NO306705B1 - Fremgangsmåte og anordning for söking etter en gjenstand - Google Patents

Description

Oppfinnelsens område

Den foreliggende oppfinnelse vedrører en fremgangsmåte for søking etter en gjenstand, spesielt en gjenstand som befinner seg under vann, idet der benyttes et moderfartøy eller et mellomliggende fartøy, utstyrt med sonarer for utsendelse og refleksjon av søkestråler som på en fremviser på fartøyet indikerer en eller flere gjenstander i søkeom-rådet under vann.

Oppfinnelsen vedrører også en anordning til dette formål.

Oppfinnelsen kan benyttes til søking etter hvilke som helst gjenstander, med vil i det følgende bli beskrevet i forbindelse med et spesielt anvendelsesområde, nemlig i forbindelse med minerydding.

Kjent teknikk

Minerydding fra et overflatefartøy inneholder en rekke aktiviteter eller problemer. Fartøyet må først detektere objektet for så å kunne klassifisere og deretterødelegge objektet.

Dette gjøres i dag ved en kombinasjon av skrogmontert sonar for deteksjon/klassifikasjon, ROV for visuell klassifikasjon/inspeksjon og deretter utplassering og detonering av ladning.

Denne prosessen er tidkrevende fordi det kreves visuell inspeksjon fra ROV. Etter at ROV har plassert ladningen må den bringes på sikker avstand før ladningen settes av. I tillegg må ladningen være stor, fordi man vil unngå å komme for nær minen med den kostbare ROV.

Formål med oppfinnelsen

Til grunn for den foreliggende oppfinnelse ligger den oppgave å presentere et konsept for et nytt system for søking etter en gjenstand, spesielt et nytt system for inspeksjon og destruksjon av miner, MINESNIPER, som bruker eksisterende minesonar og et lett og billig styrt våpen med en liten ladning. Systemet tillater via TV-kamera i våpenet visuell klassifikasjon av miner før avsetting, og innebærer en betydelig reduksjon av tid fra oppdagelse til ødeleggelse av målet.

Oppgaven løses ved en fremgangsmåte av den innledningsvis angitte art, som ifølge oppfinnelsen erkarakterisert vedat det benyttes en fra fartøyet eller farkosten styrbar opp-søkningsenhet som omfatter minst én transponder/responder eller lignende, for utsendelse av signaler svarende til søkestrålen, og at nevnte signal(er) registreres på fremviseren på moderfartøyet og benyttes til styring av opp-søkningsenheten mot en utpekt gjenstand langs sonarenes søkestråler.

Et fordelaktig trekk ved fremgangsmåten går ut på at signaler fra transponder/responder er slik styrt at signalet mottas i det tidsintervall som faller sammen med søke-strålens fremviste ekko.

Hensiktsmessig er det på oppsøkningsenheten montert sensorer for måling av retning, vinkel med horisontalplan og avstand over bunn, og videre kan det på moderfartøyet og/eller farkosten, eventuelt på minejaktssonarens transducer være plassert en flerhet av hydrofoner, idet man ved måling av transponder-/respondersignalets fase eller tidsforsinkelse ved hydrofonene kan bestemme oppsøkningsenhetens posisjon i horisontalplan og/eller vertikalplan.

Kommunikasjon mellom oppsøkningsenheten og moderfartøy og/eller farkost finner sted via en passende link, spesielt en fiberoptisk tråd anordnet på en spole på oppsøkningsen-heten, idet oppsøkningsenheten omfatter TV-utstyr og lyskilder, samt drivorganer, slik at operatør på moderfartøy kan styre enheten som en fjernstyrt enhet og inspisere den utpekte gjenstand via TV-skjerm.

Hensiktsmessig blir oppsøkningsenheten benyttet til minerydding fra et overflatefartøy eller en mellomliggende farkost, idet enheten omfatter en ladning, spesielt en hulladning eller en rettet ladning som kan avfyres fra moderfartøyet, fortrinnsvis etter inspeksjon via TV-kamera som kan utgjøre en sikteanordning, eventuelt via signal fra nærhetsbryter.

Spesielt skal det forstås at oppsøkningsenheten blir brukt som en øvelsesenhet, idet den omfatter en gasspatron og gassoppblåsbar ballong, eller et oppdriftskammer som kan aktiveres av operatør.

En anordning for søking etter en gjenstand, spesielt en gjenstand som befinner seg under vann, idet anordningen er tilpasset et moderfartøy eller en mellomliggende farkost, utstyrt med sonarer for utsendelse og refleksjon av søke-stråler som på en fremviser på fartøyet indikerer en eller flere gjenstander i søkeområdet under vann, er ifølge oppfinnelsenkarakterisert vedat anordningen omfatter en fra fartøyet eller farkosten styrbar oppsøkningsenhet som omfatter minst én transponder/responder eller lignende for utsendelse av signaler svarende til søkestrålene, samt organer som bearbeider avtegning på fremviseren i relasjon til en utpekt gjenstand, idet denne relasjon benyttes til automatisk eller manuell fjernstyring av oppsøkningsenheten mot den utpekte gjenstand langs sonarens søkerstråle.

Ytterligere trekk og fordeler ved den foreliggende oppfinnelse fremgår av de vedføyde patentkrav, samt den følgende beskrivelse tatt i forbindelse med de vedføyde tegninger.

Kort omtale av te<g>nin<g>sfi<g>urene

Figur IA viser skjematisk prinsippet ved den foreliggende oppfinnelse, spesielt i forbindelse med søking etter miner.

Figur IB viser skjematisk prinsippet ved den foreliggende oppfinnelse brukt i forbindelse med en mellomliggende farkost, for eksempel en ROV. Figurene 2A, 2B og 2C viser henholdsvis sideriss, lengde-snitt og frontriss av et våpen hvor idéen bak den foreliggende oppfinnelse er innlemmet. Figurene 2D og 2E viser snitt tatt etter henholdsvis linjen A-A og B-B på figur 2A. Figur 3A og 3B viser hydrofonplassering på transducer, sett henholdsvis forfra og fra siden. Figurene 4A, 4B og 4C viser forskjellige skjermbilder fra operatørkonsollet.

Omtale av utforelsesformer

Et system hvor den foreliggende oppfinnelse finner anvend-else, er skjematisk vist på figur IA. Det omfatter en systemenhet som installeres fast ombord i et minejaktfartøy eller moderfartøy 1, og et sett av engangsvåpen kalt destruktorer 2 som lagres ombord. Systemenheten inneholder moduler for sjøsetting av destruktorer, launcher 3, akustisk posisjonering (APS) og en sentralenhet med tilknytning til en minejaktssonar 3a. Sentralenheten vil inneholde operatør-kosoll og en sentralprosessor som til enhver tid beregner kurs og posisjon, og som gir manøvreringskommandoer til destruktoren 2 via en tynn fiberkanal 4. Skisse av systemet i operasjonen er vist i figur IA, hvor også de forskjellige operasjonsfaser er inntegnet.

For oppdagelse og klassifikasjon av gjenstander, spesielt miner 2a, blir det benyttet en moderne minejaktssonar 3a som kan omfatte for eksempel 100 mottakerstråler, som til sammen danner et vifteformet søkeområde i horisontalplanet. Hver stråle 3n er smal i horisontalplanet, men relativt bred i vertikalplanet slik at den ved skrått innfall dekker et stort avstandsområde langs bunnen la.

Dersom et våpen eller en destruktor 2 kan styres ned langs strålen 3n som treffer minen 2a, vil den har riktig kurs. Til dette kan for eksempel klassifiseringssonaren benyttes, men på grunn av den dårlige vertikaloppløsningen må en enkel innretning installeres for å måle våpenets vertikalposisjon.

Det skal forstås at våpenet skal være lett og rimelig, slik at det kan betraktes som ammunisjon. Det kan hensiktsmessig omfatte et lett stridshode, for eksempel en hulladning.

På grunn av det lette stridshodet kan våpenet fremstilles lett og kompakt med gode hydrodynamiske egenskaper. Relativt liten kraft vil kunne gi våpenet en hastighet på 8 knop.

Fremdriften kan besørges av, slik det fremgår av figur 2, to elektrisk drevne propellere. Styringen kan ved høy hastighet skje ved ror, og ved lav og stillestående manøvrering ved hjelp av trustere 9 på samme måte som en ROV, kombinert med intern tyngdepunktsforflytning.

Våpenet kan ha tyngdepunktet og oppdriftspunktet plassert slik at en får naturlig rullstabilisering.

Våpenet 2 omfatter videre sensorer 10 for måling av retning, vinkel med horisontalplanet, dybde og avstand over bunn. I tillegg utstyres det med TV-kamera 11 tildekket av en sfærisk kuppel lia, og lys 12 for bruk under klassifiseringen av minen.

Avstanden og retningen til våpenet eller destruktoren 2 måles av minejaktssonaren 3a ved at våpenet utstyres med en akustisk transponder 13 som svarer på minejaktssonarens 3a utsending.

All kommunikasjon mellom våpenet 2 og minejaktfartøyet 1 foregår via den fiberoptiske tråd 4 som dras ut fra en spole 14 i halen 14a på våpenet 2. Den store databåndbredden gjør at hovedvekten av prosesseringen kan gjøres på minejaktfar-tøyet 1, slik at våpenet 2 kun inneholder et minimum av elektronikk, se spesielt figur 2D og 2E. En optisk trans-ceiver 14b omformer de eventuelle signaler til optiske signaler, og styrer sending og mottakning av slike.

Typiske mål vil være en lengde på ca. 100 cm, en diameter på ca. 2 0 cm og en vekt mindre enn 20 kg.

Våpenet kan utføres i tokomponent herdeplast støpt i én del. Dette vil ved større serier, 250 enheter eller mer, gi en rasjonell produksjon.

Styring av våpenet 2 foregår slik at når våpenet er kommet inn i klassifikasjonssonarens dekningsområde, vil transpon-dersignalet fra våpenet 2 vises på displayet, se figur 1 og figurene 4A-4C. Dette gir mulighet for en meget nøyaktig posisjonering i horisontalplanet, og våpenet 2 kan styres nøyaktig inn i den strålen eller de strålene 3n som mottar ekkoet fra minen.

Et separat akustisk posisjoneringssystem, APS, 13 benyttes til å styre våpenet inn i klassifikasjonssonarens dekningsområde etter utsetting, og å eventuelt kontrollere posi-sjonen i vertikalplanet på vei mot minen. Hydrofonene 15 i dette systemet kan plasseres på minejaktssonarens 3a transducer som vist på figur 3.

Eventuelt kan nevnte hydrofoner plasseres på selve moderfar-tøyet og/eller en mellomliggende farkost, for eksempel en

ROV.

Destruktoren 2 kan utstyres med en transponder/responder som sender på minejaktssonarens 3a frekvens og med en valgbar kode. Utsendelsen styres i tid slik at transponder-/respondersignalet mottas i et tidsintervall som faller innenfor det tidsvindu som minejaktssonaren viser. Ekkoet fra minen eller målet 2a og transponder-/respondersignalet behandles på samme måte i klassifiseringssonaren. Destruktorens 2 retning kan derfor med høy presisjon sammenlignes med retningen mot målet 2a, siden begge fremstår på mineklassifiseringsso-narens standard display 16a, se figur 4C.

I tillegg sendes et signal som tas imot på de fire hydrofonene 15 som er montert på klassifiseringssvingeren 3a. Signalene fra de fire hydrofonene 15 måles og benyttes til å bestemme destruktorens retning i vertikalplanet, og før destruktoren 2 er kommet inn i sonarstrålen 3n også i horisontalplanet.

I denne fasen behøver operatøren bare konsentrere seg om retningen. På bakgrunn av minejaktssonarens 3a beregning av avstanden til målet 2a og informasjon om vanndybden vil søkesystemet beregne en vertikal styrevinkel som bringer destruktoren 2 nær bunnen la en del meter før den når minen 2a. Høydemåleren 10 vil så overta vertikalkontrollen og sørge for at destruktoren 2 beveger seg langs bunnen la inntil minen 2 kan observeres i TV-bildet.

Da først vil operatøren visuelt styre destruktoren 2 som en

ROV.

Alternativt kan destruktoren styres automatisk til og med avfyring.

Det er viktig å være oppmerksom på at en slik automatisert styring ikke innvirker på destruktorens kostnad. All sonar-deteksjon, beregninger av glidevinkler og styring av destruktoren 2 og så videre foregår på minejaktfartøyet 1. Destruktoren 2 sender sensorsignaler ubearbeidet opp gjennom den fiberoptiske tråden 4, og mottar styresignaler gjennom den samme tråden.

Operatørkonsollet består av en klassifiseringsmonitor fra minejaktssonaren 3a, en TV-monitor og et konsoll for å skrive inn dybde og avstand til målet samt transducer-vinkel slik det fremkommer på minejaktssonarens display 16a. I tillegg er det joy-stick for styring av destruktoren 2.

Ved å kontrollere de akustiske utsendelsene fra destruktoren 2, tegnes en cursor/markør 16 på minejaktssonarens display 16a. Operatøren skal ved hjelp av sin joy-stick holde sin cursor på målet 2a og søkersystemet måler avstand og retning mellom de to cursorer, for således med støtte i høyde- og eventuell dybdeinformasjon å styre destruktoren. Fordi begge cursorer er generert akustisk gjennom samme sonarsystem, vil destruktoren 2 styres på riktig kurs, uansett varierende strømforhold, lydhastighetsprofiler eller termiske fronter.

Destruktoren styres automatisk til å følge bunnen la i en preprogrammert avstand når den nærmer seg målet. Når avstanden er ca. 10 m reduseres hastigheten til ca. 0,2 m/s. Operatøren styrer fremdeles retningen til destruktoren 2 ved for eksempel å holde sin cursor på målet 2a. Høyden over bunnen la styres automatisk av søkesystemet 10.

Våpenet 2 kan styres slik at det når minens 2a høyde over bunnen ca. 20 m før det er fremme. Hvis minen er en bunn-mine vil våpenet automatisk flate ut i en høyde av ca. 2 m.

Våpenet vil holde denne høyden automatisk. Farten reduseres til ca. 0,2 m/s, og siden våpenet hele tiden styres i strålen som gir mineekko, vil minen dukke opp på TV-skjermen. Operatøren vil deretter styre våpenet som en ROV og inspisere målet, før han retter våpenet inn slik at ladningen peker mot senter av minen. Når våpenet berører minen, vil han sette av hulladningen.

For at ladningen skal kunne settes av, må følgende tre sikringer utløses: 1) En mekanisk sikring brytes, idet våpenet utløses i launcher eller slippes overbord. Denne tillater at: 2) En trykkdetektor kan armere ladningen etter at den er kommet i vannet. 3) Ladningen kan så avsettes av operatøren via en spesiell kode som overføres via den fiberoptiske tråden.

Ladningen kan automatisk bli satt av en gitt tid etter at den er kommet i vannet. Dette for å forhindre at "levende" ladninger skal ligge igjen i tilfelle det oppstår feil. Alternativt kan ladningen settes av ved et spesielt akustisk signal, for eksempel fra en håndgranat som sendes ut fra minefartøyet. Destruktor kan tas tilbake ved at en trykksensor 17 sikrer ladningen når den nærmer seg overflaten.

Våpenet er lett, ca. 2 0 kg, og derfor enkelt å sette ut. Ved hjelp av hydrofonene 15 som er plassert på minejaktssonaren 3a, kan en følge våpenet 2 fra det er satt ut og dermed styre det inn i sonarens dekningsområde. Utsetning kan finne sted ved at en enkel arm løfter våpenet over skipssiden og ned i vannet.

Hensikten med det foreliggende søkesystem er å destruere målet på så kort tid som mulig etter at det er klassifisert som mine eller mulig mine. Søkesysternet vil derfor alltid ha et våpen klar i launcheren 3, som kjøres i stilling idet klassifiseringen av målet starter. Et tidsskjema kan da settes opp, hvor det er antatt at målet er på 300 m avstand, og at våpenet kan kjøre mot målet med en effektiv hastighet på 2 m/s.

De siste 10 m kjører våpenet i sakte fart mot målet slik at det kan detekteres visuelt i TV-kameraet. Dette skal ikke benyttes til søk da det akustiske systemet sørger for at våpenet har riktig retning mot målet.

Tidsforbruket for verifikasjon og ødeleggelse av et mål som befinner seg på en avstand på ca. 300 m, anslås til mellom 3 og 5 minutter.

En tilsvarende operasjon ved bruk av ROV kan anslås til å ha et tidsforbruk mellom 30 og 50 minutter.

Dersom den foreliggende oppfinnelse anvendes i forbindelse med etøvelsessystem, vil destruktoren i stedet for med ladningen være utstyrt for eksempel med en ballong som blåses opp av en gasspatron etter utført øvelse. Eventuelt kan det benyttes et oppdriftskammer som aktiveres av operatøren. Destruktoren vil så flyte opp, hvoretter et blinklys blir aktivert. Den kan så bli plukket opp enten fra en lettbåt eller minejaktfartøyet.

Førøvelsesdestruktoren kan benyttes igjen må følgende klargjøring finne sted:

1) Ny spole med fiberoptisk tråd må settes inn

2) Ny ballong og gasspatroninnsats installeres

3) Skifte, eventuelt oppladning av batteripakke

Øvelsessdestruktoren er bygget for å tåle mange operasjoner. Den har derfor en annen konstruksjon enn krigsdestruktoren som bare skal operere i 10-30 minutter.

I forbindelse med figur IA er både sonar og launcher anordnet i forbindelse med selve moderfartøyet 1.

På figur IB er det vist et system ifølge den foreliggende oppfinnelse hvor det også benyttes et mellomliggende hjelpefartøy 101 eller en farkost, for eksempel en ROV et taulignende eller lignende. Denne ROV eller farkost kan på sin side være forsynt med en egen launcher og egne hydrofoner, men er fortsatt forbundet med moderfartøyet 1 for styring derfra, for eksempel ved hjelp av en link, omfattende en første fiberkabel 4a mellom destruktor 2 og farkost 101, og en andre eventuelt forsterket fiberkabel 4b mellom farkost 101 og moderfartøyet 1.

Ved en variant av et neddykket hjelpefartøy, for eksempel i form av en tauet farkost eller ROV, kan denne bære en egen launcher og egne hydrofoner, men også her styres fra moderfartøyet på overflaten.

Claims (14)

1. Fremgangsmåte for søking etter en gjenstand under vann, idet det benyttes et moderfartøy (1) eller en mellomliggende farkost (101) utstyrt med sonarer (3a) for utsendelse og refleksjon av søkestråler (3n) som på en fremviser (16a) på fartøyet (1) indikerer en eller flere gjenstander (2a) i søkeområdet under vann,karakterisert vedat det benyttes en fra fartøyet (1) eller farkosten (101) styrbar oppsøkningsenhet (2) som omfatter minst én transponder/responder (13) eller lignende, at det fra oppsøkningsenheten (2) utsendes signaler som er slik innrettet at de kan skilles fra andre ekkoer på fremviseren, men fremdeles tilsvarer søkestrålen (3n), og at nevnte signaler på i og for seg kjent måte registreres på fremviseren (16a) på moderfartøyet (1), og benyttes til styring av oppsøkningsenheten (2) mot en utpekt gjenstand (2a) langs sonarenes (3a) søkestråler (3n) .

2. Fremgangsmåte som angitt i krav 2,karakterisert vedat signaler fra transponder /responder styres slik at signalet mottas i det tidsintervall som faller sammen med søkestrålens fremviste ekko.

3. Fremgangsmåte som angitt i krav 1 eller 2,karakterisert vedat det på oppsøkningsen-heten (2) benyttes sensorer (10) for måling av retning, vinkel med horisontalplan og avstand over bunn (la) og eventuelt dybde.

4. Fremgangsmåte som angitt i krav 1-3,karakterisert vedat det på moderfartøyet og/eller dets mellomliggende hjelpefarkost (101), eventuelt på minejaktssonarens (3a) transducer benyttes en flerhet av hydrofoner (15), idet man ved måling av transponder-/respondersignalets fase eller tidsforsinkelse ved hydrofonene (15) kan bestemme oppsøkningsenhetens (2) posisjon i horisontalplan og/eller vertikalplan.

5. Fremgangsmåte som angitt i krav 1-4,karakterisert vedat kommunikasjon mellom oppsøkningsenheten (2) og moderfartøy (1), og/eller den mellomliggende farkost (101) finner sted via en passende link (4; 4a, 4b), spesielt en fiberoptisk tråd (4) anordnet på en spole (14) på oppsøkningsenheten (2), idet oppsøk-ningsenheten omfatter TV-utstyr (11) og lyskilder (12), samt drivorganer (9), og at operatør på moderfartøy styrer enheten som en fjernstyrt enhet og inspiserer den utpekte gjenstand via TV-skjerm.

6. Fremgangsmåte som angitt i krav 1-5,karakterisert vedat oppsøkningsenheten (2) blir benyttet til minerydding .fra et overflatefartøy (1) og/eller en mellomliggende farkost, idet enheten omfatter en ladning, spesielt en hulladning eller en rettet ladning som kan avfyres fra moderfartøyet (1), fortrinnsvis etter inspeksjon via TV-kamera (11) som utgjør en sikteanordning, eventuelt via signal fra nærhetsbryter.

7. Fremgangsmåte som angitt i krav 1-5,karakterisert vedat oppsøkningsenheten blir brukt som en øvelsesenhet, idet den omfatter en gasspatron og gassoppblåsbar ballong eller oppdriftskammer som kan aktiveres av operatør.

8. Anordning for søking etter en gjenstand under vann, idet anordningen er tilpasset et moderfartøy (1) eller en mellomliggende farkost (101) utstyrt med sonarer (3a) for utsendelse og refleksjon av søkestråler (3n) som på en fremviser (16a) på fartøyet (1) indikerer en eller flere gjenstander (2) i søkeområdet under vann,karakterisert vedat anordningen omfatter en fra fartøyet (1) eller farkosten (101) styrbar oppsøk-ningsenhet (2) som omfatter minst én transponder/responder (10, 13) eller lignende for utsendelse av signaler som er slik innrettet at de kan skilles fra andre ekkoer på fremviseren, men fremdeles tilsvarende søkestrålene (3n), samt organer som bearbeider avtegning på fremviseren (16a) i relasjon til en utpekt gjenstand (2), idet denne relasjon benyttes til automatisk eller manuell fjernstyring av opp-søkningsenheten (2) mot den utpekte gjenstand (2a) langs sonarens søkerstråle (3n).

9. Anordning som angitt i krav 8,karakterisert vedat transponderen/respon-deren (13) omfatter et dynamisk styrt tidsforsinkelses-organer for automatisk/manuell styring av signaler fra transponder/responderen i et tidsintervall, slik at signal mottas i et tidsintervall som faller sammen med avstands-sektoren for søkestrålenes (3n) fremviste ekko.

10. Anordning som angitt i krav 8 eller 9,karakterisert vedat oppsøkningsenheten (2) omfatter sensorer (10) for måling av retning, vinkel med horisontalplan og avstand over bunn (la) og eventuelt dybde.

11. Anordning som angitt i krav 8-10,karakterisert vedat der på moderfartøyet og/eller farkosten eller på minejaktssonarens (3a) transducer er passende plassert en flerhet av hydrofoner (15), og at anordningen omfatter organer for måling av transponder- /respondersignalets (13) fase eller tidsforsinkelse ved hydrofonene (15) for bestemmelse av oppsøkningsenhetens (2) posisjon i horisontalplan og/eller vertikalplan.

12. Anordning som angitt i krav 8-11,karakterisert vedat anordningen omfatter en link (4; 4a, 4b) for kommunikasjon mellom oppsøkningsen-heten og moderfartøy og/eller farkost, spesielt en fiberoptisk tråd (4) anordnet på en spole (14) på oppsøknings-enheten, og at oppsøkningsenheten omfatter TV-utstyr (11) og lyskilder (12), samt drivorganer (9), slik at operatør på moderfartøy (1) kan styre enheten (2) som en fjernstyrt enhet og inspisere den utpekte gjenstand (2a) via TV-skj erm.

13. Anordning som angitt i krav 8-12,karakterisert vedat oppsøkningsenheten (2) er innrettet for minerydding fra et overflatefartøy (1) og/eller en mellomliggende farkost (101), idet enheten omfatter en ladning, spesielt en hulladning eller en rettet ladning som kan avfyres fra moderfartøyet (1), fortrinnsvis etter inspeksjon via TV-kamera (11) som kan utgjøre en sikteanordning, eventuelt via signal fra nærhetsbryter.

14. Anordning som angitt i krav 8-12,karakterisert vedat oppsøkningsenheten er innrettet som en øvelsesenhet, idet den omfatter en gasspatron og gassoppblåsbar ballong eller oppdriftskammer som kan aktiveres av operatør.