KR20120072341A - 음향 수중 안테나, 상기 안테나를 구비한 ｕ―보트 및 상기 안테나를 이용한 타겟의 방향 탐지, 위치 탐지 및/또는 분류를 위한 방법 - Google Patents

음향 수중 안테나, 상기 안테나를 구비한 ｕ―보트 및 상기 안테나를 이용한 타겟의 방향 탐지, 위치 탐지 및/또는 분류를 위한 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 음파(20)를 송신 및/또는 수신하기 위해 서로 간격을 두고 배치된 다수의 전기 음향 변환기 및/또는 광 음향 변환기(18) 및/또는 변환기 장치들, 특히 스테이브들을 선박(2)의 선체에 장착하기 위한 음향 수중 안테나(14)에 관한 것이다. 변환기들(18) 및/또는 변환기 장치들은, 상기 안테나(14)의 크기가 상기 선박(2)의 치수에 의존해서, 상기 선박(2)의 종측면을 따라 상기 선박(2)의 선미 영역으로부터 선수까지, 상기 선수를 돌아서 상기 선박(2)의 다른 측면에서 종측면을 따라 선미 영역까지 연장되도록, 상기 선박(2)의 선체에 장착될 수 있다.
또한, 본 발명은 본 발명에 따른 수중 안테나(2)가 장착된 U-보트(2), 및 상기 본 발명에 따른 수중 안테나(2)에 의한 음 방출 타겟의 방향 탐지, 위치 탐지 및/또는 분류를 위한 방법에 관한 것이다.

Description

음향 수중 안테나, 상기 안테나를 구비한 Ｕ―보트 및 상기 안테나를 이용한 타겟의 방향 탐지, 위치 탐지 및/또는 분류를 위한 방법{ACOUSTIC UNDERWATER ANTENNA, U-BOAT WITH THE ANTENNA AND METHOD FOR DIRECTION FINDING, POSITION FINDING AND/OR CLASSIFYING A TARGET USING THE ANTENNA}
본 발명은 청구항 제 1항의 전제부에 따른 선체에 장착하기 위한 음향 수중 안테나, 청구항 제 9항의 전제부에 따른 음향 수중 안테나를 구비한 U-보트, 및 청구항 제 11항의 전제부에 따른 음향 수중 안테나를 이용한 방향 탐지, 위치 탐지 및/또는 분류를 위한 방법에 관한 것이다.
선박의, 특히 U-보트의 현에는 통상 다수의 음향 수중 안테나들이 배치되고, 상기 안테나들은 U-보트의 현의 여러 위치에 설치되며 상이한 수신 주파수 범위에 대해 최적으로 설계된다(도 1).
EP 0 654 953 B1은 캐리어 상에 수직으로 차례로 등간격으로 배치된 다수의 하이드로폰으로 이루어진 수중 안테나용 전기 음향 변환기 장치를 개시한다. 상기 하이드로폰들은 음향 입사 방향으로 그 후방에 배치된 리플렉터와 함께 음향적으로 투명한 경질 케이싱 캐스트 내에 매립된다. 이러한 로드형 변환기 장치는 일반적으로 스테이브(stave)라고 하며 하이드로폰 출력신호들의 적합한 신호 처리시 수직으로 상하로 놓인 하이드로폰으로 인해 수직 방향으로도 충분히 좁은 메인 로브(main lobe)를 가진 지향 특성을 갖는다.
여기에 도시된 수중 안테나는 실린더 베이스로서 구현되고, 개별 스테이브는 하나의 원통형 캐리어 상에 배치된다. 이러한 실린더 베이스 및 말굽 베이스 또는 컨포멀 어레이는 주로 패시브 음향 위치 측정을 위해 1 내지 12 kHz의 주파수 범위에 사용되며 선박의 광대역 주행 소음을 검출한다. 이러한 수중 안테나들은 실린더 베이스의 사용시 360도까지의 파노라마 각에 걸친 위치 측정 및 말굽 베이스의 사용시 제한된 위치 측정 섹터를 통한 위치 측정을 가능하게 한다.
음 방출 수송수단의 검출시, 이 수송수단에 대한 방향 검출이 제시된다. US 4 910 719에는 3개의 센서들이 잠수함의 측면에 일직선으로 배치되며 서로 미리 정해진 간격을 갖는, 수송수단 거리의 추가 측정을 위한 변환기 장치가 개시된다. 이로 인해, 입사하는 음파의 휘어진 파면이 각각 시간차를 가진 채로 3개의 센서에 도달한다. 상기 시간차는 수송수단의 거리와 음파의 입사 방향에 의존한다. 이로 인해, 예컨대 상관 관계에 의해 수송수단의 거리와 방향이 검출될 수 있다. 패시브-레인징-소나 방법이라고도 하는, 여기에 설명된 음 방출 수송수단의 거리 검출 방법은 3개의 센서들 사이의 간격이 더 커질수록 더 정확하게 작동한다.
DE 196 12 503 C2에는 인터셉트 기능을 인지하기 위한 전기 음향 변환기 모듈이 제시된다. 이러한 변환기 모듈은 소나 시스템의 캐리어의 위치 탐지를 위해 통상 다른 소나 시스템에 의해 송신되는 고주파 음향 펄스를 검출하기 위해 사용된다. 또한, 수신된 음향 펄스는 타겟을 분류하고 식별하기 위해, 통상 그 주파수 범위, 변조 방식, 펄스 길이 및 펄스 반복 주파수와 관련해서 분석된다.
EP 2 010 936 B1에서는 음 방출, 즉 음 발생 또는 음 반사 타겟의 위치 탐지를 위해, 잠수함의 좌현 및 우현에 고정된 수중 안테나가 사용된다. 플랭크-어레이 또는 측면 안테나라고도 하는 이러한 수중 안테나는 서로 등간격(d)으로 차례로 배열된 다수의 전기 음향 변환기를 포함한다. 수중 안테나는 방향 탐지를 위해 거의 180도의 선박의 측면 각 범위 내의 수신 섹터를 형성한다. 주파수 범위가 통상 저주파수 및 중간 주파수 범위에서 사용되기 때문에, 이러한 수중 안테나는 큰 커버리지를 갖는다.
DE 10 2004 037 987 A1에는 하이드로폰들이 플라스틱 바디에 매트릭스로 배치된, 전기 음향 수중 안테나, 특히 잠수함의 외각에 고정 가능한 측면 안테나가 개시된다. 이러한 수중 안테나는 저주파 범위에서 수신 감도와 관련한 플랭크 어레이의 음향적 장점과 수직 수신 범위의 양호한 번들링과 관련한 실린더 베이스 및 말굽 베이스의 장점을 조합한다.
수중 안테나의 이러한 다양성은 제조 및 유지 관리 비용을 증가시킨다. 수중 안테나들이 종래 방식대로 폐쇄된 유닛으로 형성되기 때문에, 개별 수중 안테나의 여러 제조업자는 각각의 수중 안테나의 각각의 특별한 기능을 처리하기 위한 특별한 신호 처리 유닛을 필요로 한다.
본 발명의 과제는 개선된, 경제적인 음향 수중 안테나를 형성하는 것이다.
상기 과제는 청구항 제 1항에 따른 선박의 선체에 장착하기 위한 음향 수중 안테나의 특징들에 의해, 청구항 제 9항에 따른 U-보트의 특징들에 의해, 그리고 청구항 제 11항에 따른 방법의 특징들에 의해 해결된다.
선체에 장착하기 위한 음향 수중 안테나는 음파를 송신 및/또는 수신하기 위해 다수의 나란히 배치된 전기 음향 및/또는 광 음향 변환기들 또는 변환기 장치들을 포함한다. 스테이브라고도 하는, 나란히 배치된 변환기 및/또는 변환기 장치는 수중 안테나를 형성하는 하나 또는 다수의 안테나 세그먼트를 포함한다. 안테나 세그먼트들은 선박의 선체에 장착되도록, 특히 수중 안테나가 바람직하게는 선박의 종측면을 따라 우현 상의 후방 선미로부터 선수까지, 선수를 돌아서 좌현 상에서 선박의 종측면을 따라 선미까지 연장되도록 형성된다. 수중 안테나가 선박의 외형을 따르기 때문에, 안테나의 크기는 선박의 치수에 의존한다. 수중 안테나의 이러한 배치에 의해, 바람직하게는 저주파수 및 중간 주파수 검출이 개선된 성능 상승이 달성되는데, 그 이유는 종래의 측면 안테나의 기능을 커버하기 위해 사용되는 안테나 범위가 종래의 측면 안테나의 길이보다 더 길기 때문이다.
본 발명의 바람직한 실시예에서, 변환기 신호의 후속 처리를 위해 수중 안테나 후방에 중앙 신호 처리 유닛이 접속된다. 모든 변환기 및/또는 변환기 장치의 송신 신호들 및/또는 수신 신호들은 전체 안테나의 애퍼처(aperture) 및 주파수 범위를 제어하기 위해 신호 처리 유닛에 공급된다.
본 발명의 다른 바람직한 실시예에서, 음파가 송수신될 수 있는 주파수 범위는 안테나 세그먼트에 따라 선택될 수 있다. 주파수 범위의 선택은 바람직하게 변환기 또는 변환기 장치의 추가 접속 또는 생략에 의해 이루어진다. 따라서, 안테나 세그먼트들은 음 방출 타겟의 검출 및 위치 탐지를 위해 필요한 다수의 상이한 주파수 범위를 커버하도록 형성된다.
본 발명의 다른 바람직한 실시예에 따라, 수중 안테나는 특히 선박의 선수 및/또는 선미 및/또는 중앙의 영역에서 국부적으로 증가된 변환기 밀도를 갖는다. 이로 인해, 변환기 밀도의 증가에 의해 사용된 변환기 또는 변환기 장치의 간격이 줄어들어 고주파 음향 펄스가 처리될 수 있기 때문에, 이러한 본 발명에 따른 수중 안테나에 의해 인터셉트 기능이 구현될 수 있는 장점이 있다.
또한, 선수, 선미 및 경우에 따라 중앙에서 변환기 밀도의 증가는 예컨대 패시브-레인징-소나 방법의 사용에 의해 높은 신호 대 간섭 비로 패시브 타겟 거리 평가를 가능하게 한다. 이는 음 방출 수송수단의 방향 탐지에 추가해서 이 수송수단에 대한 거리의 검출을 가능하게 한다.
본 발명의 다른 실시예에서, 수중 안테나는 음파의 송수신을 위해 선택된 변환기들 및/또는 변환기 장치들로 동시에 액티브하게 및 패시브하게 작동될 수 있다. 이로 인해, 액티브-레인징-소나 방법 및 패시브-레인징-소나 방법의 동시 적용이 가능하므로, 음 방출 수송수단에 대한 더 정확한 거리 평가 및 더 높은 품질의 타겟 파라미터 분석이 이루어진다.
본 발명의 다른 바람직한 실시예에 따라, 수중 안테나의 모든 변환기들 및 변환기 장치들은 그 구성이 균일화된다. 이로 인해, 수중 안테나의 낮은 제조 비용 및 유지 관리 비용의 장점이 달성된다.
본 발명의 다른 실시예에서, 안테나 세그먼트들을 형성하기 위해 임의의 변환기들이 선택될 수 있다. 선택된 변환기들이 하나 또는 다수의 안테나 세그먼트에 사용될 수 있고, 안테나 세그먼트들이 인접해서 및/또는 중첩해서 및/또는 이격되어 형성될 수 있다. 따라서, 바람직하게 특별한 안테나 기능을 커버하는 특별한, 기능 지향적 안테나 세그먼트들이 형성될 수 있다.
본 발명의 다른 바람직한 실시예에서, 개별 안테나 세그먼트들은 그 사용 및 기능과 관련해서 제어될 수 있다. 제어는 바람직하게는 하나의 또는 다수의 또는 모든 변환기 또는 변환기 장치들이 스위칭 수단에 의해 접속 및/또는 차단되는 방식으로 하나의 제어 유닛에 의해 이루어진다. 제어는 상황에 따라 이루어지므로, 전류를 절감하는 장점이 있는데, 그 이유는 항상 모든 변환기가 동시에 작동되지 않기 때문이다. 이로 인해, 예컨대 U-보트에서 더 긴 잠수 주행이 가능해진다.
본 발명의 대안적 실시예에서, U-보트는, 안테나의 크기가 U-보트의 치수에 의존해서, U-보트의 종측면을 따라 U-보트의 선미 영역으로부터 선수까지, 선수를 돌아서 U-보트의 다른 측면에서 종측면을 따라 선미 영역까지 연장되도록, 안테나 세그먼트들이 U-보트의 선체에 배치되는 본 발명에 따른 음향 수중 안테나를 포함한다.
본 발명의 다른 대안적 실시예에 따라 본 발명에 따른 수중 안테나에 의한 방향 탐지, 위치 탐지 및/또는 분류를 위해 상기 수중 안테나의 안테나 세그먼트들이 선박의 선체에 장착되고, 수중 안테나의 크기는 선박의 치수에 의존해서, 선박의 종측면을 따라 선박의 선미 영역으로부터 선수까지, 선수를 돌아서 선박의 다른 측면에서 종측면을 따라 선미 영역까지 연장된다.
본 발명의 다른 바람직한 실시예에서, 먼저 제 1 방향 탐지가 수신 섹터 내에 본 발명에 따른 수중 안테나의 하나 또는 다수의 안테나 세그먼트들에 의해 실시되고 음 방출 타겟의 검출시 제 2 방향 탐지가 상기 수신 섹터에서 실시되며, 제 1 방향 탐지에 비해 제 2 방향 탐지의 분해능이 증가되고, 분해능의 증가는 변환기들 또는 변환기 장치들 및/또는 안테나 세그먼트들의 추가 접속에 의해 달성된다. 상이한 분해능을 가진 수신 섹터 내에서 방향 탐지에 의해 에너지를 절감하는 장점이 있는데, 그 이유는 작동되는 변환기의 수가 필요에 따라 변화되기 때문이다.
본 발명의 다른 실시예에 따라, 본 발명에 따른 음향 수중 안테나에 의해, 안테나, 즉 실린더 베이스, 말굽 베이스, 인터셉트 베이스, 패시브-레인징-소나 베이스/액티브-레인징-소나 베이스, 플랭크-어레이, 평면 측면 안테나의 그룹으로부터 선택된 2개 이상의 안테나의 안테나 기능이 실행된다. 변환기들 및/또는 변환기 장치들은 중앙 신호 처리 유닛에 의해 처리되는 송신 신호 및/또는 수신 신호들을 발생시킨다. 별도의 안테나 기능들의 통합 및 안테나에 의한 상기 기능의 실행은 선박의 현에서 별도의 안테나들을 절감하는 장점을 갖는다.
본 발명에 의해, 개선되고 경제적인 음향 수중 안테나가 제공된다.
본 발명의 다른 바람직한 실시예는 종속 청구항에 그리고 첨부한 도면을 참고로 상세히 설명되는 실시예에 제시된다.
도 1은 선행 기술에 따른 별도로 배치된 다수의 수중 안테나를 구비한 U-보트의 개략도.
도 2는 통합된 음향 수중 안테나를 구비한 U-보트.
도 3은 선형 안테나의 개략도.
도 4는 다수의 안테나 세그먼트의 개략도.
도 1에는 선행 기술에 따른, 별도로 배치된 다수의 수중 안테나를 구비한 U-보트(2)가 도시된다.
U-보트(2)의 전방 영역 및 후방 영역에는 고주파 음향 펄스를 수신하기 위해 각각 하나의 인터셉트 베이스(4)가 배치된다.
U-보트(2)의 2개의 종측면 상에 각각 하나의 측면 안테나(6)(플랭크-어레이라고도 함)가 배치되고, 상기 측면 안테나는 저주파수 범위 및 중간 주파수 범위에서 작동하도록 설계된다.
U-보트(2)의 양측에 각각 패시브-레인징-소나-베이스(8)의 3개의 부분 베이스가 배치되고, 상기 3개의 부분 베이스는 음 방출 타겟의 거리를 패시브하게 결정하기 위해 사용된다.
U-보트(2)의 선수에 있는 실린더 베이스(10)에 의해, 선박의 광대역 주행 소음이 평가된다. 또한, 실린더 베이스(10)에 의해 음향 펄스의 입사 방향이 결정된다.
U-보트(2)의 선수에는 또한 음파의 광대역 방출을 가진 음원의 위치 탐지를 위한 말굽 베이스(12)(컨포멀 어레이라고도 함)가 배치된다.
도 2는 본 발명에 따른 통합된 음향 수중 안테나(14)를 구비한 U-보트(2)를 도시한다.
도 1에 도시된, 별도로 배치된 수중 안테나들(4, 6, 8, 10, 12, 14)의 기능들은 도 2에 도시된 본 발명에 따른 수중 안테나(14)에 통합된다. 그러나, 본 발명의 대안적 실시예에서, 도 1에 도시된 수중 안테나들 중 하나 또는 다수의 안테나의 개별 기능들이 본 발명에 따른 수중 안테나에 통합된다.
이를 위해, 상기 수중 안테나(14)는 우측 선미 영역으로부터 선수까지, 선수를 돌아서 좌측 선미로 연장되고, U-보트(2)의 형상에 맞춰진다.
상기 수중 안테나(14)의 적절한 구성은 U-보트(2)의 선체에 수중 안테나(14)를 장착하기 위한 캐리어를 포함하며, 상기 캐리어는 수중 안테나(14)의 크기에 상응한다.
음파를 송신 및/또는 수신하기 위한 변환기들이 상기 캐리어 상에 고정된다. 상기 변환기들은, 수중 안테나(14)의 내부에서 상이한 간격을 두고 있는 수중 안테나들(14)을 상이한 주파수에 맞추도록 배치된다. 저주파수 범위의 음향 신호를 처리하기 위해, 수중 안테나(14)는 선수 영역에서보다 측면 영역에서 더 큰 변환기들의 간격을 갖는데, 그 이유는 선수 영역의 안테나(14)가 주로 더 높은 주파수를 처리하기 때문이다.
도 3은 수중 안테나의 변환기들의 배치를 설명하기 위한 선형 안테나의 개략도를 도시한다. 수중 안테나(14)의 종축선(16)에 변환기들(18)이 등간격(d)으로 차례로 배열된다. 또한, 도 3에는 입사 음파(20)의 동위상 파면이 개략적으로 도시되며, 상기 파면은 수중 안테나(14)의 직각 방향(22)에 대해 각 Θ만큼 선회되어 상기 변환기들(18)에 부딪힌다.
다수의 변환기들(18)이 신호 기술적으로 함께 접속되어 하나의 그룹을 형성하면, 수중 안테나(14)는 직각 방향(22)으로 그 최대 감도 또는 그 메인 로브를 갖는다. 안테나 감도를 다른 방향으로 선회시키기 위해, 변환기(18)의 수신 신호들에 상응하는 시간 지연 계수가 제공된 다음, 상기 수신 신호들이 동위상으로 가산된다.
따라서, 수중 안테나(14)의 메인 로브는 최대 안테나 게인을 가진 신호들을 평가하기 위해, 수신 섹터 내에서 임의의 방향으로 향할 수 있다.
수중 안테나(14)의 평가 가능한 최대 주파수 및 개방 각은 한편으로는 변환기(18)의 수에 의해 결정되고, 다른 한편으로는 변환기들 간의 간격(d)에 의해 결정된다. 안테나에 대한 이론적 근거로부터 상기 간격(d)은
d ≤ λ/2 이고,
상기 식에서 λ는 입사하는 음파(20)의 파장이다.
λ/2 ≤ d의 파장을 가진 주파수 성분의 평가시, 애매함이 나타나는데, 그 이유는 2개의 측면의 지향 특성에서 주 최대치와 더불어 부 최대치, 즉 그레이팅-로페스(Grating-Lopes)가 형성되기 때문이다. 따라서, 음원의 명확한 위치 탐지가 불가능하다.
이러한 것을 본 발명에 따른 통합된 수중 안테나(14)의 측면 영역에 적용하면, 중주파 범위 및 저주파 범위에서 평가 가능한 최대 주파수에 대해 관련 최대 변환기 간격(d)이 얻어진다.
그러나, 전술한 인터셉트 기능 및 패시브-레인징-소나 기능/액티브-레인징-소나 기능은 고주파 음향 펄스를 처리한다. 이러한 기능들의 통합을 위해, 본 발명에 따른 수중 안테나(14)는, 변환기들(18)의 간격(d)이 줄어들거나 또는 변환기 밀도가 증가되는 국부적 영역을 포함한다. 바람직하게는 선수 및/또는 선미 및/또는 보트 중앙에서 더 높은 변환기 밀도가 제공된다.
변환기(18)를 반드시 동일한 간격(d)으로 균일하게 배치할 필요는 없는데, 그 이유는 후방에 접속된 신호 처리 유닛이 선택된 변환기(18)의 수신 신호들을 처리하는 수단을 포함하기 때문이다. 적합한 선택 유닛은 평가될 주파수 범위에 따라 안테나 기능에 기여해야 하는 변환기들(18)을 선택한다. 상응하는 스위칭 수단은 변환기(18)를 접속 또는 차단하므로, 주파수 매칭을 수행할 수 있고, 수중 안테나의 애퍼처를 변화시킬 수 있다. 모든 변환기가 작동 상태인 것이 아니라 선택된 변환기들만이 작동 상태인 경우, 사용되는 변환기들(18)의 간격(d)은 확대되고 수중 안테나(14)의 전류 소비는 줄어든다.
바람직하게는 변환기들(18)이 기능적으로 통합되어 안테나 세그먼트를 형성한다. 이는 통합된 수중 안테나(14)의 상황에 따른 이용을 가능하게 한다. 본 발명에 따른 음향 수중 안테나에 의해 음 방출 타겟을 위치 탐지 및/또는 분류하기 위한 방법을 실시하기 위해, 먼저 개략적인 경청(coarse listening)이라고도 하는 제 1 방향 탐지가 하나의 수신 섹터 내의 하나 또는 다수의 안테나 세그먼트에 의해 실시된다. 개략적인 경청이 타겟의 검출을 제공하면, 미세 방향 탐지라고도 하는 제 2 방향 탐지가 상기 수신 섹터 내에서 실시된다. 미세 방향 탐지시 타겟의 더 정확한 검출을 달성하기 위해, 미세 방향 탐지시 개략적인 방향 탐지에 비해 방향 탐지의 분해능이 높아진다. 이는 추가적인 변환기들 또는 안테나 세그먼트들의 접속에 의해 이루어진다.
도 4는 안테나 세그먼트를 형성하기 위한 개략도를 도시한다. 변환기들(18)이 통합되어 안테나 세그먼트들(25, 26, 27)을 형성하는 수중 안테나(14)의 (선형) 부분이 도시된다. 변환기들(18)을 하나의 안테나 세그먼트(25, 26, 27)로 통합하는 것은 임의로 이루어질 수 있다. 변환기들(18)이 연속해서 있어야 할 필요는 없으며, 매 2번째 변환기 또는 3번째 변환기 또는 4번째 변환기(18) 등이 통합될 수 있다. 통합된 변환기들(18)은 도 4에 상징적으로 원, X 및 사각형으로 표시되어 있고, 여기서 15개의 "원"-변환기는 안테나 세그먼트(25)를 형성하며, 4개의 "사각형"-변환기는 안테나 세그먼트(26)를 형성하고 6개의 "X"-변환기는 안테나 세그먼트(27)를 형성한다.
그러나, 사용되는, 선택된 변환기들(18)은 바람직하게는 안테나 세그먼트 내에서 서로 동일한 간격(d)을 갖는다. 개별 안테나 세그먼트들(25, 26, 27)은 중첩되어 또는 이격되어 배치될 수도 있다.
선형 안테나의 이러한 특성들은, 예컨대 선박의 선수 영역에 사용되는 바와 같은 비선형 안테나에도 적용될 수 있다.
선박의 선수 영역 내의 종래의 실린더 베이스들 또는 말굽 베이스들이 선박의 광대역 주행 소음을 검출하기 위해, 주로 한 자리의 kHz-범위 및/또는 두 자리의 kHz-범위에 사용되기 때문에, 본 발명에 따라 통합된 수중 안테나(14)는 측면 영역에서보다 선수 영역에서 더 높은 변환기 밀도를 갖는다.
동위상 가산을 위해, 변환기들(18)의 수신 신호들은 마치 입사하는 음파들(20)이 지향 특성의 주 방향에 대해 수직으로 향한 선의 가상 위치에서 동시에 변환기(18)에 도달하는 것처럼 시간적으로 지연된다. 상기 가상 위치는 변환기의 실제 위치를 상기 선 상으로 수직 투사함으로써 결정된다.
이 경우, 함께 작동되는 변환기들(18)은 통합되어 그룹을 형성한다. 이들은 하나의 안테나 세그먼트를 형성하는, 인접한 변환기들(18) 및 매 2번째 변환기 또는 매 3번째 변환기 또는 매 4번째 변환기 등일 수 있다.
도 2에 따른 통합된 수중 안테나(14)는 개략적으로 3개의 영역으로 나눠진다. 이는 2개의 측면 영역과 하나의 선수 영역을 포함하고, 영역들은 거의 구조적인 한계 없이 서로 이어진다.
종래의 방식대로, 명확히 분해될 주파수의 상승은 개방 각의 열화를 일으키는데, 그 이유는 이를 위해 안테나 애퍼처 길이가 단축되기 때문이다. 본 발명에 따른 수중 안테나(14)는 중앙 신호 처리 유닛에 의해, 예컨대 주파수 상승시 사용되는 안테나 애퍼처의 길이를 유지하기 위해 개별 안테나 범위를 연장시킬 수 있는 가능성을 갖는다.
도 2에 따른 음향 수중 안테나(14)의 상기 실시예에서, 이러한 안테나(14)의 구성을 위해, 균일한 변환기들(18)이 사용된다. 이는 제조 및 유지 관리 비용을 낮춘다.
수중 안테나(14)의 대안적 실시예에서, 이러한 수중 안테나(14)를 구성하기 위한 변환기 장치들, 특히 스테이브들이 사용된다. 스테이브 내에 다수의 전기 음향 변환기 또는 광 음향 변환기들이 서로 이격되어 수직으로 차례로 배치된다. 수직으로 차례로 배치된 변환기들의 수는 수중 안테나(14)의 지향 특성의 수직 개방 각을 결정한다. 본 발명에 따른 통합된 수중 안테나(14)의 이러한 특성은 변환기 장치들 또는 스테이브들을 사용하는 수중 안테나에 유사하게 적용될 수 있다.
수중 안테나(14)의 다른 대안적 실시예에서 변환기들(18) 또는 변환기 장치들, 특히 스테이브들은 최대로 평가될 주파수를 기초로 전체 수중 안테나(14)에 걸쳐 균일하게 분배된다. 저주파 범위의 사용은 변환기들(18) 또는 스테이브들의 등간격 생략에 의해 달성된다.
상기 실시예의 설명, 청구범위 및 명세서 도입부에서 언급된 모든 특징들은 단독으로 또는 임의의 조합으로 사용될 수 있다. 따라서, 본 발명의 공개 내용은 설명된 또는 청구된 특징 조합에 제한되지 않는다. 오히려, 모든 특징 조합들이 공개된 것으로 간주된다.
2 : 선박
14 : 수중 안테나
18 : 변환기
25, 26, 27 : 안테나 세그먼트

Claims (14)

  1. 음파(20)를 송신하거나, 수신하거나, 또는 양자 모두를 행하기 위해 서로 간격(d)을 두고 배치된 다수의 전기 음향 변환기, 광 음향 변환기(18) 및 변환기 장치 중 하나 이상을 선박(2)의 선체에 장착하기 위한 음향 수중 안테나(14)로서, 하나 또는 다수의 변환기(18) 또는 변환기 장치가 안테나 세그먼트(25, 26, 27)를 형성하는 것인 음향 수중 안테나에 있어서,
    상기 안테나 세그먼트들(25, 26, 27)은, 상기 안테나(14)의 크기가 상기 선박(2)의 치수에 의존해서, 상기 선박(2)의 종측면을 따라 상기 선박(2)의 선미 영역으로부터 선수까지, 상기 선수를 돌아서, 상기 선박(2)의 다른 측면에서 종측면을 따라 선미 영역까지 연장되도록, 상기 선박(2)의 선체에 장착될 수 있는 것을 특징으로 하는 음향 수중 안테나.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 변환기(18), 변환기 장치, 또는 양자 모두의 송신 신호들, 수신 신호들, 또는 양자 모두의 처리를 위한 중앙 신호 처리 유닛이 제공되는 것을 특징으로 하는 음향 수중 안테나.
  3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 음파를 송신 가능하거나, 수신 가능하거나, 또는 양자 모두 가능한 주파수 범위는 안테나 세그먼트(25, 26, 27)마다 선택될 수 있고, 상기 안테나 세그먼트들(25, 26, 27)의 주파수 범위의 선택이 변환기(18) 또는 변환기 장치의 추가 접속 또는 생략에 의해 이루어지는 것을 특징으로 하는 음향 수중 안테나.
  4. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 선박(2)의 선수, 선미 및 중앙 중 하나 이상의 영역에서 변환기 밀도가 국부적으로 증가되는 것을 특징으로 하는 음향 수중 안테나.
  5. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 음파를 송신 및 수신하기 위해 선택된 변환기들(18) 또는 변환기 장치들의 병렬 작동이 제공되는 것을 특징으로 하는 음향 수중 안테나.
  6. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 음향 수중 안테나(14)의 상기 변환기(18), 상기 변환기 장치, 또는 양자 모두는 균일한 구성을 갖는 것을 특징으로 하는 음향 수중 안테나.
  7. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 안테나 세그먼트들(25, 26, 27)을 형성하기 위한 변환기(18)가 선택되고,
    하나 또는 다수의 안테나 세그먼트에 대해 선택된 변환기(18)가 사용될 수 있으며,
    상기 안테나 세그먼트들(25, 26, 27)이 인접하게 또는 중첩되게 또는 이격되어 형성될 수 있는 것을 특징으로 하는 음향 수중 안테나.
  8. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 개별 안테나 세그먼트들(25, 26, 27)의 사용은, 하나의, 다수의 또는 모든 변환기(18), 변환기 장치, 또는 양자 모두가 스위칭 수단에 의해 접속 또는 차단 가능하도록, 제어 유닛에 의해 제어되는 것을 특징으로 하는 음향 수중 안테나.
  9. 음파를 송신하거나, 수신하거나, 또는 양자 모두를 행하기 위해 서로 간격(d)을 두고 배치된 다수의 전기 음향 변환기, 광 음향 변환기(18) 및 변환기 장치 중 하나 이상을 선체에 장착하기 위한 음향 수중 안테나(14)를 구비한 U-보트로서, 하나 또는 다수의 변환기(18) 또는 변환기 장치가 안테나 세그먼트(25, 26, 27)를 형성하는 것인 U-보트에 있어서,
    상기 안테나 세그먼트들(25, 26, 27)은, 상기 안테나(14)의 크기가 상기 U-보트(2)의 치수에 의존해서, 상기 U-보트(2)의 종측면을 따라 상기 U-보트(2)의 선미 영역으로부터 선수까지, 상기 선수를 돌아서 상기 U-보트(2)의 다른 측면에서 종측면을 따라 선미 영역까지 연장되도록, 상기 U-보트(2)의 선체에 배치되는 것을 특징으로 하는 U-보트.
  10. 제 9항에 있어서, 제 2항에 따른 음향 수중 안테나(14)가 마련되는 것을 특징으로 하는 U-보트.
  11. 음파를 송신하거나, 수신하거나, 또는 양자 모두를 행하기 위해 서로 간격(d)을 두고 배치된 다수의 전기 음향 변환기, 광 음향 변환기(18), 및 변환기 장치 중 하나 이상을 선박(2)의 선체에 장착하기 위한 음향 수중 안테나에 의해 음 방출 타겟의 방향 탐지, 위치 탐지 및 분류 중 하나 이상을 달성하기 위한 방법으로서, 하나 또는 다수의 변환기(18) 또는 변환기 장치가 안테나 세그먼트(25, 26, 27)를 형성하는 방법에 있어서,
    상기 음파는 제 1항에 따른 음향 수중 안테나(14)에 의해 수신되는 것을 특징으로 하는 방법.
  12. 제 11항에 있어서, 제 1 방향 탐지는 수신 섹터 내의 하나 또는 다수의 안테나 세그먼트에 의해 실시되고, 음 방출 타겟의 검출시 제 2 방향 탐지는 상기 수신 섹터에서 실시되며, 상기 제 2 방향 탐지의 분해능이 상기 제 1 방향 탐지보다 증가되고, 상기 분해능의 증가는 변환기(18) 또는 변환기 장치, 및 안테나 세그먼트 중 하나 이상의 추가 접속에 의해 달성되는 것을 특징으로 하는 방법.
  13. 제 11항 또는 제 12항에 있어서,
    안테나, 즉 실린더 베이스, 말굽 베이스, 인터셉트 베이스, 패시브-레인징-소나 베이스/액티브-레인징-소나 베이스, 플랭크-어레이, 평면 측면 안테나의 그룹으로부터 선택된 2개 이상의 안테나의 안테나 기능이 상기 음향 수중 안테나(14)에 의해 실행되고,
    상기 변환기(18), 변환기 장치, 또는 양자 모두가 중앙 신호 처리 유닛에 의해 처리되는 송신 신호들, 수신 신호들, 또는 양자 모두를 발생시키는 것을 특징으로 하는 방법.
  14. 제 11항 또는 제 12항에 있어서, 음파를 송신하거나, 수신하거나, 또는 양자 모두를 행하는 주파수 범위는 안테나 세그먼트(25, 26, 27)마다 선택되고, 상기 안테나 세그먼트들(25, 26, 27)의 상기 주파수 범위의 선택은 변환기(18) 또는 변환기 장치의 추가 접속 또는 생략에 의해 이루어지는 것을 특징으로 하는 방법.
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