1 to 12.4 to the object G. More specifically: the projections of the four directions R.1 to R.4 in the drawing plane of FIG. 3 are shown. Of course, a direction R.1 to R.4 can also run obliquely to the plane of the drawing.
  • the signals from the four magnetometers 12.1 to 12.4 are transmitted from the underwater measuring body 2 via the data line in the connecting element 3 to the data storage computer 21 on board the underwater propulsion vehicle 1.
  • the data storage computer 21 stores the signals from the magnetometers 12.1 to 12.4 in the data storage 22.
  • the signals from the magnetometers 12.1 to 12.4 are thus transmitted to the underwater drive vehicle 1 and there to the data storage computer 21.
  • Data storage computer 21 stores the received signals in data storage 22.
  • the data storage computer 21 preferably stores the measured and transmitted magnetometer signals additionally a time stamp and the geoposition of the underwater measuring body 2 at the time of the measurement in
  • Data memory 22 optionally also the speed of travel, the distance of the underwater measuring body 2 to the seabed, the orientation of the underwater measuring body 2 relative to the seabed surface Mb and / or the depth of the dive at the time of the measurement.
  • the signals from the magnetometers 12.1 to 12.4 are evaluated by an evaluation unit on board the underwater propulsion vehicle 1.
  • the signals are only stored on board the underwater drive vehicle 1, namely in data memory 22, but are not evaluated on board the underwater drive vehicle 1.
  • the underwater drive vehicle 1 and the underwater measuring body 2 are taken out of the water.
  • the data memory 22 is read out, and the stored and read out signals, in particular the georeferenced magnetometer signals with the time stamps and further associated information, are transmitted to the evaluation unit 28 on board the ship S and are automatically evaluated by the evaluation unit 28.
  • the evaluation unit 28 compares the signals from two magnetometers, which relate to the same point in time, with one another, ie carries out a total of six comparisons for each sampling point in time. If at least one comparison yields a significant difference, there is an anomaly, and an object G to be detected is located near the underwater measuring body 2 at the time of the measurement and causes this anomaly. Because with four magnetometers the two distances of the object G to at least two magnetometers differ, the anomalies also differ. Or the object G only causes an anomaly in the magnetic field around a magnetometer, but not in the magnetic field around another magnetometer.
  • the underwater measuring body 2 has four magnetometers 12.1 to 12.4, which are not all in the same plane, the arrangement can detect and locate an object G with greater certainty than if less than four magnetometers were used would be. Redundancy is also provided in the event that a magnetometer fails.
  • the evaluation unit 28 preferably determines approximately the current direction from the underwater measuring body 2 to the object G and the distance between the object G and the underwater measuring body 2. For this purpose, the evaluation unit 28 uses the signals from each magnetometer 12.1 to 12.4 that detects an anomaly and therefore determined a direction to the source of this anomaly. In the example of FIG. 3, all four magnetometers 12.1 to 12.4 have each determined a direction R.1 to R.4 to the object G. Ideally, the four direction vectors R.1 to R.4 intersect at a point, and this point belongs to object G. The evaluation unit 28 also evaluates the signals from the distance sensors 11.1 to 11.3 on board the underwater measuring body 2 to determine the current position (orientation) of the underwater measuring body 2 in the water. The determined position is used by the evaluation unit 21 to determine the direction to the object G.
  • the evaluation unit 28 determines the geoposition of the object G and optionally a position and / or orientation of the object G relative to the seabed surface Mb. For this purpose, the evaluation unit 28 uses the following information:
  • the evaluation unit 28 derives at least one property of the object G from the signals of the magnetometers 12.1 to 12.4, for example from what material the object G is and how large it is and / or what shape it has.
  • the evaluation unit 28 stores information about a determined object in a data memory (not shown) on board the ship S and / or outputs it in a form that can be detected by a human. This information includes
  • a time stamp that is, the information when the magnetometers 12.1 to 12.4 have measured the anomalies that the object G causes in the magnetic field.
  • the signals are already evaluated on board the underwater drive vehicle 1, and the underwater drive vehicle 1 transmits this information wirelessly via the object G to a spatially distant platform.
  • the underwater drive vehicle 1 appears or at least travels to a shallower water depth and sends out the information about the object with the aid of the antenna 26.
  • the step of transmitting the information about the object G is triggered by an evaluation unit on board the underwater propulsion vehicle 1 having discovered an object G with certain predetermined properties. If the evaluation unit has not discovered such an object during the journey, the underwater drive vehicle 1 transmits information about discovered objects at the end of the journey wirelessly to a spatially distant platform.
  • the underwater propulsion vehicle 1 and the underwater measuring body 2 are recorded on board a platform, for example on board the ship S, and the data memory 22 is read out.
  • the two configurations, which transmit the information and read out the data memory 22, can be combined so that the determined information about objects is also available if the underwater propulsion vehicle 1 cannot be taken up again on the platform.
  • the evaluation unit 28 is arranged on board the underwater drive vehicle 1 and already evaluates the signals from the magnetometers 12.1 to 12.4 while the arrangement is traveling through the water. This configuration makes it possible to set a message about the discovery of an object with certain properties while the arrangement is in motion.
  • the evaluation unit 28 is arranged on board a spatially distant platform, for example on board the surface ship S.
  • the signals from the magnetometers 12.1 to 12.4 are stored in the data memory 22 and are not evaluated on board the underwater drive vehicle 1. Rather, the evaluation unit 21 on board the platform S evaluates the signals from the magnetometers 12.1 to 12.4 after the underwater propulsion vehicle 1 has been taken on board the platform S and the data memory 22 has been read out. This configuration saves the need to provide an evaluation unit 21 on board the underwater drive vehicle 1.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Anordnung und ein Verfahren, welche einen Gegenstand in oder unter einem Gewässer zu lokalisieren vermögen. Ein Unterwasser- Antriebsfahrzeug (1) mit einem Antrieb (6, 8, 9) und einer Fahrtrichtungs-Änderungs- Einheit (4.1, 4.2, 23.1, 23.2) bewegt die Anordnung durch das Wasser. Durch ein Verbindungselement (3) ist ein Unterwasser-Messkörper (2) mit dem Unterwasser- Antriebsfahrzeug (1) verbunden. Der Unterwasser-Messkörper (2) umfasst ein erstes Mehr-Achs-Magnetometer (12.1) und ein zweites Mehr-Achs-Magnetometer (12.2, …). Jedes Magnetometer (12.1, 12.2, …) misst eine Größe, die mit dem Magnetfeld um dieses Magnetometer korreliert. Eine Datenspeicher-Einheit (21, 22) speichert automatisch Signale von den beiden Magnetometern (12.1, 12.2, …) ab. Eine Auswerteeinheit (28) ist ausgestaltet, einen Unterschied zwischen den abgespeicherten Signalen von den beiden Magnetometern (12.1, 12.2, …) automatisch zu entdecken und auszuwerten um die Position des Gegenstands relativ zum Unterwasser- Messkörper und den Abstand und die Lage des Gegenstands relativ zur Oberfläche des Gewässerbodens zu ermitteln.

Description

Anordnung und Verfahren zum Lokalisieren eines Gegenstands in oder unter einem Gewässer
Die Erfindung betrifft eine Anordnung und ein Verfahren, welche einen Gegenstand in oder unter einem Gewässer zu lokalisieren vermögen. Beispielsweise sollen Seeminen, Fliegerbomben und sonstige Kampfmittel lokalisiert werden, um sie anschließend neutralisieren zu können. Ein solcher Gegenstand lässt sich oft mit optischen Verfahren nicht genau genug lokalisieren.
Die Anordnung und das Verfahren nutzen die Tatsache aus, dass ein zu lokalisierender Gegenstand eine Anomalie in dem Magnetfeld der Erde erzeugt, welche sich entdecken lässt.
Eine mögliche Ausgestaltung für eine solche Anordnung ist die, dass ein
Überwasserschiff einen Messkörper durch das Wasser schleppt. An Bord dieses Messkörpers ist ein Magnetometer installiert. Eine Auswerteeinheit wertet die Signale von diesem Magnetometer aus.
Eine weitere mögliche Ausgestaltung ist ein Unterwasserfahrzeug mit einem eigenen Antrieb, welches ein Magnetometer und eine Auswerteeinheit für die Signale von dem Magnetometer aufweist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung und ein Verfahren zum Lokalisieren eines Gegenstands in oder unter einem Gewässer bereitzustellen, welche diesen Gegenstand mit größerer Sicherheit zu lokalisieren vermögen als bekannte Anordnungen und Verfahren.
Die Aufgabe wird durch den Gegenstand der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Weitere vorteilhafte Ausführungsformen sind der Gegenstand der abhängigen
Patentansprüche. Die erfindungsgemäße Anordnung und das erfindungsgemäße Verfahren sind dazu ausgestaltet, einen Gegenstand zu lokalisieren, wobei dieser Gegenstand sich in oder unter einem Gewässer, insbesondere vollständig oder wenigstens teilweise unterhalb der Oberfläche des Bodens dieses Gewässers, befindet. Die erfindungsgemäße Anordnung ist dazu ausgestaltet, vollständig unterhalb der Wasseroberfläche des Gewässers eingesetzt zu werden.
Die lösungsgemäße Anordnung umfasst
- ein Unterwasser-Antriebsfahrzeug,
- einen Unterwasser-Messkörper, der während des Einsatzes der Anordnung in einem Abstand zum Unterwasser-Antriebsfahrzeug angeordnet ist,
- ein Verbindungselement, welches das Unterwasser-Antriebsfahrzeug mit dem Unterwasser-Messkörper verbindet, und
- eine Datenspeicher-Einheit.
Das Unterwasser-Antriebsfahrzeug umfasst
- einen Antrieb und
- eine Fahrtrichtungs-Änderungs-Einheit.
Der Unterwasser-Messkörper umfasst
- ein erstes Magnetometer und
- mindestens ein zweites Magnetometer.
Jedes Magnetometer des Unterwasser-Messkörpers vermag eine Größe zu messen, wobei diese Größe mit dem Magnetfeld um dieses Magnetometer korreliert und entsprechend der Größe ein Signal auszugeben. Die Datenspeicher-Einheit vermag Signale von den beiden Magnetometern automatisch abzuspeichern. Die Auswerteeinheit ist ausgestaltet, abgespeicherte Signale von den beiden Magnetometern automatisch auszuwerten um die Position des Gegenstands relativ zum Unterwasser-Messkörper und den Abstand und die Lage des Gegenstands relativ zur Oberfläche des Gewässerbodens zu ermitteln. Das lösungsgemäße Verfahren umfasst die folgenden Schritte:
- Die Anordnung wird unter Wasser durch das Wasser bewegt.
- Jedes Magnetometer misst eine Größe, die mit dem Magnetfeld um dieses
Magnetometer korreliert und entsprechend der Größe ein Signal ausgibt.
- Die Datenspeicher-Einheit speichert automatisch Signale von den beiden
Magnetometern ab.
- Die Auswerteeinheit wertet die abgespeicherten Signale von den beiden
Magnetometern aus, um die Position des Gegenstands relativ zum Unterwasser- Messkörper und den Abstand und die Lage des Gegenstands relativ zur Oberfläche des Gewässerbodens zu ermitteln.
Lösungsgemäß bewegt das Unterwasser-Antriebsfahrzeug mit dem Antrieb die gesamte Anordnung durch das Wasser. Dadurch wird ermöglicht, den Unterwasser- Messkörper ohne eigenen Antrieb auszugestalten. Ein solcher Antrieb an Bord des Unterwasser-Messkörpers könnte die Messungen der Magnetometer an Bord des Unterwasser-Messkörpers verfälschen. Das Verbindungselement zwischen dem
Unterwasser-Antriebsfahrzeug und dem Unterwasser-Messkörper lässt sich so lang ausgestalten, dass der Abstand zwischen dem Unterwasser-Antriebsfahrzeug und dem Unterwasser-Messkörper ausreichend groß ist und der Antrieb des Unterwasser- Antriebsfahrzeugs nicht in relevanter Weise die Messungen der Magnetometer verfälscht.
Außerdem kann der antriebslose Unterwasser-Messkörper einfacher ausgestaltet sein als ein Unterwasser-Messkörper mit eigenem Antrieb. Der Unterwasser-Messkörper verbraucht im Betrieb nur wenig elektrische Energie, in der Regel nur die zum Betrieb der Magnetometer und optionaler weiterer Sensoren benötigte Energie. Diese Energie lässt sich oft über das Verbindungselement zuführen, so dass keine Spannungsquelle an Bord des Unterwasser-Messkörpers benötigt wird.
Lösungsgemäß umfasst das Unterwasser-Antriebsfahrzeug eine Fahrtrichtungs- Veränderungs-Einheit, z.B. ein Seitenruder und / oder ein Höhenruder, und vermag die Fahrtrichtung und / oder die Tauchtiefe der Anordnung durch das Wasser zu verändern. Ermöglicht wird dadurch, den Unterwasser-Messkörper ohne eine bewegliche
Fahrtrichtungs-Änderungs-Einheit und ohne einen Stellantrieb für eine solche Einheit auszugestalten. Ein solcher Stellantrieb könnte ebenfalls die Messergebnisse von den Magnetometern verfälschen und benötigt Energie.
Der folgende Vorteil tritt vor allem dann auf, wenn Gegenstände zu lokalisieren sind, die sich wenigstens teilweise unterhalb der Oberfläche des Gewässerbodens und damit vollständig oder wenigstens teilweise unterhalb des Gewässers befinden. Der
Unterwasser-Messkörper soll in der Regel nahe dem Gewässerboden bewegt werden, um einen möglichst geringen Abstand zu einem Gegenstand auf oder unter der
Oberfläche des Gewässerbodens aufzuweisen. Die lösungsgemäße Anordnung wird von dem Unterwasser-Antriebsfahrzeug durch das Wasser bewegt und kann beim Einsatz vollständig unter der Wasseroberfläche verbleiben. Dadurch wird die
Notwendigkeit vermieden, dass ein Überwasserfahrzeug den Unterwasser-Messkörper durch das Wasser bewegt. Falls ein Überwasserfahrzeug verwendet werden würde, so würde zwangsläufig ein größerer vertikaler Abstand zwischen dem Überwasserfahrzeug und dem Unterwasser-Messkörper auftreten, wobei dieser Abstand von der
Gewässertiefe abhängt und damit in der Regel während der Fahrt variiert. Damit die mechanische Verbindung zwischen dem Überwasserfahrzeug und dem Unterwasser- Messkörper ausreichend gut geführt ist, muss die Verbindung ausreichend lang sein, oft das Vierfache der Tiefe des Gewässers. Die lösungsgemäße Verwendung eines
Unterwasserfahrzeugs als Antriebsfahrzeug vermeidet die Notwendigkeit, eine so lange mechanische Verbindung vorsehen zu müssen. Außerdem haben Wellenbewegungen und Wind dank der Erfindung keinen Einfluss auf die lösungsgemäße Anordnung, weil diese im Einsatz dauerhaft unter der Wasseroberfläche verbleibt.
Die Erfindung nutzt die Tatsache aus, dass ein zu lokalisierender Gegenstand oft eine Anomalie im Magnetfeld der Erde verursacht. Unter einer Magnetfeld-Anomalie wird eine lokale Abweichung des tatsächlichen Magnetfelds, beispielsweise gemessen als magnetische Flussdichte in Nano-Tesla, von einem magnetischen Normalfeld
verstanden. Das magnetische Normalfeld ist das Erdmagnetfeld, welches überwiegend vom Erdkern und außerdem von der Ionosphäre und der Magnetosphäre verursacht wird und angenähert ein exzentrisches Dipolfeld mit 12 Grad Neigung gegen die Erdachse ist. Die verursachte lokale Abweichung ist beispielsweise eine Abweichung in der Richtung und / oder der Intensität des Magnetfelds.
Lösungsgemäß umfasst der Unterwasser-Messkörper mehrere Magnetometer. Ein Magnetometer lässt sich als ein passiver Sensor ausgestalten. Ein Magnetometer erzeugt nicht notwendigerweise aktiv einen physikalischen Effekt. Dadurch wird nur wenig elektrische Energie an Bord des Unterwasser-Messkörpers benötigt. Außerdem lässt sich der Unterwasser-Messkörper während des Einsatzes schwieriger entdecken, als wenn der Unterwasser-Messkörper einen physikalischen Effekt erzeugt. Der physikalische Effekt kann unerwünschte Wirkungen haben, insbesondere auf
Lebewesen im Gewässer, oder ein Kampfmittel zur Explosion bringen. Insbesondere bei militärischen Anwendungen ist außerdem oft nicht gewünscht, dass der
Unterwasser-Messkörper entdeckt wird. Diese Gefahr ist bei einem rein passiven Sensor geringer.
Lösungsgemäß umfasst der Unterwasser-Messkörper mindestens zwei Magnetometer, zwischen denen zwangsläufig ein Abstand auftritt. Aufgrund dieses Merkmals vermag die Anordnung mit größerer Sicherheit einen Gegenstand in oder unter dem Gewässer zu entdecken und zu lokalisieren, als wenn nur ein einziges Magnetometer vorhanden wäre. Ein Grund hierfür: Ein zu lokalisierender Gegenstand verursacht zwar oft eine Anomalie im Magnetfeld um das Magnetometer. Diese Anomalie verkrümmt die
Magnetfeldlinien in der Nähe des Gegenstands. Die verursachte Anomalie ist aber um mehrere Größenordnungen kleiner als das Magnetfeld der Erde, beispielsweise um wenige Prozent der magnetischen Flussdichte des Erdmagnetfelds, so dass ein einziges Magnetometer allein die Anomalie oft nicht mit ausreichender Sicherheit entdecken kann. Die Stärke der Anomalie nimmt außerdem stark ab, wenn der Abstand zwischen dem Gegenstand und dem Magnetometer wächst.
Das Merkmal, dass mindestens zwei Magnetometer vorhanden sind, ermöglicht es, Differenzen zwischen den Messergebnissen dieser beiden voneinander beabstandeten Magnetometer zu berechnen. Falls das Magnetfeld keine Anomalie in der Nähe des Unterwasser-Messkörpers aufweist, so weichen die Messergebnisse der beiden
Magnetometer idealerweise nicht voneinander ab, die Differenz ist also idealerweise gleich Null. In der Realität treten zwar aufgrund von Messungenauigkeiten der
Magnetometer Differenzen auf, diese liegen aber unterhalb einer vorgegebenen
Toleranz, falls keine Anomalie vorliegt. Eine Anomalie führt hingegen zu einer Differenz in den Messergebnissen, die oberhalb der vorgegebenen Toleranz liegt. Weil der Unterwasser-Messkörper mindestens zwei Magnetometer umfasst, ist somit die
Wahrscheinlichkeit größer, dass sich durch eine signifikant höhere Differenz eine Anomalie entdecken lässt - verglichen mit einem Unterwasser-Messkörper, der nur ein einziges Magnetometer aufweist.
Ein Freiheitsgrad beim Entwurf des Unterwasser-Messkörpers ist der Abstand zwischen den beiden Magnetometern. Je kleiner der Abstand ist, desto größer ist die
Wahrscheinlichkeit, dass ein Gegenstand in den beiden Magnetfeldern um die beiden Magnetometer eine Anomalie bewirkt und daher beide Magnetometer den Gegenstand entdecken und ihn gemeinsam lokalisieren. Indem die Signale von diesen beiden Magnetometern ausgewertet werden, gelingt es oft, automatisch eine Charakteristik des Gegenstands und / oder die Position des Gegenstands relativ zur Oberfläche des Gewässerbodens abzuleiten. Andererseits ist der Streifen auf der Oberfläche des Gewässerbodens, den der Unterwasser-Messkörper bei der Fahrt untersucht, oft um so kleiner, je geringer der Abstand zwischen den Magnetometern ist. Bei einem geringeren Abstand dauert die Untersuchung eines Bereichs der Oberfläche des Gewässerbodens daher zwar oft länger, dafür werden mit größerer Sicherheit die zu entdeckenden Gegenstände tatsächlich entdeckt und lokalisiert.
In einer Ausgestaltung umfasst die Anordnung weiterhin eine Auswerteeinheit. Die Auswerteeinheit vermag automatisch die Signale auszuwerten, welche die
Magnetometer erzeugt haben und welche die Datenspeicher-Einheit abgespeichert hat. Die Auswerteeinheit kann an Bord des Unterwasser-Antriebsfahrzeugs, an Bord des Unterwasser-Messkörpers oder an Bord einer räumlich entfernten Plattform, z.B. eines Überwasserfahrzeugs, eines weiteren Unterwasserfahrzeugs oder einer Landstation, angebracht sein. Falls die Auswerteeinheit an Bord der Plattform angeordnet ist, so braucht das Unterwasser-Antriebsfahrzeug nicht die Auswerteeinheit durch das Wasser zu bewegen und bei der Fahrt mit elektrischer Energie zu versorgen.
In einer Ausführungsform vermag die Auswerteeinheit automatisch einen Unterschied zwischen den Signalen von den beiden oder von mindestens zwei Magnetometern des Unterwasser-Messkörpers zu entdecken und diesen Unterschied auszuwerten.
Aufgrund dieses Merkmals vermag die Anordnung mit größerer Sicherheit einen
Gegenstand unter der Oberfläche des Gewässerbodens zu entdecken und zu
lokalisieren, als wenn nur ein einziges Magnetometer vorhanden wäre oder als wenn Signale von mehreren Magnetometern unabhängig voneinander ausgewertet werden würden. Obwohl die Anomalie, die ein Gegenstand hervorruft, um mehrere
Größenordnungen kleiner als das Normal-Magnetfeld der Erde ist, führt ein Gegenstand in der Nähe des Unterwasser-Messkörpers oft zu zwei unterschiedliche Anomalien in den Magnetfeldern um die beiden Magnetometer, so dass ein Unterschied bewirkt wird, den die Auswerteeinheit zu entdecken und auszuwerten vermag. Somit steigert dieses Merkmal die Wahrscheinlichkeit, dass ein Gegenstand tatsächlich entdeckt und lokalisiert wird.
Wie bereits erwähnt, ist ein Freiheitsgrad beim Entwurf des Unterwasser-Messkörpers der Abstand zwischen den beiden Magnetometern. Bei einem kleinen Abstand erzeugt ein Gegenstand in beiden Magnetfeldern jeweils eine Anomalie, wobei die Anomalien sich oft voneinander unterscheiden.
Jedes Magnetometer ist als Mehr-Achs-Magnetometer ausgestaltet, also als ein Vektor- Sensor. Das Mehr-Achs-Magnetometer kann insbesondere als Drei-Achs- Magnetometer oder Vier-Achs-Magnetometer ausgestaltet sein. Falls das Magnetometer in mehr als drei verschiedene Richtungen zu messen vermag, so wird Redundanz erzielt, und Rauschen in den Signalen lässt sich besser eliminieren. Ein Vier-Achs-Magnetometer lässt sich beispielsweise als ein Paar mit zwei Zwei-Achs- Magnetometern realisieren. Jedes als Vektor-Sensor ausgestaltete Magnetometer vermag die Richtung von sich selbst zu einer Quelle für eine Anomalie im Magnetfeld zu entdecken. Diese Anomalie stammt häufig von einem zu entdeckenden Gegenstand, der damit zu einem Störkörper im Erdmagnetfeld wird. Insgesamt misst der Unterwasser-Messkörper mit mindestens zwei Mehr-Achs-Magnetometern also mindestens zwei Richtungen zu einem
Gegenstand. Die Kenntnis dieser beiden Richtungen reicht häufig aus, um die Position des Gegenstands relativ zum Unterwasser-Messkörper und den Abstand und die Lage des Gegenstands relativ zur Oberfläche des Gewässerbodens zu ermitteln.
Die beiden Magnetometer berechnen gemäß dieser Ausgestaltung jeweils einen
Gradienten, also einen Vektor, und wirken somit zusammen als ein Gradiometer.
Der Abstand zwischen den beiden Magnetometern sowie die Länge des
Verbindungselements sind bekannt. Oft vermag das Unterwasser-Antriebsfahrzeug die eigene Geoposition zu messen. Aus den Richtungen, den die Mehr-Achs- Magnetometer entdeckt haben, der Geoposition des Unterwasser-Antriebsfahrzeugs zum Zeitpunkt der Messung und den bekannten Abmessungen lässt sich oft die
Geoposition des Gegenstands im oder unter dem Gewässer wenigstens
näherungsweise herleiten.
Lösungsgemäß umfasst der Unterwasser-Messkörper ein erstes Magnetometer und ein zweites Magnetometer. In einer Ausgestaltung umfasst der Unterwasser-Messkörper ein drittes Magnetometer. Dieses dritte Magnetometer ist mit jeweils einem Abstand zwischen den ersten beiden Magnetometern angeordnet.
Die Verwendung eines dritten Magnetometers an Bord des Unterwasser-Messkörpers erhöht die Messgenauigkeit und stellt Redundanz bereit.
Falls der Unterwasser-Messkörper nur zwei Magnetometer besitzt und diese nicht als Vektor-Sensoren ausgestaltet sind, so kann die Situation auftreten, dass ein
Gegenstand in oder unter dem Gewässer stets die gleiche Anomalie in den beiden Magnetfeldern um die beiden Magnetometer verursacht, etwa weil der Gegenstand stets den gleichen Abstand zu den beiden Magnetometern aufweist, während die Anordnung am Gegenstand vorbei bewegt wird. In diesem Falle würde eine
Auswerteeinheit keinen Unterschied in den Signalen von den beiden Magnetometern entdecken und vermag daher den Gegenstand unter Umständen nicht zu entdecken oder nicht zu lokalisieren. Die Ausgestaltung mit dem dritten Magnetometer verhindert auch dann, dass diese unerwünschte Situation auftritt, wenn die drei Magnetometer keine Vektor-Sensoren sind.
Möglich ist, dass auch das dritte Magnetometer als ein Mehr-Achs-Magnetometer ausgestaltet ist. Dank dieser Ausgestaltung lassen sich drei Richtungen zu einem Gegenstand messen. Diese Ausgestaltung reduziert die Gefahr eines Messfehlers weiter. Mit größerer Sicherheit lassen sich die Richtung zu einem Gegenstand und - bei einem Gegenstand unter dem Gewässer - die Position des Gegenstands relativ zur Oberfläche des Gewässerbodens ermitteln. Die Ausgestaltung mit dem dritten
Magnetometer stellt außerdem Redundanz bereit: Falls ein Magnetometer ausfällt, stehen noch zwei Magnetometer zur Verfügung.
Eine optionale Auswerteeinheit vermag in einer Fortbildung dieser Ausgestaltung mindestens einen der folgenden Unterschiede zu entdecken:
- einen Unterschied zwischen den Signalen des dritten Magnetometers und den Signalen des ersten Magnetometers,
- einen Unterschied zwischen den Signalen des dritten Magnetometers und den Signalen des zweiten Magnetometers.
Diese Ausgestaltung erhöht weiter die Wahrscheinlichkeit, dass ein Gegenstand entdeckt wird, weil der Gegenstand zu einer Anomalie in einem Magnetfeld um ein Magnetometer führt. Diese Wahrscheinlichkeit ist größer, wenn drei anstelle nur zwei Magnetometer verwendet werden.
In einer bevorzugten Ausgestaltung umfasst der Unterwasser-Messkörper ein viertes Magnetometer. Bei einem regulären Einsatz des Unterwasser-Messkörpers weist io
dieses vierte Magnetometer einen geringeren Abstand zu dem Gewässerboden auf als das erste Magnetometer und das zweite Magnetometer.
Diese Ausgestaltung reduziert weiter die Gefahr von Messfehlern, insbesondere dann, wenn auch das vierte Magnetometer als ein Mehr-Achs-Magnetometer ausgestaltet ist.
Vorzugsweise messen die beiden oder alle Magnetometer das jeweilige aktuelle Magnetfeld wiederholt, z.B. mit einer vorgegebenen Abtastrate. Dadurch wird ein besseres Bild von der Umgebung des Unterwasser-Messkörpers erzeugt als nur durch eine Messung zu einem einzigen Zeitpunkt.
In einer bevorzugten Ausgestaltung umfasst der Unterwasser-Messkörper mindestens einen Abstands-Sensor. Dieser Abstands-Sensor vermag den Abstand zwischen sich selbst und damit dem Unterwasser-Messkörper und dem Gewässerboden zu messen. Der Unterwasser-Messkörper vermag Signale von dem Abstands-Sensor an das Unterwasser-Antriebsfahrzeug zu übermitteln. Das Unterwasser-Antriebsfahrzeug ist dazu ausgestaltet, die Anordnung abhängig von Signalen des Abstands-Sensors durch das Wasser zu bewegen und insbesondere die Fahrtrichtungs-Änderungs-Einheit abhängig von diesen Signalen anzusteuern.
Das Unterwasser-Antriebsfahrzeug verwendet in einer Ausgestaltung Signale von dem Abstands-Sensor an Bord des Unterwasser-Messkörpers, um die Anordnung durch das Wasser zu bewegen. Dank des Abstands-Sensors wird ermöglicht, dass der
Unterwasser-Messkörper in der Nähe des Gewässerbodens durch das Wasser bewegt wird, auch wenn der Gewässerboden bergig ist. Ermöglicht wird insbesondere, dass der vertikale Abstand zwischen dem Unterwasser-Messkörper und dem Gewässerboden innerhalb einer vorgegebenen Schranke bleibt, ohne dass der Unterwasser-Messkörper mit dem Gewässerboden kollidiert.
Falls ausschließlich ein Abstands-Sensor an Bord des Unterwasser-Antriebsfahrzeugs verwendet werden würde, um die Anordnung durch das Wasser zu steuern, so ist die Gefahr größer, dass der Unterwasser-Messkörper einen anderen Abstand zum Gewässerboden aufweist als das Unterwasser-Antriebsfahrzeug und daher die vorgegebene Schranke nicht eingehalten wird oder der Unterwasser-Messkörper mit dem Gewässerboden kollidiert, obwohl das Unterwasser-Antriebsfahrzeug den richtigen Abstand einhält.
In einer Ausgestaltung umfasst der Unterwasser-Messkörper einen Lage-Sensor.
Dieser Lage-Sensor vermag die Lage (Orientierung) des Unterwasser-Messkörpers im Wasser zu messen, insbesondere während der Unterwasser-Messkörper durch das Wasser bewegt wird, beispielsweise die Orientierung des Unterwasser-Messkörpers relativ zur Oberfläche des Gewässerbodens. Der Lage-Sensor kann mit Hilfe von mehreren Abstands-Sensoren implementiert sein. Bevorzugt werden Daten über die gemessene Lage gemeinsam mit Signalen von den Magnetometern an das
Unterwasser-Antriebsfahrzeug übermittelt und von der Datenspeicher-Einheit abgespeichert. Während eine optionale Auswerteeinheit die Signale von den
Magnetometern des Unterwasser-Messkörpers auswertet, verwendet ein Steuergerät des Unterwasser-Antriebsfahrzeugs und / oder die Auswerteeinheit ausgewertete Signale von dem Lage-Sensor. Das Steuergerät vermag die Signale vom Lage-Sensor zu nutzen, um die Anordnung durch das Wasser zu steuern. Die Auswerteeinheit vermag automatisch die gemessene Lage (Orientierung) des Unterwasser-Messkörpers im Wasser zu berücksichtigen.
Die Auswerteeinheit vermag die Signale vom Lage-Sensor dafür zu verwenden, um einen Gegenstand unter dem Gewässer besser zu lokalisieren. Die Richtung vom Unterwasser-Messkörper zum Gegenstand kann von der Lage des Unterwasser- Messkörpers im Wasser abhängen.
Möglich ist, dass die Datenspeicher-Einheit an Bord des Unterwasser-Messkörpers angeordnet ist. In einer bevorzugten Ausgestaltung ist die Datenspeicher-Einheit hingegen an Bord des Unterwasser-Antriebsfahrzeugs angeordnet. Der Unterwasser- Messkörper vermag Signale von den Magnetometern des Unterwasser-Messkörpers an das Unterwasser-Antriebsfahrzeug zu übermitteln. Diese Signale werden dann an die Datenspeicher-Einheit übermittelt und von dieser abgespeichert. Diese Ausgestaltung verringert weiter das Risiko, dass die Datenspeicher-Einheit ein magnetisches Feld erzeugt, welches die Messwerte von den Magnetometern verfälscht. Vielmehr wird ermöglicht, einen ausreichend großen Abstand zwischen der
Datenspeicher-Einheit und den Magnetometern einzuhalten.
Möglich ist, dass beide Magnetometer direkt am Rumpf des Unterwasser-Messkörpers montiert sind. In einer anderen Ausgestaltung umfasst der Unterwasser-Messkörper
- einem Rumpf,
- einen ersten Abstandhalter und
- einen zweiten Abstandhalter.
Gemäß dieser anderen Ausgestaltung sind die beiden Abstandhalter am Rumpf befestigt, so dass der Rumpf sich zwischen den beiden Abstandhaltern befindet. Das erste Magnetometer ist am ersten Abstandhalter befestigt. Das zweite Magnetometer ist am zweiten Abstandhalter befestigt, in einer Ausführungsform jeweils am freien äußeren Ende des Abstandhalters.
Diese Ausgestaltung ermöglicht es einerseits, einen ausreichend großen Abstand zwischen den beiden Magnetometern in eine Richtung senkrecht auf die Fahrtrichtung der Anordnung zu erzielen. Andererseits weist der Unterwasser-Messkörper gemäß dieser Ausgestaltung ein geringeres Gewicht auf als bei Verwendung einer anderen geometrischen Form.
In einer Ausgestaltung sind die beiden Abstandhalter als Flügel ausgestaltet. Diese Flügel lassen sich so am Rumpf montieren, dass sie einen Auftrieb erzielen, wenn das Unterwasser-Antriebsfahrzeug den Unterwasser-Messkörper durch das Wasser bewegt.
In einer Ausgestaltung umfasst die Anordnung einen Bewegungs-Sensor. Dieser Bewegungs-Sensor vermag eine Bewegung des Unterwasser-Messkörpers relativ zum Unterwasser-Antriebsfahrzeug zu messen. Beispielsweise ist ein erster 3D- Beschleunigungs-Sensor an Bord des Unterwasser-Antriebsfahrzeugs montiert und ein zweiter 3D-Beschleunigungs-Sensor an Bord des Unterwasser-Messkörpers. Aus einem Unterschied zwischen den Beschleunigungen in eine Richtung, den diese beiden Beschleunigungs-Sensoren messen, wird automatisch eine Bewegung des
Unterwasser-Messkörpers relativ zum Unterwasser-Antriebsfahrzeug hergeleitet.
Diese Ausgestaltung erleichtert es sicherzustellen, dass der Abstand zwischen dem Unterwasser-Messkörper und dem Gewässerboden in einem vorgegebenen Bereich bleibt. Ein Steuergerät an Bord des Unterwasser-Antriebsfahrzeugs erhält Signale von dem Bewegungs-Sensor und steuert die Fahrtrichtungs-Veränderungs-Einheit und / oder den Antrieb so an, dass der Abstand im vorgegebenen Bereich bleibt.
Falls ein Geopositions-Sensor an Bord des Unterwasser-Antriebsfahrzeugs dessen Geoposition zu messen vermag, so lässt sich mit Hilfe von Signalen von den
Magnetometern und Signalen vom Bewegungs-Sensor die Geoposition eines
Gegenstands in oder unter dem Gewässer leichter ermitteln.
In einer Ausgestaltung sind die beiden Magnetometer dergestalt an einem Rumpf des Unterwasser-Messkörpers befestigt, dass ihr Abstand voneinander unverändert bleibt, insbesondere während eines Einsatzes und während eines Transports des Unterwasser-Messkörpers zu einem Einsatzort. In einer anderen Ausgestaltung lässt sich der Abstand zwischen den beiden Magnetometern verändern, beispielsweise manuell vor einem Einsatz. Vorzugsweise bleibt auch in dieser Ausgestaltung der Abstand zwischen den beiden Magnetometern während des Einsatzes konstant. Indem der Abstand zwischen den beiden Magnetometern verändert wird, lässt der Unterwasser-Messkörper sich an einen gewünschten Einsatz anpassen.
Eine optionale Auswerteeinheit wertet die Signale von den Magnetometern aus und ermittelt in einer Ausgestaltung durch die Auswertung mindestens eine Eigenschaft des lokalisierten Gegenstands. Diese Ausgestaltung lässt sich bevorzugt kombinieren mit der Ausgestaltung, dass jedes Magnetometer als ein Mehr-Achs-Magnetometer ausgestaltet ist. Beispielsweise ermittelte die Auswerteeinheit mindestens eine der folgenden Eigenschaften des Gegenstands: - das oder ein Material, aus dem der Gegenstand oder ein Bestandteil des Gegenstands hergestellt ist,
- die Größe oder maximale Abmessung des Gegenstands,
- die geometrische Form des Gegenstands.
Gesehen in die Fahrtrichtung der Anordnung befindet sich der Unterwasser-Messkörper bevorzugt hinter dem Unterwasser-Antriebsfahrzeug. Bei dieser Ausgestaltung vermag das Unterwasser-Antriebsfahrzeug die Anordnung leichter zu steuern, als wenn der Unterwasser-Messkörper sich vor dem Unterwasser-Antriebsfahrzeug oder senkrecht oder schräg neben dem Unterwasser-Antriebsfahrzeug befinden würde.
Der Unterwasser-Messkörper wird bevorzugt über das Verbindungselement mit elektrischer Energie versorgt. Dadurch braucht keine Spannungsquelle an Bord des Unterwasser-Messkörpers vorhanden zu sein.
In einer Ausgestaltung wird durch einen Auftriebskörper erreicht, dass das Gewicht des Unterwasser-Messkörpers etwa gleich dem Auftrieb ist, den das vom Unterwasser- Messkörper verdrängte Wasser auf den Unterwasser-Messkörper ausübt
(Auftriebsneutralität). Diese Ausgestaltung erleichtert es, den Unterwasser-Messkörper mit einem gewünschten Abstand zum Gewässerboden durch das Wasser zu bewegen.
In einer Ausgestaltung umfasst die Anordnung einen weiteren Unterwasser- Messkörper, der über ein weiteres Verbindungsmittel mit dem Unterwasser- Antriebsfahrzeug verbunden ist. Bevorzugt sind die beiden Unterwasser-Messkörper - gesehen in die Fahrtrichtung der Anordnung - nebeneinander angeordnet. Durch diese Ausgestaltung lässt sich ein größerer Streifen der Oberfläche des Gewässerbodens untersuchen, als wenn die Anordnung nur einen einzigen Unterwasser-Messkörper besitzt. Dadurch wird Zeit eingespart. Beispielsweise sind beide Unterwasser- Messkörper an einer Deichsel befestigt, welche das Unterwasser-Antriebsfahrzeug hinter sich herzieht.
In einer Ausgestaltung wird das Unterwasser-Antriebsfahrzeug mit der Datenspeicher- Einheit nach der Fahrt aus dem Wasser genommen. Die Datenspeicher-Einheit wird ausgelesen, und die abgespeicherten Signale werden an eine Auswerteeinheit an Bord einer Plattform übermittelt, die während des Einsatzes räumlich entfernt von dem
Unterwasser-Antriebsfahrzeug war. Die Auswerteeinheit wertet automatisch die übermittelten Signale aus.
Nachfolgend ist die erfindungsgemäße Anordnung anhand eines in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Hierbei zeigen:
Fig. 1 in einer Seitenansicht die lösungsgemäße Anordnung sowie ein Schiff mit einer Auswerteeinheit;
Fig. 2 in einer Draufsicht den lösungsgemäßen Unterwasser-Messkörper;
Fig. 3 in einer Vordersicht den lösungsgemäßen Unterwasser-Messkörper.
Die lösungsgemäße Anordnung des Ausführungsbeispiels fährt in einem vorgegebenen Gebiet durch das Wasser, beispielsweise entlang einer vorgegebenen schlangenlinienförmigen oder mäanderförmigen Bahn, und sucht hierbei die Oberfläche Mb des Meeresbodens ab. Die Anordnung soll hierbei jeden Gegenstand entdecken und lokalisieren, der auf der Oberfläche Mb des Meeresbodens liegt oder vollständig oder wenigstens teilweise in den Meeresboden eingesunken ist oder sich eingegraben hat. Der zu entdeckende Gegenstand löst in dem Magnetfeld der Erde eine Anomalie aus. Diese Anomalie kann das Magnetfeld der Erde verstärken, beispielsweise wenn der Gegenstand ein metallischer Gegenstand ist oder metallische Komponenten enthält. Beispiele für solche metallischen Gegenstände auf oder unter der Meeresboden-Oberfläche Mb sind Minen, Pipelines, Kühlschränke oder Gegenstände aus Holz, denn Holz unter Wasser kann metallisch werden. Eine Anomalie kann das Magnetfeld auch abschwächen, beispielsweise wenn der Gegenstand aus Salz oder Kalk ist.
Die Anordnung soll wenigstens näherungsweise die jeweilige Geoposition jedes zu entdeckenden Gegenstands und dessen Position relativ zu der Meeresboden- Oberfläche Mb ermitteln und in einem Datenspeicher abspeichern. Nach dem Einsatz wird die Anordnung an Bord einer Plattform, z.B. eines Überwasserschiffs, geholt, und der Datenspeicher wird ausgelesen und ausgewertet. Möglich ist auch, dass bereits während des Einsatzes eine Information über einen entdeckten Gegenstand an eine Plattform übermittelt wird. Ein entdeckter verdächtiger Gegenstand wird anschließend näher untersucht.
In Fig. 1 sind der Wasseroberfläche WO, die Meeresboden-Oberfläche Mb sowie ein Gegenstand G unter der Meeresboden Mb-Oberfläche zu sehen. Außerdem wird in Fig. 1 in einer Seitenansicht eine beispielhafte Ausführungsform der lösungsgemäßen Anordnung gezeigt. Die lösungsgemäße Anordnung umfasst
- ein Unterwasser-Antriebsfahrzeug 1 ,
- einen Unterwasser-Messkörper 2 und
- ein Verbindungselement 3, welches den Unterwasser-Messkörper 2 mit dem Unterwasser-Antriebsfahrzeug 1 verbindet.
Außerdem wird ein räumlich entferntes Schiff S mit einer datenverarbeitenden Auswerteeinheit 28 gezeigt, welche weiter unten beschrieben wird.
Das Unterwasser-Antriebsfahrzeug 1 ist als ein unbemanntes autonomes Unterwasserfahrzeug (autonomouns underwater vehicle, AUV) ausgestaltet und umfasst
- eine Fahrzeughülle 7,
- ein oberes Seitenruder 4.1 und ein unteres Seitenruder 4.2, welche an der Fahrzeughülle 7 befestigt sind,
- ein linkes Flöhenruder 23.1 und ein rechtes Flöhenruder 23.2, welche ebenfalls an der Fahrzeughülle 7 befestigt sind,
- einen Abstands-Sensor 5, der an der Fahrzeughülle 7 befestigt ist,
- einen 3D-Beschleunigungs-Sensor 24,
- einen Positions-Sensor 27,
- einen Elektromotor 6,
- eine Welle 9, die vom Elektromotor 6 gedreht wird, - einen Propeller 8, der auf der Welle 9 sitzt und mitsamt der Welle 9 gedreht wird,
- eine Spannungsquelle 10, die den Elektromotor 6 elektrisch versorgt,
- eine Antenne 26,
- ein Steuergerät 20,
- ein Datenspeicher-Rechner 21 und
- einen Datenspeicher 22.
Der Datenspeicher-Rechner 21 und der Datenspeicher 22 bilden zusammen die Datenspeicher-Einheit des Ausführungsbeispiels.
Der Unterwasser-Messkörper 2 des Ausführungsbeispiels umfasst
- einen Rumpf 13,
- ein linkes Abstandselement in Form eines linken Flügels 14.1 und ein rechtes Abstandselement in Form eines rechten Flügels 14.2, die beide am Rumpf 13 befestigt sind,
- ein oberes Tragelement 15.1 und ein unteres Tragelement 15.2, die ebenfalls beide am Rumpf 13 befestigt sind,
- drei Abstands-Sensoren 11.1 bis 11.3,
- einen 3D-Beschleunigungs-Sensor 25 und
- vier Magnetometer 12.1 bis 12.4.
Ein vorderer Abstands-Sensor 11.1 des Unterwasser-Messkörpers 2 ist am Rumpf 13 befestigt, ein linker Abstands-Sensor 11.2 am linken Flügel 14.1 und ein rechter Abstands-Sensor 11.3 am rechten Flügel 11.2. Ein linkes Magnetometer 12.1 ist am linken Flügel 14.1 montiert, ein rechtes Magnetometer 12.2 am rechten Flügel 14.2, ein oberes Magnetometer 12.3 am oberen Tragelement 15.1 und ein unteres Magnetometer 12.4 am unteren Tragelement 15.2. Vorzugsweise haben die beiden Flügel 14.1 und 14.2 die gleiche Abmessung, so dass die vier Magnetometer 12.1 bis 12.4 symmetrisch zu einer Mittelebene des Unterwasser-Messkörpers 2 angeordnet sind. Vorzugsweise sind der Rumpf 13, die beiden Flügel 14.1 und 14.2 sowie die beiden Tragelemente 15.1 und 15.2 aus einem nichtmetallischen Werkstoff gefertigt, beispielsweise aus glasfaserverstärktem Kunststoff (GFK).
Möglich ist auch eine alternative Ausgestaltung, bei welcher der Unterwasser- Messkörper 2 keine Abstandshalter 14.1 , 14.2 aufweist und die beiden Magnetometer 12.1 , 12.2 direkt am Rumpf 13 befestigt sind. Möglich ist auch, dass der Unterwasser- Messkörper 2 keine Tragelemente 15.1 , 15.2 umfasst und die beiden Magnetometer 12.3, 12.4 direkt am Rumpf 13 befestigt sind.
Das Verbindungselement 3 umfasst ein biegsames Seil, welches mit dem Unterwasser- Antriebsfahrzeug 1 und dem Unterwasser-Messkörper 2 verbunden ist, so dass das Unterwasser-Antriebsfahrzeug 1 den Unterwasser-Messkörper 2 hinter sich her zu ziehen vermag. In dieses Seil ist eine Datenleitung eingelassen, über welche die Daten vom Unterwasser-Messkörper 2 an das Unterwasser-Antriebsfahrzeug 1 übermittelt werden und dort teils an das Steuergerät 20 und teils an den Datenspeicher-Rechner 21 übertragen werden. Im Ausführungsbeispiel wird bei Bedarf ein Aktivierungsbefehl oder ein Abschaltbefehl an den Unterwasser-Messkörper 2 übertragen, aber keine Daten.
Im Ausführungsbeispiel besitzt der Unterwasser-Messkörper 2 keinen eigenen Antrieb, sondern wird von dem Unterwasser-Antriebsfahrzeug 1 durch das Wasser gezogen. Der Unterwasser-Messkörper 2 des Ausführungsbeispiels verfügt auch über keine eigene Spannungsquelle, sondern wird über das Verbindungselement 3 mit elektrischer Energie aus der Spannungsquelle 10 des Unterwasser-Antriebsfahrzeugs 1 versorgt. Bevorzugt verändern die beiden Flügel 14.1 und 14.2 sowie die beiden Tragelemente 15.1 und 15.2 ihre jeweilige Position und Abmessung relativ zum Rumpf 13 nicht, während die Anordnung eingesetzt wird. Möglich ist, dass ein Flügel oder ein Tragelement zusammengeschobenen oder weggeklappt wird, während der Unterwasser-Messkörper 2 zu einem Einsatzgebiet transportiert wird. Möglich ist, dass mindestens ein Flügel 14.1 , 14.2 sich vor einem Einsatz teleskopartig auseinanderziehen oder zusammenschieben lässt, um den Abstand zwischen den Magnetometern 12.1 und 12.2 zu verändern. In einer Ausgestaltung ist der Unterwasser-Messkörper 2 auftriebsneutral, d.h. der Auftrieb, den das vom Unterwasser-Messkörper 2 verdrängte Wasser verursacht, ist gleich dem Gewicht des Unterwasser-Messkörpers 2 (Auftriebsneutralität). Bei Bedarf wird ein Auftriebskörper (nicht gezeigt) an Bord des Unterwasser-Messkörpers 2 ergänzt, entfernt oder verändert. In einer anderen Ausgestaltung ist das Gewicht des Unterwasser-Messkörpers 2 größer als der Auftrieb. Die beiden Flügel 14.1 und 14.2 erzeugen einen Auftrieb, wenn der Unterwasser-Messkörper 2 durch das Wasser bewegt wird. Diese Ausgestaltung ermöglicht es, den Unterwasser-Messkörper 2 im Wasser ansteigen oder abzusinken zu lassen, indem die Geschwindigkeit verändert wird, mit dem der Unterwasser-Messkörper 2 durch das Wasser gezogen wird. Dieser Effekt wird erzielt, ohne dass es erforderlich ist, einen Stelleingriff am Unterwasser- Messkörper 2 vorzunehmen oder den Unterwasser-Messkörper 2 während des Einsatzes auf andere Weise zu verändern.
Jeder Abstands-Sensor 5, 11.1 bis 11.3 ist als ein Altimeter ausgestaltet und misst berührungslos den Abstand zwischen sich selbst und dem Meeresboden. Beispielsweise sendet jeder Abstands-Sensor einen Impuls nach unten aus. Die Meeresboden-Oberfläche Mb reflektiert diesen Puls, die Laufzeit wird gemessen, und der gesuchte Abstand wird aus der Laufzeit abgeleitet. Die drei Abstands-Sensoren 11.1 bis 11.3 des Unterwasser-Messkörpers 2 sind in einem Dreieck angeordnet und liefern daher zu jedem Abtastzeitpunkt jeweils drei Signale, aus denen sich die aktuelle Orientierung des Unterwasser-Messkörpers 2 relativ zur Meeresboden-Oberfläche Mb berechnen lässt, also insbesondere der Drehwinkel um die Längsachse, der Drehwinkel um die Querachse und der Drehwinkel um die Hochachse des Unterwasser- Messkörpers 2. Die drei Abstandssensoren 11.1 bis 11.3 fungieren somit zusammen als ein Lage-Sensor für den Unterwasser-Messkörper 2.
Der optionale 3D-Beschleunigungs-Sensor 25 an Bord des Unterwasser-Messkörpers 2 misst die jeweilige Beschleunigung des Unterwasser-Messkörpers 2 parallel zur eigenen Längsachse, zur eigenen Querachse und zur eigenen Hochachse. Der 3D- Beschleunigungs-Sensor 24 an Bord des Unterwasser-Antriebsfahrzeugs 1 misst die jeweilige Beschleunigung des Unterwasser-Antriebsfahrzeugs 1 parallel zur eigenen Längsachse, zur eigenen Querachse und zur eigenen Hochachse. Der Positions- Sensor 27 misst die Richtung, in der das Verbindungselement 3 sich vom Unterwasser- Antriebsfahrzeug 1 weg erstreckt.
Im Beispiel von Fig. 1 fährt das Unterwasser-Antriebsfahrzeug 1 aufgrund der Drehung des Propellers 8 vollständig unterhalb der Wasseroberfläche WO in eine Fahrtrichtung FR (in Fig. 1 von rechts nach links). Die Seitenruder 4.1 , 4.2 und die Höhenruder 23.1 , 23.2 steuern die Fahrt des Unterwasser-Antriebsfahrzeugs 1. In einer Ausgestaltung ist das Gewicht des Unterwasser-Antriebsfahrzeugs 1 geringer als der Auftrieb, und die Höhenruder 23.1 und 23.2 halten das Unterwasser-Antriebsfahrzeug 1 und damit die Anordnung in einer gewünschten Tauchtiefe. Falls der Antrieb des Unterwasser- Antriebsfahrzeugs 1 ausfällt, so steigt die Anordnung nach oben an die Wasseroberfläche WO und kann eingesammelt werden.
Das Unterwasser-Antriebsfahrzeug 1 fährt entlang einer vorgegebenen Fahrtroute über die Meeresboden-Oberfläche Mb. In einer Ausführungsform misst die Antenne 26 von Zeit zu Zeit die aktuelle Geoposition des Unterwasser-Antriebsfahrzeugs 1 , beispielsweise wenn das Unterwasser-Antriebsfahrzeug 1 aufgetaucht ist oder sich in einer geringen Tauchtiefe befindet. Das Steuergerät 20 leitet die aktuelle Geoposition des Unterwasser-Antriebsfahrzeugs 1 aus der letzten gemessenen Geoposition und den Signalen des 3D-Beschleunigungs-Sensoren 24 her. Möglich ist auch, dass an Bord des Unterwasser-Antriebsfahrzeugs 1 ein Intertial-Navigationssystem vorhanden ist, so dass das Steuergerät 20 die aktuelle Geoposition kennt, ohne dass das Unterwasser-Antriebsfahrzeug 1 auftauchen muss. In beiden Ausführungsformen kennt das Steuergerät 20 zu jedem Zeitpunkt wenigstens näherungsweise die aktuelle eigene Geoposition.
Während der Fahrt soll einerseits die Anordnung nicht mit dem Meeresboden kollidieren. Andererseits soll der Abstand zwischen dem Unterwasser-Messkörper 2 und dem Meeresboden kleiner als eine vorgegebene Schranke sein, um mit ausreichend großer Sicherheit jeden zu entdeckenden Gegenstand auf oder unter der Meeresboden- Oberfläche Mb tatsächlich zu finden. Die erzeugte Anomalie nimmt bekanntlich stark ab, wenn der Abstand zwischen dem Gegenstand und einem Magnetometer ansteigt.
Die Signale von den drei Abstands-Sensoren 11.1 bis 11.3 sowie von dem optionalen 3D-Beschleunigungs-Sensor an Bord des Unterwasser-Messkörpers 2 werden über das Verbindungselement 3 an das Steuergerät 20 des Unterwasser-Antriebsfahrzeugs 1 übermittelt. Außerdem werden die Signale von dem Abstands-Sensor 5 und optionalen weiteren Abstands-Sensoren (nicht gezeigt) an Bord des Unterwasser- Antriebsfahrzeugs 1 ebenfalls an das Steuergerät 20 übermittelt.
Aus den Signalen von den Positions-Sensor 27 ermittelt das Steuergerät 20, in welche Richtung sich das Verbindungselement 3 erstreckt. Mit Hilfe dieser gemessenen Richtung lässt sich ein seitlicher Versatz des Unterwasser-Messkörpers 2 relativ zur Fahrtrichtung FR ermitteln. Dieser seitliche Versatz wird insbesondere durch eine Wasserströmung nahe der Meeresboden-Oberfläche Mb hervorgerufen. Außerdem lässt sich näherungsweise ermitteln, wie stark das Verbindungselement 3 durchhängt, woraus sich näherungsweise der Abstand zwischen den Unterwasser-Antriebsfahrzeug 1 und dem Unterwasser-Messkörper 2 ermitteln lässt. Das Steuergerät 20 ermittelt aus den Signalen von den beiden 3D-Beschleunigungs-Sensoren 24, 25 die Bewegung des Unterwasser-Messkörpers 2 relativ zum Unterwasser-Antriebsfahrzeug 1. Das Steuergerät 20 steuert abhängig von den Signalen der Abstands-Sensoren die Stellantriebe für die beiden Höhenruder 23.1 und 23.2 an, um zu bewirken, dass der Abstand zwischen dem Meeresboden und dem Unterwasser-Messkörper 2 einerseits groß genug und andererseits kleiner als die vorgegebene Schranke bleibt. Das Steuergerät 20 steuert außerdem Stellantriebe für die beiden Seitenruder 4.1 und 4.2 sowie den Elektromotor 6 an, damit die Anordnung 1 , 2, 3 entlang einer vorgegebenen Fahrtroute durch das Wasser fährt.
Fig. 2 zeigt in einer Draufsicht den Unterwasser-Messkörper 2 des Ausführungsbeispiels sowie das Verbindungselement 3. Die Fahrtrichtung FR ist wiederum von rechts nach links. Schematisch dargestellt werden der linke Flügel 14.1 , der rechte Flügel 14.2 sowie die beiden Magnetometer 12.1 , 12.2 und die beiden Abstands-Sensoren 11.2 und 11.3 an den beiden Flügeln 14.1 , 14.2. Die beiden Tragelemente 15.1 , 15.2 stehen senkrecht auf der Zeichenebene von Fig. 2.
In Fig. 3 wird der Unterwasser-Messkörper 2 von vorne gezeigt. Die Längsachse des Unterwasser-Messkörpers 2 und die Fahrtrichtung FR stehen senkrecht auf der Zeichenebene von Fig. 3 und zeigen zum Betrachter hin. Zu sehen sind beide Flügel 14.1 , 14.2, beide Tragelemente 15.1 , 15.2 sowie alle vier Magnetometer 12.1 bis 12.4. Im Beispiel von Fig. 3 ist der Unterwasser-Messkörper 2 etwa 20° um seine eigene Längsachse gedreht.
In einer möglichen Ausgestaltung ist jedes Magnetometer 12.1 bis 12.4 für eine Totalfeld-Messung ausgestaltet, vermag also lediglich die Größe einer Anomalie zu messen. In einer bevorzugten Ausgestaltung ist jedes Magnetometer 12.1 bis 12.4 hingegen als ein Drei-Achs-Magnetometer oder Vier-Achs-Magnetometer ausgestaltet, beispielsweise als Flux Gate, und vermag nicht nur die Größe einer Anomalie zu messen, sondern zusätzlich die Richtung von dem Magnetometer zu einer Quelle für die Anomalie, also zu einem zu entdeckenden Gegenstand. In Fig. 3 sind die vier ermittelten Richtungen R.1 bis R.4 von den vier Magnetometern 12.1 bis 12.4 zu dem Gegenstand G dargestellt. Genauer gesagt: Die Projektionen der vier Richtungen R.1 bis R.4 in die Zeichenebene von Fig. 3 sind dargestellt. Selbstverständlich kann eine Richtung R.1 bis R.4 auch schräg zur Zeichenebene verlaufen.
Die Signale von den vier Magnetometern 12.1 bis 12.4 werden vom Unterwasser- Messkörper 2 über die Datenleitung in dem Verbindungselement 3 zu dem Datenspeicher-Rechner 21 an Bord des Unterwasser-Antriebsfahrzeugs 1 übermittelt. Der Datenspeicher-Rechner 21 speichert die Signale von den Magnetometern 12.1 bis 12.4 im Datenspeicher 22 ab.
Die Signale von den Magnetometern 12.1 bis 12.4 werden also an das Unterwasser- Antriebsfahrzeug 1 und dort an den Datenspeicher-Rechner 21 übermittelt. Der
Datenspeicher-Rechner 21 speichert die erhaltenen Signale im Datenspeicher 22 ab. Vorzugsweise speichert der Datenspeicher-Rechner 21 für die gemessenen und übermittelten Magnetometer-Signale zusätzlich einen Zeitstempel sowie die Geoposition des Unterwasser-Messkörpers 2 zum Zeitpunkt der Messung im
Datenspeicher 22 ab, optional außerdem die Fahrtgeschwindigkeit, den Abstand des Unterwasser-Messkörpers 2 zum Meeresboden, die Orientierung des Unterwasser- Messkörpers 2 relativ zur Meeresboden-Oberfläche Mb und / oder die Tauchtiefe zum Zeitpunkt der Messung.
In einer Ausgestaltung werden die Signale von den Magnetometern 12.1 bis 12.4 von einer Auswerteeinheit an Bord des Unterwasser-Antriebsfahrzeugs 1 ausgewertet. In dem Ausführungsbeispiel, welches die Figuren zeigen, werden die Signale hingegen an Bord des Unterwasser-Antriebsfahrzeugs 1 nur abgespeichert, nämlich in Datenspeicher 22, aber nicht an Bord des Unterwasser-Antriebsfahrzeugs 1 ausgewertet. Nach der Fahrt werden das Unterwasser-Antriebsfahrzeug 1 und der Unterwasser-Messkörper 2 aus dem Wasser geholt. Der Datenspeicher 22 wird ausgelesen, und die abgespeicherten und ausgelesenen Signale, insbesondere die georeferenzierten Magnetometer-Signale mit den Zeitstempeln und weiteren zugeordneten Informationen, werden an die Auswerteeinheit 28 an Bord des Schiffs S übermittelt und von der Auswerteeinheit 28 automatisch ausgewertet.
Zum einen vergleicht die Auswerteeinheit 28 die Signale von jeweils zwei Magnetometern, die sich auf denselben Zeitpunkt beziehen, miteinander, führt also insgesamt für jeden Abtastzeitpunkt sechs Vergleiche durch. Falls mindestens ein Vergleich einen signifikanten Unterschied liefert, so liegt eine Anomalie vor, und ein zu entdeckender Gegenstand G befindet sich zum Zeitpunkt der Messung in der Nähe des Unterwasser-Messkörpers 2 und ruft diese Anomalie hervor. Weil bei vier Magnetometern die beiden Abstände des Gegenstands G zu mindestens zwei Magnetometern sich unterscheiden, unterscheiden sich auch die Anomalien. Oder der Gegenstand G ruft nur in dem Magnetfeld um ein Magnetometer eine Anomalie hervor, aber nicht in dem Magnetfeld um ein anderes Magnetometer. Weil der Unterwasser- Messkörper 2 vier Magnetometer 12.1 bis 12.4 aufweist, die nicht alle in derselben Ebene liegen, vermag die Anordnung mit größerer Sicherheit einen Gegenstand G zu entdecken und zu lokalisieren, als wenn weniger als vier Magnetometer verwendet werden würden. Außerdem wird Redundanz für den Fall bereitgestellt, dass ein Magnetometer ausfällt.
Vorzugsweise bestimmt die Auswerteeinheit 28 näherungsweise die aktuelle Richtung vom Unterwasser-Messkörper 2 zu dem Gegenstand G und die Entfernung zwischen dem Gegenstand G und dem Unterwasser-Messkörper 2. Hierfür verwendet die Auswerteeinheit 28 die Signale von jedem Magnetometer 12.1 bis 12.4, das eine Anomalie entdeckt hat und daher eine Richtung zu der Quelle zu dieser Anomalie ermittelt hat. Im Beispiel von Fig. 3 haben alle vier Magnetometer 12.1 bis 12.4 jeweils eine Richtung R.1 bis R.4 zu den Gegenstand G ermittelt. Idealerweise schneiden die vier Richtungsvektoren R.1 bis R.4 sich in einem Punkt, und dieser Punkt gehört zum Gegenstand G. Die Auswerteeinheit 28 wertet außerdem die Signale von den Abstands-Sensoren 11.1 bis 11.3 an Bord des Unterwasser-Messkörpers 2 aus, um die aktuelle Lage (Orientierung) des Unterwasser-Messkörpers 2 im Wasser zu bestimmen. Diese ermittelte Lage verwendet die Auswerteeinheit 21 , um die Richtung zu dem Gegenstand G zu ermitteln.
Die Auswerteeinheit 28 ermittelt die Geoposition des Gegenstands G sowie optional eine Position und / oder Orientierung des Gegenstands G relativ zur Meeresboden- Oberfläche Mb. Hierfür verwendet die Auswerteeinheit 28 folgende Informationen:
- die aktuelle Geoposition des Unterwasser-Antriebsfahrzeugs 1 ,
- die aktuelle Position des Unterwasser-Messkörpers 2 relativ zum Unterwasser- Antriebsfahrzeug 1 ,
- die Richtung und Entfernung des Gegenstands G bezogen auf den Unterwasser- Messkörper 2, ermittelt unter Verwendung der vier Richtungen R.1 bis R.4, und
- optional die Fahrgeschwindigkeit des Unterwasser-Antriebsfahrzeugs 1 , welche aus Signalen des 3-D-Beschleunigungs-Sensors 24 berechnet wird.
In einer Ausgestaltung leitet die Auswerteeinheit 28 von den Signalen der Magnetometer 12.1 bis 12.4 mindestens eine Eigenschaft des Gegenstands G ab, beispielsweise aus welchem Material der Gegenstand G ist und wie groß er ist und / oder welche Form er hat. Die Auswerteeinheit 28 speichert eine Information über einen ermittelten Gegenstand in einem nicht gezeigten Datenspeicher an Bord des Schiffs S ab und / oder gibt sie in einer von einem Menschen erfassbaren Form aus. Diese Information umfasst
- die Geoposition des Gegenstands G, welche die Auswerteeinheit 21 so wie oben beschrieben ermittelt hat,
- die Tiefe des Gegenstands G unter der Meeresboden-Oberfläche Mb,
- ermittelte Eigenschaften des Gegenstands und / oder
- ein Zeitstempel, also die Information, wann die Magnetometer 12.1 bis 12.4 die Anomalien gemessen haben, die der Gegenstand G im Magnetfeld hervorruft.
In einer Ausgestaltung werden die Signale bereits an Bord des Unterwasser- Antriebsfahrzeugs 1 ausgewertet, und das Unterwasser-Antriebsfahrzeug 1 übermittelt diese Informationen über den Gegenstand G drahtlos an eine räumlich entfernte Plattform. Hierfür taucht das Unterwasser-Antriebsfahrzeug 1 auf oder fährt wenigstens in eine geringere Wassertiefe und sendet die Informationen über den Gegenstand mit Hilfe der Antenne 26 aus. Der Schritt, die Informationen über den Gegenstand G zu übermitteln, wird einer Ausgestaltung dadurch ausgelöst, dass eine Auswerteeinheit an Bord des Unterwasser-Antriebsfahrzeugs 1 einen Gegenstand G mit bestimmten vorgegebenen Eigenschaften entdeckt hat. Falls die Auswerteeinheit während der Fahrt keinen solchen Gegenstand entdeckt hat, so übermittelt das Unterwasser- Antriebsfahrzeug 1 in einer Ausgestaltung Informationen über entdeckte Gegenstände am Ende der Fahrt drahtlos an eine räumlich entfernte Plattform.
In einer Ausgestaltung werden nach der Fahrt das Unterwasser-Antriebsfahrzeug 1 und der Unterwasser-Messkörper 2 an Bord einer Plattform, z.B. an Bord des Schiffs S, aufgenommen, und der Datenspeicher 22 wird ausgelesen. Die beiden Ausgestaltungen, die Informationen zu übermitteln und den Datenspeicher 22 auszulesen, lassen sich kombinieren, so dass die ermittelten Informationen über Gegenstände auch dann zur Verfügung stehen, wenn es nicht gelingt, das Unterwasser-Antriebsfahrzeug 1 wieder an Bord der Plattform aufzunehmen. In der gerade beschriebenen Ausgestaltung ist die Auswerteeinheit 28 an Bord des Unterwasser-Antriebsfahrzeugs 1 angeordnet und wertet die Signale von den Magnetometern 12.1 bis 12.4 bereits aus, während die Anordnung durch das Wasser fährt. Diese Ausgestaltung ermöglicht es, bereits während der Fahrt der Anordnung eine Meldung über die Entdeckung eines Gegenstands mit bestimmten Eigenschaften zu setzen.
In einer anderen Ausgestaltung ist die Auswerteeinheit 28 an Bord einer räumlich entfernten Plattform angeordnet, beispielsweise an Bord des Überwasserschiffs S. Die Signale von den Magnetometern 12.1 bis 12.4 werden im Datenspeicher 22 abgespeichert und nicht an Bord des Unterwasser-Antriebsfahrzeugs 1 ausgewertet. Vielmehr wertet die Auswerteeinheit 21 an Bord der Plattform S die Signale von den Magnetometern 12.1 bis 12.4 aus, nachdem das Unterwasser-Antriebsfahrzeug 1 an Bord der Plattform S genommen wurde und der Datenspeicher 22 ausgelesen wurde. Diese Ausgestaltung erspart die Notwendigkeit, eine Auswerteeinheit 21 an Bord des Unterwasser-Antriebsfahrzeugs 1 vorsehen zu müssen.
Bezugszeichen

Claims

Patentansprüche
1. Anordnung zum Lokalisieren eines Gegenstands (G), der sich in oder unter einem Gewässer befindet,
wobei die Anordnung
- ein Unterwasser-Antriebsfahrzeug (1 ) mit einem Antrieb (6, 8, 9) und einer
Fahrtrichtungs-Änderungs-Einheit (4.1 , 4.2, 23.1 , 23.2),
- einen vom Unterwasser-Antriebsfahrzeug (1 ) beabstandeten Unterwasser- Messkörper (2),
- ein Verbindungselement (3), welches das Unterwasser-Antriebsfahrzeug (1 ) mit dem Unterwasser-Messkörper (2) verbindet,
- eine Datenspeicher-Einheit (21 , 22), und
- eine Auswerteeinheit (28) umfasst,
wobei der Unterwasser-Messkörper (2)
- ein erstes Mehr-Achs- Magnetometer (12.1 ), insbesondere ein Drei-Achs- oder Vier-Achs-Magnetometer und
- ein zweites Mehr-Achs- Magnetometer (12.2, ... ), insbesondere ein Drei-Achs- oder Vier-Achs-Magnetometer; umfasst,
wobei die Anordnung zum Einsatz unter Wasser ausgestaltet ist,
wobei jedes Magnetometer (12.1 , 12.2, ... ) dazu ausgestaltet ist, eine Größe zu messen, die mit dem Magnetfeld um dieses Magnetometer (12.1 , 12.2, ... ) korreliert, und entsprechend der Größe ein Signal auszugeben; und
wobei die Datenspeicher-Einheit (21 , 22) dazu ausgestaltet ist, Signale von den beiden Magnetometern (12.1 , 12.2, ... ) automatisch abzuspeichern;
wobei die Auswerteeinheit (28) ausgestaltet ist, einen Unterschied zwischen den abgespeicherten Signalen von den beiden Magnetometern (12.1 , 12.2, ... ) automatisch zu entdecken und auszuwerten um die Position des Gegenstands relativ zum Unterwasser-Messkörper und den Abstand und die Lage des
Gegenstands relativ zur Oberfläche des Gewässerbodens zu ermitteln. 2. Anordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Unterwasser-Messkörper (2) ein drittes Mehr-Achs-Magnetometer (12.3), insbesondere ein Drei-Achs- oder Vier-Achs-Magnetometer, aufweist,
wobei das dritte Magnetometer (12.3) sich - gesehen in die Fahrtrichtung (FR) der Anordnung durch das Wasser - zwischen dem ersten Magnetometer (12.1 ) und dem zweiten Magnetometer (12.
2) befindet.
3. Anordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Auswerteeinheit (28) dazu ausgestaltet ist, statt einen Unterschied zwischen dem ersten und dem zweiten Magnetometer zu entdecken und auszuwerten, einen Unterschied zwischen
- den Signalen des dritten Magnetometers (12.3) einerseits und
- den Signalen des ersten Magnetometers (12.1 ) und / oder des zweiten
Magnetometers (12.2) andererseits zu entdecken und auszuwerten.
4. Anordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Unterwasser-Messkörper (2) ein viertes Magnetometer (12.4) umfasst, welches beim regulären Einsatz des Unterwasser-Messkörpers (2) einen geringeren Abstand zur Oberfläche (Mb) des Gewässerbodens aufweist als das erste
Magnetometer (12.1 ) und das zweite Magnetometer (12.2).
5. Anordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Unterwasser-Messkörper (2) mindestens einen Abstands-Sensor (11.1 , 11.2,
11.3) umfasst, wobei der oder jeder Abstands-Sensor (11.1 , 11.2, 11.3) dazu ausgestaltet ist, den Abstand zwischen dem Unterwasser-Messkörper (2) und einem Gewässerboden zu messen,
wobei der Unterwasser-Messkörper (2) dazu ausgestaltet ist, Signale von dem oder jedem Abstands-Sensor (11.1 , 11.2, 11.3) an das Unterwasser-Antriebsfahrzeug (1 ) zu übermitteln, und
wobei das Unterwasser-Antriebsfahrzeug (1 ) dazu ausgestaltet ist, die Anordnung abhängig von Signalen des oder jedes Abstands-Sensors (11.1 , 11.2, 11.3) durch das Wasser zu bewegen.
6. Anordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Unterwasser-Messkörper (2) einen Lage-Sensor (11.1 , 11.2, 11.3) umfasst, welcher dazu ausgestaltet ist, die Lage des Unterwasser-Messkörpers (2) im
Wasser zu messen,
wobei die Datenspeicher-Einheit (21 , 22) dazu ausgestaltet ist, Signale vom Lage- Sensor (11.1 , 11.2, 11.3) zugeordnet zu Signalen von den Magnetometern (12.1 , 12.2, ...) abzuspeichern.
7. Anordnung nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Auswerteeinheit (28) dazu ausgestaltet ist, bei der Auswertung der Signale von den beiden Magnetometern (12.1 , 12.2, ... )
Signale von dem Lage-Sensor (11.1 , 11.2, 11.3) auszuwerten.
8. Anordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Datenspeicher-Einheit (21 , 22) an Bord des Unterwasser-Antriebsfahrzeugs (1 ) angeordnet ist und
der Unterwasser-Messkörper (2) dazu ausgestaltet ist, Signale von den beiden Magnetometern (12.1 , 12.2, ... ) an die Datenspeicher-Einheit (21 , 22) an Bord des Unterwasser-Antriebsfahrzeugs (1 ) zu übermitteln.
9. Anordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Unterwasser-Messkörper (2)
- einem Rumpf (13),
- einen ersten Abstandhalter (14.1 ) und
- einen zweiten Abstandhalter (14.2) umfasst,
wobei die beiden Abstandhalter (14.1 , 14.2) am Rumpf (13) befestigt sind, wobei der Rumpf (13) sich zwischen den beiden Abstandshaltern (14.1 , 14.2) befindet,
wobei das erste Magnetometer (12.1 ) am ersten Abstandhalter (14.1 ) befestigt ist und
wobei das zweite Magnetometer (12.2) am zweiten Abstandhalter (14.2) befestigt ist.
10,. Anordnung nach Anspruch 9,
dadurch gekennzeichnet, dass
die beiden Abstandhalter (14.1 , 14.2)
- als Flügel ausgestaltet sind und
- dergestalt am Rumpf (13) montiert sind, dass sie einen Auftrieb erzeugen, wenn der Unterwasser-Messkörper (2) durch das Wasser bewegt wird.
11.Anordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Anordnung einen Bewegungs-Sensor (24, 25) umfasst,
welcher dazu ausgestaltet ist, eine Bewegung des Unterwasser-Messkörpers (2) relativ zum Unterwasser-Antriebsfahrzeug (1 ) zu messen.
12. Anordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Abstand zwischen den beiden Magnetometern (12.1 , 12.2, ... ) veränderbar ist.
13. Verwendung einer Anordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche, zum Lokalisieren von metallischen Gegenständen (G), die sich unter der Oberfläche
(Mb) des Gewässerbodens befinden.
14. Verfahren zum Lokalisieren eines Gegenstands (G), der sich in oder unter einem
Gewässer befindet,
unter Verwendung einer Anordnung, welche
- ein Unterwasser-Antriebsfahrzeug (1 ) mit einem Antrieb (6, 8, 9) und einer
Fahrtrichtungs-Änderungs-Einheit (4.1 , 4.2, 23.1 , 23.2),
- einen vom Unterwasser-Antriebsfahrzeug (1 ) beabstandeten Unterwasser- Messkörper (2),
- ein Verbindungselement (3), welches das Unterwasser-Antriebsfahrzeug (1 ) mit dem Unterwasser-Messkörper (2) verbindet,
- eine Datenspeicher-Einheit (21 , 22), und
- eine Auswerteeinheit (28) umfasst,
wobei der Unterwasser-Messkörper (2)
- ein erstes Mehr-Achs- Magnetometer (12.1 ), insbesondere ein Drei-Achs- oder Vier-Achs-Magnetometer und
- ein zweites Mehr-Achs- Magnetometer (12.2, ... ), insbesondere ein Drei-Achs- oder Vier-Achs-Magnetometer umfasst,
wobei das Verfahren die Schritte umfasst, dass
- die Anordnung unter Wasser durch das Wasser bewegt wird,
- jedes Magnetometer (12.1 , 12.2, ... ) eine Größe misst, die mit dem Magnetfeld um dieses Magnetometer (12.1 , 12.2, ... ) korreliert und entsprechend der Größe ein Signal ausgibt,
- die Datenspeicher-Einheit (21 , 22) Signale von den beiden Magnetometern
(12.1 , 12.2, ... ) automatisch abspeichert, und - die Auswerteeinheit (28) einen Unterschied zwischen den abgespeicherten Signalen von den beiden Magnetometern (12.1 , 12.2, ... ) automatisch entdeckt und auswertet um die Position des Gegenstands relativ zum Unterwasser- Messkörper und den Abstand und die Lage des Gegenstands relativ zur
Oberfläche des Gewässerbodens zu ermitteln.
15. Verfahren nach Anspruch 14,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Datenspeicher-Einheit (21 , 22) sich an Bord des Unterwasser-Antriebsfahrzeugs (1 ) befindet,
die Signale vom Unterwasser-Messkörper (2) an das Unterwasser-Antriebsfahrzeug (1 ) übermittelt werden und
der Schritt, die abgespeicherten Signale an die Auswerteeinheit (28) zu übermitteln, durchgeführt wird,
nachdem das Unterwasser-Antriebsfahrzeug (1 ) aus dem Wasser genommen wurde.
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