WO2007065535A1 - Verfahren zur erzeugung einer gefahrenwarnung vor einem angreifenden torpedo - Google Patents
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- WO2007065535A1 WO2007065535A1 PCT/EP2006/010950 EP2006010950W WO2007065535A1 WO 2007065535 A1 WO2007065535 A1 WO 2007065535A1 EP 2006010950 W EP2006010950 W EP 2006010950W WO 2007065535 A1 WO2007065535 A1 WO 2007065535A1
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Classifications
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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
- B63G9/00—Other offensive or defensive arrangements on vessels against submarines, torpedoes, or mines
- B63G9/02—Means for protecting vessels against torpedo attack
Definitions
- the invention relates to a method for generating a hazard warning in front of a torpedo attacking a watercraft, in particular wedge water, according to the preamble of claim 1.
- torpedoes are capable of attacking a watercraft from all directions. This is how modern, very quiet torpedoes run the watercraft, e.g. a surface ship, usually from a previous sector, whereas
- HMS HuIl Mounted Sonars
- Rate of change the distance to the torpedo is continuously calculated. If you find one
- Torpedo removal which is covered by the area of application of an effector to combat the torpedo, triggers the deposition of the effector on the ship side.
- the invention has for its object to provide an efficient method for generating a hazard warning in the event of a torpedo attacking aft, which at least triggers a warning alarm with little effort in signal processing when the torpedo overflows the underwater antenna.
- the object is according to the features in
- the method according to the invention has the advantage that by monitoring the rate of change of the cotangent the successively determined bearing angle to the torpedo approaching, the overflow of the torpedo via the underwater antenna can be determined with simple means.
- the detection of the overflow provides data about both the speed of the torpedo and its distance to the rear of the
- Torpedo position at the moment of antenna overflow is known.
- the target data required for the control can be preprogrammed very precisely in an effector set off from the watercraft to combat the torpedo, and the time at which the effector is removed for effective control of the torpedo can be relatively precise
- the angle of a receiving direction is used as the bearing angle
- This maximum reception level is continuously compared with a threshold value, preferably after smoothing, and a gate signal is generated when the threshold value is exceeded.
- the gate signal is linked to the trigger signal of the cotangent detection in such a way that a link signal arises when the gate signal and the trigger signal generated by the cotangent detection occur together.
- the warning alarm is activated with the link signal.
- the reliability of the torpedo detection is increased, i.e. the false alarm rate is reduced, since the torpedo generates the highest reception level when the underwater antenna overflows.
- it is additionally checked at which bearing angle the
- the underwater antenna has a plurality of hydrophones or hydrophone groups arranged next to one another in the towing direction, and a fan of strings of directional characteristics, to which a direction angle is uniquely assigned, is spanned on both sides of the underwater antenna from the electrical output signals of the hydrophones or hydrophone groups .
- Receive signals from the other directional characteristics is chosen larger.
- the maximum reception level is determined in the normalized reception signals and the directional angle of the directional characteristic with the maximum reception level as
- the median or mean value is formed and the current value of the received signal divided by this median or mean value.
- the normalization window or the time segment is dimensioned differently for directional characteristics having different directional angles. In this way, when a torpedo approaches, a slow increase in the level of the received signal in the
- the reception levels become the most aft
- a pre-alarm is issued if a steep rise in level occurs which exceeds a threshold value.
- a confirmation of the pre-alarm is issued as the level increases continuously.
- Fig. 1 is a schematic plan view of a
- Fig. 3 is a diagram of the function of the bearing angle to a torpedo attacking aft (curve a) and the cotangent of the bearing angle (curve b) in each case as a function of time.
- equipped surface ship 10 as an embodiment for a general watercraft has a
- the sonar device which, in addition to locating targets, also serves to detect and locate torpedoes attacking the ship.
- the sonar device comprises an active sonar 11, which is designed in a known manner as a cylinder base or as a so-called hull mounted sonar (HMS), and a towing sonar, which is towed in the water by the surface ship 10
- HMS hull mounted sonar
- Underwater antenna hereinafter called antenna 13, has. Due to the arrangement in the bow of the ship or the integration in the front side wall of the ship, the active sonar 11 only covers a sector of approx. 150 ° in each case from the ship's forward to starboard and from the ship's forward to port and is in an aft sector ⁇ «60 ° blind. From this aft sector
- Towing antenna 13 is on a very long trailing cable or Tow rope 14, eg 800m, attached and has an acoustically effective part of approx. ⁇ m.
- a towing brake 15 can also be attached to the towing antenna 13.
- the acoustic part of the towing antenna 13 is usually attached to the towing cable 14 and towing brake 15 via attenuators, not shown here, so-called VIMs.
- the acoustic part of the towing antenna 13 is formed by a plurality of hydrophones 16 (FIG. 2) or hydrophone groups which are arranged next to one another in the towing direction and which are arranged in the
- Tow rope 14 extending signal lines 17 with one installed on board the surface ship 10
- All hydrophones 16 or hydrophone groups are operated at the same time, and by means of a directional former 18, also called beamformer, the trailing antenna 13 becomes a fan on both sides
- Each directional characteristic 19 is a direction angle ⁇
- the longitudinal axis of the trailing antenna 13 represents the reference line for the directional angle ⁇ , so that the directional characteristics 19 with the largest
- Polar patterns 19 are. The one about the individual
- Directional characteristics 19 received signals received are evaluated to a so-called a torpedo approaching aft in the wake of the surface ship 10.
- the received signals from each directional characteristic 19 are normalized in block 20, with a normalization window used for the received signals from the most aft directional characteristics 19, that is to say from the so-called Endfire sector, compared to the normalization window for the
- Receive signals from the other directional characteristics 19 is chosen large. As a result, the different mechanisms that lead to level changes in the torpedo start
- Normalization window and a short period of time, i.e. a small normalization window, is used for the rapid level changes.
- the normalization is carried out in such a way that a current signal value of the received signal is divided by the median of the signal values which are contained in a time period determined by the normalization window and immediately preceding the current signal value. Instead of the median, the mean over the
- Normalization window can be used.
- the key point of the process for generating the hazard warning is the continuous bearing of the torpedo with the output of the bearing angle and the bearing time.
- To determine the bearing angle ⁇ is in the normalized reception signals of
- Directional characteristics 19 determined the maximum reception level and the direction angle ⁇ of the directional characteristics 19 with the maximum reception level output as a bearing angle ⁇
- Reception level P max output.
- the determination of the bearing angle ⁇ and the reception level P max is based on the
- Directional characteristics 19 limited, the direction angle ⁇ are in the angular range between 40 ° to 140 °.
- Passing through a filter 24 for smoothing fluctuations due to the pendulum movement of the torpedo in the wake of the surface ship 10 is compared in block 25 with a preset value or a threshold. If the smoothed cotangent rate of change exceeds the preset value, a trigger signal for a warning alarm is applied to a logic AND gate 26.
- the level maxima P max are smoothed (filter 27) and fed to a threshold (block 28). If the filtered maximum level signal exceeds the threshold value specified in block 28, a gate signal is generated and sent to the logic AND gate 26 laid.
- the trigger signal coming from block 25 and that coming from block 28 are in the logic AND gate 26
- the warning alarm is symbolically represented in FIG. 2 by a warning signal lamp 29.
- block 30 it is checked whether the link signal which activates the warning alarm occurs at a bearing angle ⁇ which is in the range between 80 ° and 120 °. If this is the case, the link signal is switched through in block 30 and emits an additional alarm. The additional alarm will
- Torpedo-fighting effector can be used.
- aft directional characteristics 19 in turn the maximum of the reception level is monitored as a function of time.
- the occurrence of a steep rise in level is sensed and on the other another another
- the temporal course of the maximum received level is set to a threshold (block 33) on the one hand via a low pass 32 with a predefinable cutoff frequency and on the other hand to a further threshold (block 35) via a low pass 34 with a cutoff frequency that is lower than that. If the threshold value specified in block 33
- the pre-alarm is output, which is symbolized in FIG. 2 by the warning signal lamp 37. If the threshold value specified in block 35 is exceeded, a pre-alarm confirmation is output, which is shown in FIG.
- Warning signal lamp 38 is symbolized.
- the warning signal lamps 29, 31, 37 and 38 preferably generate a differently colored display in a display on which the torpedo track is visualized. For example, a newly emerging torpedo is confirmed by the warning signal lamp 37 lighting up in blue and a confirmation of the newly emerging torpedo
- the warning signal lamp 38 lights up in green, an overflow of the torpedo by lighting up the warning signal lamp 29 in red and a maximum alarm by the three flashing
- Warning signal lamps 31 visualized.
- the normalized received signals can be shown on a screen, a so-called BTR display.
- the parallel active operation of the active sonar 11 interferes with the passive operation of the towing sonar. It is therefore advantageous to hide interference from the transmission process when receiving passive signals. This can be done in such a way that the transmission process is carried out by a majority
- Threshold exceeding of the level of the received signals (before their normalization in block 20) is detected and the old level value is maintained as long as the
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Abstract
Bei einem Verfahren zur Erzeugung einer Gefahrenwarnung vor einem ein Wasserfahrzeug achterlich angreifenden, insbesondere kielwassergeführten Torpedo wird zur Erzielung eines effizienten Schutzes des Wasserfahrzeugs gegen einen Torpedoangriff aus achterlicher Richtung mittels eines Sonars mit einer vom Wasserfahrzeug nachgeschleppten Unterwasserantenne der achterlich anlaufende Torpedo fortlaufend unter Ausgabe von Peilwinkel und Peilzeit gepeilt, der Kotangens der Peilwinkel berechnet und die Änderungsgeschwindigkeit des Kotangens zumindest in einem mittleren Peilwinkelbereich mit einem Vorgabewert verglichen. Überschreitet die Änderungsgeschwindigkeit des Kotangens der Peilwinkel den Vorgabewert wird ein Auslösesignal für einen Warnalarm ausgegeben.
Description
VERFAHREN ZUR ERZEUGUNG EINER GEFAHRENWARNUNG VOR EINEM
ANGREIFENDEN TORPEDO
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erzeugung einer Gefahrenwarnung vor einem ein Wasserfahrzeug achterlich angreifenden, insbesondere kielwassergeführten Torpedo nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Torpedos sind typbedingt in der Lage, ein Wasserfahrzeug aus allen Richtungen anzugreifen. So laufen moderne, sehr leise Torpedos das Wasserfahrzeug, z.B. ein Oberflächenschiff, in der Regel aus einem vorlichen Sektor an, wohingegen
kielwasserhomende Torpedos das Schiff aus dem achterlichen Sektor angreifen. Zur frühzeitigen Ortung eines anlaufenden Torpedos ist daher eine Rundumsicht der vom Schiff
mitgeführten Sonareinrichtung erforderlich. Bekannte, bordgestützte Aktivsonare, die üblicherweise im Bug des
Schiffes installiert oder am Bug als sog. HuIl Mounted Sonare (HMS) integriert werden, weisen lagebedingt sowie bedingt durch das Schraubengeräusch des Schiffes eine nur
unvollkommene Rundumsicht mit einer mehr oder weniger großen achterlichen Lücke auf. Dieser achterliche Sektor des
Schiffes ist blind gegen anlaufende Torpedos.
Zur Abdeckung dieses Verwundbarkeitssektors des Schiffes wird bei einem bekannten Verfahren zur Abwehr eines aus
achterlicher Richtung angreifenden Torpedos (EP 1 117 587 Bl) der Torpedo mittels eines sog. Schleppsonars, das eine vom Schiff nachgeschleppte Unterwasserantenne aufweist, passiv gepeilt und die Frequenz mindestens einer von dem Torpedo abgestrahlten, signifikanten Spektrallinie über der Zeit vermessen. Aus der Peilwinkeländerungsgeschwindigkeit , der Frequenz der vermessenen Spektrallinie und deren
Änderungsgeschwindigkeit wird die Entfernung zum Torpedo fortlaufend berechnet. Bei Feststellen einer
Torpedoentfernung, die vom Einsatzbereich eines den Torpedo bekämpfenden Effektors abgedeckt wird, wird schiffsseitig die Absetzung des Effektors ausgelöst.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein effizientes Verfahren zur Erzeugung einer Gefahrenwarnung im Falle eines achterlich angreifenden Torpedos anzugeben, das mit geringem Aufwand an Signalverarbeitung zumindest dann einen Warnalarm auslöst, wenn der Torpedo die Unterwasserantenne überläuft.
Die Aufgabe ist erfindungsgemäß durch die Merkmale im
Anspruch 1 gelöst.
Das erfindungsgemäße Verfahren hat den Vorteil, dass durch die Überwachung der Änderungsgeschwindigkeit des Kotangens der sukzessiv ermittelten Peilwinkel zum anlaufenden Torpedo der Überlauf des Torpedos über die Unterwasserantenne mit einfachen Mitteln festgestellt werden kann. Die Detektion des Überlaufs liefert Daten sowohl über die Geschwindigkeit des Torpedos, als auch über dessen Entfernung zum Heck des
Wasserfahrzeugs, da einerseits die Änderungsgeschwindigkeit des Kotangens der Peilwinkel, also das zeitliche Differential des Kotangens der Peilwinkel, im wesentlichen konstant ist und der Torpedogeschwindigkeit entspricht und andererseits
der durch das Schleppseil vorgegebene Abstand der Unterwasserantenne vom Fahrzeugsheck und damit die
Torpedoposition im Augenblick des Antennenüberlaufs bekannt ist. Dadurch können in einem zur Bekämpfung des Torpedos vom Wasserfahrzeug abgesetzten Effektor die für die Bekämpfung erforderlichen Zieldaten sehr genau vorprogrammiert werden und kann der Zeitpunkt des Absetzens des Effektors für eine wirkungsvolle Bekämpfung des Torpedos relativ genau
eingehalten werden.
Zweckmäßige Ausführungsformen des erfindungsgemäßen
Verfahrens mit vorteilhaften Weiterbildungen und
Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den weiteren Ansprüchen.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung wird als Peilwinkel der Winkel einer Empfangsrichtung mit
maximalem Empfangspegel, vorzugsweise bezogen auf die
Längsachse der Unterwasserantenne, bestimmt. Dieser maximale Empfangspegel wird - vorzugsweise nach Glättung - fortlaufend mit einem Schwellwert verglichen, und mit Überschreiten des Schwellwerts ein Torsignal generiert. Das Torsignal wird mit dem Auslösesignal der Kotangens-Detektion so verknüpft, dass ein Verknüpfungssignal entsteht, wenn das Torsignal und das von der Kotangens-Detektion erzeugte Auslösesignal gemeinsam auftreten. Mit dem Verknüpfungssignal wird der Warnalarm aktiviert. Durch diese zusätzliche Überwachung des
Empfangspegels wird die Zuverlässigkeit der Torpedodetektion erhöht, also die Falschalarmrate reduziert, da der Torpedo bei Überlauf der Unterwasserantenne den größten Empfangspegel erzeugt .
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung wird zusätzlich geprüft, bei welchem Peilwinkel das
Verknüpfungssignal auftritt und ein Zusatzalarm dann
ausgegeben, wenn das Verknüpfungssignal bei einem Peilwinkel im Bereich von 90° auftritt. Durch diese Maßnahme wird die Genauigkeit der Entfernungsbestimmung des Torpedos während des Überlaufs erhöht, da bei einer Peilung des Torpedos unter 90° der Torpedo exakt die Mitte der Unterwasserantenne erreicht hat und mit dem bekannten Abstand der
Unterwasserantenne vom Fahrzeugheck ein exaktes
Entfernungsmaß berechnet werden kann.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung weist die Unterwasserantenne eine Vielzahl von in Schlepprichtung nebeneinander angeordneten Hydrofonen oder Hydrofongruppen auf und aus den elektrischen Ausgangssignalen der Hydrofone oder Hydrofongruppen wird mittels Richtungsbildung ein Fächer von aneinandergereihten Richtcharakteristiken, denen jeweils ein Richtungswinkel eindeutig zugeordnet ist, beidseitig der Unterwasserantenne aufgespannt. Die über die
Richtcharakteristiken erhaltenen Empfangssignale werden normalisiert, wobei ein hierzu verwendetes
Normalisierungsfenster für die Empfangssignale aus den am weitesten achterlichen Richtcharakteristiken im Vergleich zu einem hierzu verwendeten Normierungsfenster für die
Empfangssignale aus den übrigen Richtcharakteristiken größer gewählt wird. In den normalisierten Empfangssignalen wird der maximale Empfangspegel ermittelt und der Richtungswinkel der Richtcharakteristik mit dem maximalen Empfangspegel als
Peilwinkel ausgegeben.
Durch die Normalisierung werden in Peilung und Pegel
konstante Geräuschquellen weitgehend unterdrückt und schnelle
Pegel- und Peilungsänderungen hervorgehoben. Hierzu wird über einen durch das Normalisierungsfenster definierten,
vorangegangenen Zeitabschnitt eines jeden Empfangssignal der Median oder Mittelwert gebildet und der aktuelle Wert des Empfangssignals durch diesen Median oder Mittelwert geteilt. Das Normalisierungsfenster bzw. der Zeitabschnitt wird - wie vorstehend beschrieben - für verschiedene Richtungswinkel aufweisende Richtcharakteristiken unterschiedlich bemessen. Auf diese Weise wird beim sich Annähern eines Torpedos einem langsamen Pegelanstieg des Empfangssignals in den
achterlichen Richtcharakteristiken, den sog. Endfire Beams, und beim Überlauf der Antenne dem schnellen Pegelanstieg infolge des schnellen Durchlaufens des Torpedos durch die übrigen Richtcharakteristiken Rechnung getragen.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung werden die Empfangspegel der am weitesten achterlichen
Richtcharakteristiken (Endfire Beams) überwacht und bei
Auftreten eines steilen Pegelanstiegs, der einen Schwellwert übersteigt, ein Voralarm ausgegeben. Bei weiterem
kontinuierlich sich vergrößernden Pegelanstieg wird eine Bestätigung des Voralarms ausgegeben.
Die Erfindung ist anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels im folgenden näher beschrieben. Es zeigen :
Fig. 1 eine schematisierte Draufsicht eines
Oberflächenschiffes mit einem bugseitigen Aktivsonar und einem achterlichen Schleppsonar,
Fig. 2 ein Blockschaltbild einer Schaltungsanordnung zur Erzeugung einer Gefahrenwarnung vor einem achterlich angreifenden Torpedo,
Fig. 3 ein Diagramm der Funktion des Peilwinkels zu einem achterlich angreifenden Torpedo (Kurve a) und der Kotangens des Peilwinkels (Kurve b) jeweils in Abhängigkeit von der Zeit.
Ein zum Schutz gegen Torpedos mit Abwehreffektoren
ausgerüstetes Oberflächenschiff 10 als Ausführungsbeispiel für ein allgemeines Wasserfahrzeug weist eine
Sonareinrichtung auf, die neben der Ortung von Zielen auch zur Detektion und Ortung von das Schiff angreifenden Torpedos dient. Die Sonareinrichtung umfasst ein Aktivsonar 11, das in bekannter Weise als Zylinderbasis oder als sog. HuIl Mounted Sonar (HMS) ausgeführt ist, und ein Schleppsonar, das eine im Wasser vom Oberflächenschiff 10 nachgeschleppte
Unterwasserantenne, im folgenden Schleppantenne 13 genannt, aufweist. Bedingt durch die Anordnung im Bug des Schiffes oder durch die Integration in der vorderlichen Bordwand des Schiffes überstreicht das Aktivsonar 11 nur einen Sektor von jeweils ca. 150° von Schiffsvoraus nach Steuerbord und von Schiffsvoraus nach Backbord und ist in einem achterlichen Sektor α « 60° blind. Aus diesem achterlichen Sektor
anlaufende Torpedos werden vom Aktivsonar 11 nicht
detektiert .
Zur Schließung dieser Verwundbarkeitslücke des
Oberflächenschiffes 10 im achterlichen Bereich dient das Schleppsonar, das ausschließlich passiv arbeitet. Die
Schleppantenne 13 ist an einem sehr langen Schleppkabel oder
Schleppseil 14, z.B. 800m, befestigt und besitzt einen akustischen wirksamen Teil von ca. βm. An der Schleppantenne 13 kann noch einen Schleppbremse 15 befestigt sein. Die
Befestigung des akustischen Teils der Schleppantenne 13 an Schleppseil 14 und Schleppbremse 15 erfolgt üblicherweise über hier nicht dargestellte Dämpfungsglieder, sog. VIMs. Der akustische Teil der Schleppantenne 13 wird von einer Vielzahl von in Schlepprichtung nebeneinander angeordneten Hydrofone 16 (Fig. 2) oder Hydrofongruppen gebildet, die über im
Schleppseil 14 verlaufende Signalleitungen 17 mit einer an Bord des Oberflächenschiffes 10 installierten
Signalverarbeitungseinheit verbunden sind. Alle Hydrofone 16 bzw. Hydrofongruppen werden gleichzeitig betrieben, und mittels eines Richtungsbildners 18, auch Beamformer genannt, wird beidseitig der Schleppantenne 13 ein Fächer von
aneinanderliegenden Richtcharakteristiken 19, auch Beams genannt, aufgespannt. Hierzu werden in bekannter Weise die elektrischen Ausgangssignale der Hydrofone 16 oder
Hydrofongruppen zeitrichtig verzögert und konphas addiert. Jeder Richtcharakteristik 19 ist ein Richtungswinkel Θ
(Fig. 1) zugeordnet. Die Längsachse der Schleppantenne 13 stellt dabei die Bezugslinie für die Richtungswinkel Θ dar, so dass die Richtcharakteristiken 19 mit den größten
Richtungswinkeln Θ die am weitesten achterlichen
Richtcharakteristiken 19 sind. Die über die einzelnen
Richtcharakteristiken 19 erhaltenen Empfangssignale werden ausgewertet, um einen im Kielwasser des Oberflächenschiffes 10 achterlich anlaufenden Torpedo, einen sog.
kielwasserhomenden Torpedo, zu detektieren und eine
Gefahrenwarnung zu erzeugen.
Um in Peilung und Pegel konstante Geräuschquellen in den Empfangssignalen weitgehend zu unterdrücken und damit die sich schnell ändernden Torpedogeräusche hervorzuheben, werden im Block 20 die Empfangssignale aus jeder Richtcharakteristik 19 normalisiert, wobei ein verwendetes Normalisierungsfenster für die Empfangssignale aus den am weitesten achterlichen Richtcharakteristiken 19, also aus dem sog. Endfire-Sektor, im Vergleich zu dem Normalisierungsfenster für die
Empfangssignale aus den übrigen Richtcharakteristiken 19 groß gewählt wird. Dadurch wird den unterschiedlichen Mechanismen, die beim Torpedoanlauf zu Pegeländerungen in den
Empfangssignalen der Richtcharakteristiken 19 führen,
Rechnung getragen. In den am weitesten achterlichen
Richtcharakteristiken 19, den sog. Endfire Beams, ergibt sich ein langsamer Pegelanstieg durch den sich nähernden Torpedo. Außerhalb der Endfire Beams ergibt sich eine schnelle
Pegeländerung durch das schnelle Durchlaufen des Torpedos durch die Richtcharakteristiken 19 beim Überlauf der
Schleppantenne 13. Deshalb wird für die langsamen
Pegeländerungen ein großer Zeitraum, also ein großes
Normalisierungsfenster, und für die schnellen Pegeländerungen ein kurzer Zeitraum, also ein kleines Normalisierungsfenster, verwendet. Die Normalisierung wird in der Weise durchgeführt, dass ein aktueller Signalwert des Empfangssignals durch den Median der Signalwerte dividiert wird, die in einem durch das Normalisierungsfenster bestimmten, dem aktuellen Signalwert unmittelbar vorausgegangenen Zeitabschnitt enthalten sind. Anstelle des Median kann auch der Mittelwert über das
Normalisierungsfenster verwendet werden.
Kernpunkt des Verfahrens zur Erzeugung der Gefahrenwarnung ist die fortlaufende Peilung des Torpedos unter Ausgabe von Peilwinkel und Peilzeit. Zur Bestimmung des Peilwinkels θ
wird in den normalisierten Empfangssignalen der
Richtcharakteristiken 19 der maximale Empfangspegel ermittelt und der Richtungswinkel Θ der Richtcharakteristiken 19 mit dem maximalen Empfangspegel als Peilwinkel θ ausgegeben
(Block 21). Ebenfalls wird der jeweilige maximalen
Empfangspegel Pmax ausgegeben. Die Bestimmung von Peilwinkel θ und Empfangspegel Pmax ist dabei auf die
Richtcharakteristiken 19 beschränkt, deren Richtungswinkel Θ im Winkelbereich zwischen 40° bis 140° liegen.
Die Zuordnung der erfassten Peilwinkel & zu den Peilzeiten t ist in Fig. 3 dargestellt und ergibt die Kurve a im
Peilwinkelbereich von θ=40° bis θ=140°. Für die ausgegebenen Peilwinkel θ wird nunmehr im Block 22 der Kotangens
berechnet und den Peilzeiten t zugeordnet. Es ergibt sich die Kurve b in Fig. 3, die unter der Voraussetzung, dass der Torpedo mit annähernd konstanter Geschwindigkeit anläuft - was im allgemeinen der Fall ist - annähernd eine Gerade ist. Im Block 23 wird die Änderungsgeschwindigkeit des Kotangens, also dessen zeitliches Differential, gebildet, die nach
Durchlaufen eines Filters 24 zum Glätten von Schwankungen infolge der Pendelbewegung des Torpedos im Kielwasser des Oberflächenschiffes 10 im Block 25 mit einem Vorgabewert oder einer Schwelle verglichen wird. Übersteigt die geglättete Kotangens-Änderungsgeschwindigkeit den Vorgabewert, so wird ein Auslösesignal für einen Warnalarm an ein Logisch-UND- Glied 26 gelegt.
Die Pegelmaxima Pmax werden geglättet (Filter 27) und einer Schwelle (Block 28) zugeführt. Übersteigt das gefilterte Pegelmaximumsignal den im Block 28 vorgegebenen Schwellwert, so wird ein Torsignal generiert und an das Logisch-UND-Glied
26 gelegt. Im Logisch-UND-Glied 26 werden das vom Block 25 kommende Auslösesignal und das vom Block 28 kommende
Torsignal miteinander verknüpft, so dass am Ausgang des Logisch-UND-Glieds 26 ein Verknüpfungssignal auftritt, das einen Warnalarm aktiviert. Der Warnalarm ist in Fig. 2 symbolisch durch eine Warnsignallampe 29 dargestellt. Im Block 30 wird geprüft, ob das Verknüpfungssignal, das den Warnalarm aktiviert bei einem Peilwinkel θ auftritt, der im Bereich zwischen 80° und 120° liegt. Ist dies der Fall, so wird das Verknüpfungssignal im Block 30 durchgeschaltet und gibt einen Zusatzalarm aus. Der Zusatzalarm wird
beispielsweise durch blinkendes Aufleuchten der
Signallampenreihe aus drei Warnsignallampen 31 kenntlich gemacht. Gleichzeitig kann das vom Block 30 durchgeschaltete Verknüpfungssignal zum automatischen Absetzen eines den
Torpedo bekämpfenden Effektors verwendet werden. Der
Zusatzalarm signalisiert, dass der Torpedo die Schleppantenne 13 bis zu deren Mitte überlaufen hat, so dass die Entfernung des Torpedos anhand der Länge des Schleppseils 14 und der Schleppantenne 13 sehr genau bestimmbar ist.
Um den achterlich anlaufenden, kielwasserhomenden Torpedo möglichst frühzeitig zu detektieren, damit genügend
Vorbereitungszeit für den Einsatz der Effektoren zum
Zeitpunkt des Überlaufs des Torpedos über die Schleppantenne 13 verbleibt, wird neben der vorstehend beschriebenen sog. Überlauf-Detektion noch eine sog. Endfire-Detektion
durchgeführt. Bei dieser Endfire-Detektion werden die
Empfangspegel in den am weitesten achterlichen
Richtcharakteristiken 19, also in denjenigen
Richtcharakteristiken 19 mit den maximalen Richtungswinkeln Θ (Fig. 1), die sich nach Achtern erstrecken, überwacht. In
diesen achterlichen Richtcharakteristiken 19 wird wiederum das Maximum des Empfangspegels in Abhängigkeit von der Zeit überwacht. Dabei wird einmal das Auftreten eines steilen Pegelanstiegs sensiert und zum andern ein weiterer
kontinuierlich sich vergrößernden Pegel geprüft. Übersteigt der steile Pegelanstieg einen Schwellwert, so wird ein
Voralarm ausgegeben. Hierzu wird der zeitliche Verlauf des Empfangspegelmaximums einerseits über einen Tiefpass 32 mit vorgebbarer Grenzfrequenz an eine Schwelle (Block 33) und andererseits über einen Tiefpass 34 mit einer dem gegenüber geringeren Grenzfrequenz an eine weitere Schwelle (Block 35) gelegt. Wird der im Block 33 vorgegebene Schwellwert
überschritten, so wird der Voralarm ausgegeben, der in Fig. 2 durch die Warnsignallampe 37 symbolisiert ist. Wird der im Block 35 vorgegebene Schwellwert überschritten, so wird eine Voralarmbestätigung ausgegeben, was in Fig. 2 durch die
Warnsignallampe 38 symbolisiert ist. Die Warnsignallampen 29, 31, 37 und 38 generieren vorzugsweise eine unterschiedlich farbige Anzeige in einem Display, auf dem der Torpedotrack visualisiert ist. Beispielsweise wird ein neu aufkommender Torpedo durch Aufleuchten der Warnsignallampe 37 in blau, eine Bestätigung des neu aufkommenden Torpedos durch
Aufleuchten der Warnsignallampe 38 in grün, ein Überlauf des Torpedos durch Aufleuchten der Warnsignallampe 29 in rot und ein Höchstalarm durch blinkendes Aufleuchten der drei
Warnsignallampen 31 visualisiert.
In einer ergänzenden Ausgestaltung des Verfahrens können die normalisierten Empfangssignale auf einem Bildschirm, einem sog. BTR-Display, dargestellt werden. Die beschriebenen
Alarmmeldungen werden dann auch in den Bildschirm
eingeblendet. Dadurch ist es einem Bediener möglich,
zusätzlich die Alarmmeldungen zu verifizieren und damit die Falschalarmrate zu senken.
Im Allgemeinen stört der parallel verlaufende Aktivbetrieb des Aktivsonars 11 den Passivbetrieb des Schleppsonars . Daher ist es von Vorteil, Störungen durch den Sendevorgang beim Passivempfang auszublenden. Dies kann in der Weise erfolgen, dass der Sendevorgang durch eine mehrheitliche
Schwellenüberschreitung des Pegels der Empfangssignale (vor deren Normalisierung im Block 20) detektiert wird und, der alte Pegelwert beibehalten wird, solange die
Schwellenüberschreitung andauert .
Claims
1. Verfahren zur Erzeugung einer Gefahrenwarnung vor einem ein Wasserfahrzeug (10) achterlich angreifenden,
insbesondere kielwassergeführten Torpedo, bei dem der anlaufende Torpedo mittels eines Sonars mit einer vom Wasserfahrzeug (10) nachgeschleppten Unterwasserantenne, fortlaufend unter Ausgabe von Peilwinkel und Peilzeit gepeilt wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Kotangens der Peilwinkel berechnet und den Peilzeiten zugeordnet wird, dass die Änderungsgeschwindigkeit des Kotangens zumindest in einem mittleren Peilwinkelbereich mit einem Vorgabewert verglichen wird und dass mit Überschreiten des Vorgabewerts ein Auslösesignal für einen Warnalarm ausgegeben wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der mittlere Peilwinkelbereich durch eine untere
Peilwinkelgrenze von 10°, vorzugsweise 40°, und eine obere Peilwinkelgrenze von 170°, vorzugsweise 140°, festgelegt wird, wobei die Längsachse der
Unterwasserantenne die Bezugslinie für die Peilwinkel bildet.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch
gekennzeichnet, dass die Änderungsgeschwindigkeit des Kotangens vor Vergleich mit dem Vorgabewert geglättet wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass als Peilwinkel der vorzugsweise auf die Längsachse der Unterwasserantenne bezogene Winkel einer Empfangsrichtung mit maximalem Empfangspegel, ausgegeben wird, dass der vorzugsweise geglättete maximale Empfangspegel fortlaufend mit einem Schwellwert verglichen wird und dass mit Überschreiten des
Schwellwerts ein Torsignal generiert und mit dem
Auslösesignal so verknüpft wird, dass ein
Verknüpfungssignal entsteht, wenn Torsignal und
Auslösesignal gemeinsam auftreten, und dass mit dem Verknüpfungssignal der Warnalarm aktiviert wird.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass geprüft wird, bei welchem Peilwinkel das
Verknüpfungssignal auftritt, und dass bei Auftreten des Verknüpfungssignals bei einem Peilwinkel im Bereich um 90° ein Zusatzalarm ausgegeben wird.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Peilwinkelbereich zum Auslösen eines Zusatzalarms mit den Grenz-Peilwinkeln 80° und 120° festgelegt wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch
gekennzeichnet, dass die Unterwasserantenne eine
Vielzahl von in Schlepprichtung nebeneinander
angeordneten Hydrofonen (16) oder Hydrofongruppen aufweist, dass aus den elektrischen Ausgangssignalen der Hydrofone (16) oder Hydrofongruppen mittels
Richtungsbildung ein Fächer von aneinanderliegenden Richtcharakteristiken (19), denen jeweils ein
Richtungswinkel eindeutig zugeordnet ist, beidseitig der Unterwasserantenne (13) aufgespannt wird, dass die über
die Richtcharakteristiken (19) erhaltenen Empfangsignale normalisiert werden, wobei ein Normalisierungsfenster für die Empfangssignale aus den am weitesten
achterlichen Richtcharakteristiken (19) im Vergleich zu dem Normalisierungsfenster für die Empfangssignale aus den anderen Richtcharakteristiken (19) groß gewählt wird, und dass in den normalisierten Empfangssignalen der maximale Empfangspegel ermittelt und der
Richtungswinkel der Richtcharakteristik (19) mit dem maximalen Empfangspegel als Peilwinkel ausgegeben wird.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Empfangspegel in den am weitesten achterlichen
Richtcharakteristiken (19) fortlaufend überwacht werden und dass bei Auftreten eines steilen Pegelanstiegs, der einen Schwellwert übersteigt, ein Voralarm ausgegeben wird.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass bei sich weiter kontinuierlich vergrößerndem Pegel eine Voralarmbestätigung ausgegeben wird.
10. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, dadurch
gekennzeichnet, dass die Empfangspegelüberwachung mit dem Pegelmaximum der Empfangssignale aus den am
weitesten achterlichen Richtcharakteristiken (19) durchgeführt wird.
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