WO2012089584A1 - Vorrichtung und verfahren zum aufspüren von sprengstoff in unterwasserkörpern wie zum beispiel unterwasserminen - Google Patents

Vorrichtung und verfahren zum aufspüren von sprengstoff in unterwasserkörpern wie zum beispiel unterwasserminen Download PDF

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WO2012089584A1
WO2012089584A1 PCT/EP2011/073597 EP2011073597W WO2012089584A1 WO 2012089584 A1 WO2012089584 A1 WO 2012089584A1 EP 2011073597 W EP2011073597 W EP 2011073597W WO 2012089584 A1 WO2012089584 A1 WO 2012089584A1
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WO
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underwater
chemical substance
sensor
water
neutrons
Prior art date
Application number
PCT/EP2011/073597
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English (en)
French (fr)
Inventor
Detlef Lambertus
Tronje SCHNEIDER-PUNGS
Klaus Buckup
Original Assignee
Atlas Elektronik Gmbh
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Publication date
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N23/00—Investigating or analysing materials by the use of wave or particle radiation, e.g. X-rays or neutrons, not covered by groups G01N3/00 – G01N17/00, G01N21/00 or G01N22/00
    • G01N23/22—Investigating or analysing materials by the use of wave or particle radiation, e.g. X-rays or neutrons, not covered by groups G01N3/00 – G01N17/00, G01N21/00 or G01N22/00 by measuring secondary emission from the material
    • G01N23/221—Investigating or analysing materials by the use of wave or particle radiation, e.g. X-rays or neutrons, not covered by groups G01N3/00 – G01N17/00, G01N21/00 or G01N22/00 by measuring secondary emission from the material by activation analysis
    • G01N23/222—Investigating or analysing materials by the use of wave or particle radiation, e.g. X-rays or neutrons, not covered by groups G01N3/00 – G01N17/00, G01N21/00 or G01N22/00 by measuring secondary emission from the material by activation analysis using neutron activation analysis [NAA]

Definitions

  • the invention relates to a detection device and a detection method for detecting an underwater body arranged in a body of water and having a chemical substance. Furthermore, the invention relates to a system with an underwater vehicle and the recognition device.
  • the invention relates to the field of mine clearance, in particular the clearing of underwater mines.
  • Underwater mines are underwater bodies which contain as chemical substance explosive, which is usually arranged together with a firing mechanism in a shell of the underwater body.
  • An underwater mine may, for example, be designed as an anchor line, wherein the mine has buoyancy in the water but is held by a rope attached to an anchor or by a chain below a water surface of the water body.
  • Ankertauminen it is known to first sever the anchor rope or the chain mechanically, thereby allowing the mine to float and finally to bring the mine by bombardment with a weapon, for example. With a machine gun to explode.
  • Another known way to explode a mine that ignites in response to detecting a ship's signature is to bring a decoy near the mine that simulates a ship's signature.
  • the mines positioned below the water surface need not be detected in advance or recognized as a mine. Rather, it is sufficient to visually detect a mine only after they have cut through the Ankertaus floats, or to bring the mine by the above-mentioned decoy without prior explanation to explode.
  • underwater bodies or underwater mines containing chemical substances are camouflaged and have atypical or unknown shape for such an underwater body or underwater mine
  • such underwater bodies or underwater mines may be detected as any objects, but not as mines or a chemical substance or explosive having underwater bodies are detected. Therefore, it can easily happen that disguised mines remain undetected by the known demining methods, are not evacuated and therefore pose a risk to vessels or ships in a body of water only supposedly cleared of underwater mines.
  • the invention is therefore an object of the invention to improve the recognition of arranged in bodies of water and having a chemical substance underwater bodies to improve, in particular to recognize camouflaged underwater mines.
  • the invention solves this object with a recognition device according to claim 1 and with a recognition method according to claim 8 each for detecting an arranged in a body of water and having a chemical substance underwater body. Furthermore, the invention achieves this object with a system according to claim 7, comprising an underwater vehicle and the recognition device.
  • the recognition device has at least one sensor, by means of which sensor data, which can also be signals, are provided. Based on these sensor data, the chemical See substance detected contactless in an indirect way. In particular, the chemical substance is classified. In the present case, classification refers to specifying a probability that the chemical substance is a particular chemical substance or a substance of a specific type of substance, for example an explosive.
  • the sensor is arranged like the underwater body in the water and thus separated from the chemical substance, at least by water (of the body of water).
  • the underwater body is recognized as having this chemical substance.
  • the envelope of an object is not detected as a shell of an underwater mine and then merely suspected that this shell has an explosive. Rather, regardless of the shell or of the externa ßeren form of chemical substance detected and thus determined that the object is an underwater body having this chemical substance. This leads to more reliable results in the detection of underwater bodies containing a chemical substance or underwater mines containing explosives.
  • the chemical is detected by the presence of chemical in its vicinity that causes anomalies that can be sensed by the sensor due to the chemical near the sensor, and the sensor provides signals or data in response to these physically measurable anomalies. which also have anomalies.
  • the invention includes the chemical substance.
  • the recognition device therefore has anomaly detection means which detect anomalies in the sensor data. Furthermore, the recognition device has material detection means which detect the chemical substance contactlessly and indirectly by means of these detected anomalies. Finally, the recognition device comprises underwater body recognition means, by means of which, in response to the detection of the chemical substance, the underwater body is recognized as having this chemical substance.
  • the chemical is not only classified, but alternatively or additionally identified.
  • the recognition device determines that the chemical substance is clearly a specific chemical substance, for example explosive.
  • identifying the chemical includes determining a quantitative composition of the chemical. Mixing element-level substance for one or more, preferably all, in substantial proportions, in particular more than ten percent by weight of elements contained in the chemical substance.
  • the underwater body preferably has a shell in which the chemical substance is accommodated and by which the sensor is additionally separated from the chemical substance.
  • the recognition device is designed in such a way that it can also recognize the chemical substance arranged inside the envelope.
  • the chemical substance can also be, for example, a so-called plastic explosive (plastic explosive), which manages without a shell.
  • the invention for detecting anomalies compares the signals or data provided by the sensor with reference signals associated with various expected chemicals.
  • the invention compares curves obtained from these signals or data with reference curves associated with various expected chemicals.
  • the invention assigns a recognized anomaly via a reference curve, which is closest to the determined curve, to the chemical substance assigned to this reference curve.
  • the curves and reference curves in a preferred embodiment of the invention are decay curves, in particular from a decay process of detectable neutrons.
  • the detection device has a neutron source with which, in the case of their at least by water of the body separated from the chemical substance arrangement in the water neutron can be emitted, which can be moderated in this water and interact with the chemical such that neutrons, in particular from the chemical substance, absorbed and / or emitted and / or emitted by radiation.
  • the neutron source is a low-frequency neutron tube which, by means of neutron release agents, enables a controlled emission of neutrons with a defined frequency and with a defined neutron flux.
  • the invention preferably uses deuterium as the neutron source.
  • Neutrons detectable by means of the abovementioned sensor are preferably these neutrons or indirectly emitted other neutrons.
  • the rays are preferably ⁇ -rays produced in the chemical substance or a-rays generated by the neutrons by interaction also with the water.
  • the neutron source emits neutrons at a frequency of 20 Hz and at a flux of 100 million particles per second.
  • the emitted neutrons are preferably fast neutrons, in particular with an energy of more than 10 keV and a speed of more than 1400 km / s, which are preferably directed to the water released.
  • the fast neutrons are slowed down in the water and thereby converted into slow or so-called thermal neutrons, which have an energy of approx. 0.0252 eV and a velocity of approx. 2,200 km / s at a room temperature of 293.15 Kelvin.
  • the neutrons are elastically scattered by elastic neutron scattering on the atoms of the molecules of the water, giving off so much of their energy and velocity that they generally become thermal electrons after about 18 impacts in the water.
  • thermal electrons interact with the chemical substance in such a way that inelastic or short-term neutron capture or inelastic scattering or thermal neutron capture of particles of the chemical substance occurs. After a finite period of time, the same or another neutron may be emitted from this particle. Furthermore, it comes to the emission of ⁇ -quanta or ⁇ -radiation. In this way, the chemical substance particles, namely in this case neutrons, and / or rays, namely in this case ⁇ -quanta, emitted.
  • the sensor of the detection device is preferably designed such that these or such neutrons and / or beams and / or properties of these neutrons and / or beams can be detected directly and / or indirectly by means of this sensor for detecting, in particular identifying, the chemical substance.
  • detectable neutrons and / or ⁇ -quanta occur in a different number and / or with a different energy and / or speed in the environment of the chemical substance as a function of this chemical substance.
  • An influence of the chemical substance on detectable a radiation is also recognizable. In this way, anomalies in the environment of the chemical substance can be detected, so that the chemical can be detected or identified without direct contact.
  • the senor has a neutron detector, by means of which neutrons and / or properties of these neutrons can be detected.
  • neutrons detected by the neutron detector are see substance and / or emitted from the water and / or reflected.
  • the neutron detector has neutron capture means for trapping neutrons.
  • the sensor further comprises data generating means, by means of which the sensor data or sensor signals are generated as a function of the captured neutrons.
  • a portion of the neutrons emitted by the neutron source is also reflected in the water without the presence of a chemical or object to be examined, so that reflected neutrons will strike and be detected on the neutron detector.
  • the curve is preferably a decay curve, which results when the number of neutrons detected in each case in a sub-time interval is plotted over time in a time interval.
  • the neutrons are emitted in a controlled manner at a frequency of 20 Hz.
  • a decay curve is determined for a period of preferably about 2 ms, since this time corresponds approximately to the lifetime of neutrons.
  • the registration or detection of the neutrons takes place in selected time windows, which preferably each have a length of 32 ⁇ . In this way, the decay process of the neutrons is usually completely detected.
  • the respectively determined decay curve has a typical course for the chemical substance or the investigated medium, so that the chemical substance can be detected by a comparison with reference curves.
  • the recognition device alternatively or additionally has a ⁇ -
  • Radiation detector by means of which the invention for detecting the chemical or for detecting anomalies ⁇ -rays, which are emitted, in particular from the chemical substance, and / or properties of these ⁇ -rays are detected.
  • the invention detects a number of ⁇ -rays detected by the sensor.
  • the detection of rays, in particular ⁇ -rays is particularly advantageous since the interaction with matter or the chemical substance can be detected directly by means of the ⁇ -radiation.
  • an energy of the ⁇ -rays results as a function of an energy difference between excited and unexcited states of particles of the chemical substance. These states are particle-typical, so that it is possible to deduce the emitted particles from the emitted ⁇ -rays.
  • the ⁇ -rays can be advantageously detected by the sensor, as they penetrate the arranged between the chemical substance and the sensor water substantially unhindered.
  • the senor alternatively or additionally comprises an a-beam detector.
  • the invention detects by means of the neutrons indirectly emitted and striking the a-beam detector a - rays and / or properties of these rays.
  • the respective radiation detector has beam receiving means for capturing the respective beams.
  • the sensor has in each case data generating means which generates the sensor signals as a function of the respectively captured beams.
  • the beams can trigger a physically measurable reaction in the radiation detector and thereby indirectly cause the generation of the sensor signals.
  • the recognition device is designed such that the recognized, in particular classified and / or identified, chemical substance is used or can be used for detecting and / or classifying and / or identifying the underwater body.
  • Detecting the underwater body as having the chemical substance thus preferably comprises detecting that, for example, a searched underwater body is arranged in the vicinity of the sensor.
  • the detection of the underwater body preferably comprises a classification that the underwater body is with a certain probability, for example, any mine or a particular type of mine.
  • the recognition of the underwater body comprises identifying this underwater body, that is, for example, determining that it is certainly a certain type of mine, or determining that the underwater body safely contains explosives.
  • the invention determines that the underwater body with contains a defined probability or certainly a certain amount of explosive and / or composition of different explosives.
  • the detection device has at least one acoustic sensor, by means of which, particularly in the case of its at least by water of the body separated from the chemical substance arrangement in the water, water sound signals can be received, which are emitted or reflected by the underwater body.
  • the underwater body is detected in this way by means of sonar technology as an object located in the water. It is advantageous, in this way, first of all to recognize acoustically and / or optically where an object is present at all and then examine this object more precisely by means of the neutron detector and / or by means of the ⁇ -radiation detector and / or by means of the radiation detector. whether the object is an underwater body comprising a particular chemical, especially explosive.
  • the invention uses the sensor, in particular the neutron detector and / or the radiation detector, for classifying and / or identifying the chemical.
  • the invention does not detect the underwater body in advance but recognizes the chemical substance and deduces it from the existence and possibly at a distance to the sensor and / or to a position of the underwater body having the chemical substance, in particular relative to the sensor or relative to one the underwater vehicle having the sensor.
  • the recognition device determines an absolute position of the underwater body using a position determination system.
  • the detection device is designed in a development such that it can use the sound sensor received by means of the acoustic sensor for classifying and / or identifying the underwater body or draws up.
  • the form of the underwater body determined by means of the acoustic sensor and the imaging method can provide helpful information about which type of mine is, for example, the underwater body and which type of explosive the underwater body possibly contains.
  • a geometric arrangement of the sensor and / or acoustic sensor relative to the underwater object is preferably selected such that, in particular in conjunction with a position determination system which can determine a position of the sensor or of an object carrying the sensor, a position determination of the underwater object can be carried out.
  • the detection device therefore has a position determination system.
  • the recognition method according to the invention has method steps as they can be carried out by the recognition device according to the invention.
  • the underwater body is initially acoustically and / or optically detected, for example, and preferably determines its absolute and / or relative position to the sensor, before subsequently the sensor, preferably including the neutron source, with an underwater vehicle except for a predetermined or predetermined distance is moved up to the underwater body before the chemical substance is recognized, in particular classified and / or identified below.
  • the underwater vehicle is preferably an unmanned underwater vehicle which autonomously and / or remotely carries out the recognition process at least partially.
  • the underwater vehicle may have its own drive and be driven or alternatively towed. It can be wired or autonomous. Furthermore, it can dive under the water surface and be moved there without wheels or chains and without contact with the bottom of the water body or move on its own.
  • Parts of the method in particular as regards the evaluation of data or the detection of anomalies and the recognition of the chemical substance and the underwater body, may wholly or partly outside this underwater vehicle, namely, for example, on board an accompanying vessel or manned underwater vehicle take place, on which thus a part of the recognition device is arranged in this case.
  • the predetermined or predefinable distance to which the sensor or the underwater vehicle with the sensor is moved up to the underwater body is preferably between 0.1 m and 4.0 m. This distance is particularly preferably between 0.2 m and 2.0 m. These are distances within which anomalies in the environment of the underwater body can be advantageously detected. In particular, neutrons are sufficient enough neutrons reach the underwater body to produce a measurable anomaly.
  • the system according to the invention with the underwater vehicle has the recognition device according to the invention, wherein the recognition device is wholly or partly part of the underwater vehicle.
  • the underwater vehicle at least the o.g. Sensor on.
  • the system is further designed such that by means of the system the underwater body is detectable.
  • the system is preferably designed such that subsequently the sensor by means of the underwater vehicle, which is advantageously an unmanned underwater vehicle, can be moved to said predetermined or predeterminable distance to the underwater body and subsequently recognized the chemical substance by means of the recognition device, in particular classified and / or identified, can be or will.
  • the system is preferably also designed such that the detection method according to the invention can be carried out by means of this system.
  • Parts of the system, in particular parts of the recognition device, are preferably arranged away from the underwater vehicle.
  • an operating and evaluation unit for controlling the method and for evaluating process results, in particular the sensor signals or sensor data is arranged on another vessel or underwater vehicle or on a vehicle on land or in the air or on a fixed station.
  • a connection for the exchange of signals and / or data between the control and evaluation unit and possibly an operating and control unit for the underwater vehicle is preferably provided via a cable connection.
  • Fig. 1 is a schematic representation of a system and a detection device together with its components and a detection method according to a first embodiment of the invention
  • Fig. 2 shows a system and a recognition device according to a second embodiment of the invention.
  • 1 shows a system 1 with an underwater vehicle 2, the system 1 having a recognition device 4.
  • a first part of the recognition device 4 is arranged in or on the underwater vehicle 2.
  • a second part of the recognition device 4 is arranged in or on a watercraft 6.
  • a communication of the first part of the recognition device with the second part of the recognition device or a communication between the underwater vehicle 2 and the watercraft 6 takes place wirelessly in this particular exemplary embodiment by means of a communication signal 8.
  • information from the underwater vehicle 2 is transmitted to the watercraft 6 by means of this communication signal 8.
  • the communication takes place, for example, acoustically by means of sound in the water or by radio, when the underwater vehicle 2, for example, has appeared at the end of an insert with a radio antenna.
  • the underwater vehicle 2 is arranged below the water surface 10 of a water body 14 comprising a water and a ground, which is an inland water, in particular a lake or river, or a sea or the like. is.
  • the underwater vehicle 2 can move autonomously.
  • it has a drive, not shown, and non-illustrated devices that allow orientation.
  • the watercraft 6 floats on the water 14 and is thus arranged partly in the water and partly above the water surface 10.
  • an underwater body 16 is arranged.
  • An underwater body 16 is to be understood, at least in the case of being arranged in the water 14, when water of the water body 14 adjoins this underwater body 16.
  • the underwater body 16 arranged in the body of water 14 may also be partially sunk in the bottom of the water body 14 and / or completely or partially covered by a layer of sediments, shells and / or other organic materials.
  • this layer is preferably at least partially thinner than 10 cm, more advantageously thinner than 2 cm.
  • the underwater body 16 has a shell 18, which encloses an inner space 20 and hermetically separates from the water of the water body 14.
  • the underwater body 16 is a camouflaged underwater mine. From the externa ßeren shape of the underwater body 16 is not recognizable, this underwater body 16 namely in its interior 20 a chemical substance 22, namely explosive, on. Further, in the interior 20 of the underwater body 16 is still arranged an igniter, not shown, which is capable of a ship signature in Recognize the environment of the underwater body 16 and ignite in response to a recognized ship signature the chemical or explosive 22 or to bring to an explosion.
  • the water vehicle 6 has a sonar system 24, from which outgoing water sound signals 26 can be sent and incoming water sound signals 28 can be received by means of an acoustic sensor 30.
  • the acoustic sensor 30 preferably has a multiplicity of waterborne sound transducers, by means of which electrical signals or data can be generated from received waterborne sound signals, so that the sonar system 24 generates images of the surroundings which are optically and / or acoustically representable for other operations which are not explained in detail here, from which the incoming water sound signals 28 were received.
  • the recognition device 4 is able to detect the underwater body 16, but without being able to detect whether the underwater body 16 the chemical substance 22 with a certain probability or even safe.
  • the camouflaged underwater body 16 can thus make no identification of the underwater body 16 alone using the acoustic sensor 30.
  • the acoustic sensor 30 can advantageously be arranged as part of a sonar system in the underwater vehicle 2.
  • the underwater vehicle 2 is formed in this embodiment as an autonomous underwater vehicle 2, although receiving or receiving a programming, but at least not constantly relies on external control, but autonomously controls itself and this purpose, not shown sensors for detecting the Environment and / or for detecting the self-position and / or the change of the own position.
  • sensors for detecting the Environment and / or for detecting the self-position and / or the change of the own position.
  • sensors are optical sensors or cameras, acoustic sensors or hydrophone transducers, magnetic sensors and antennas for detecting signals, for example signals of a satellite receiver receiving satellite signals. system, such as the so-called Global Positioning System (GPS).
  • GPS Global Positioning System
  • the underwater vehicle 2 may be designed such that it temporarily appears in the area of the water surface 10 or allows an antenna to float up.
  • the underwater vehicle 2 has devices, not shown, for supplying energy to the parts of the detection device arranged on the underwater vehicle 2 and for supplying a drive, which is likewise not shown, and a control of the underwater vehicle 2.
  • the detection device 4 has a neutron source 32, which is a low-frequency neutron tube from which neutrons 34 are emitted in a controlled manner by means of neutron release means 33 at a frequency of 20 Hz and a flux of 10 8 particles per second.
  • the neutrons 34 leave the neutron source 32 as fast neutrons 34 and are braked in the water of the water body 14.
  • the water of the water body 14 acts as a moderator on the fast neutrons 34.
  • the neutrons 34 are elastically scattered on the molecules of the water, giving off part of their energy and changing their direction.
  • the neutrons 34 are decelerated until they have become slow or so-called thermal neutrons 36.
  • the neutrons have a lifetime of about 2 ms. After emission of fast neutrons 34, the invention therefore for a period of about 2 ms in time windows of each 32 s neutrons 36 by means of a sensor 38 after. In particular, thermal neutrons 36 are detected which strike a neutron detector 40 of the sensor 38. The neutrons 34 emitted during a time window of 32 ⁇ reach different levels
  • the neutron detector 40 has neutron capture means 41 which capture the neutrons 36 so that the sensor 40 generates sensor data in response to capture of the neutrons 36 by data generating means 41a. From this, the invention determines a decay curve. This decay curve has a typical course for different media, which are penetrated by the neutron 36 on the path of the neutron source 32 to the neutron detector 40.
  • the invention not only succeeds in detecting the underwater body 16 but also in classifying and identifying the chemical substance 22 contained therein. Namely, part of the thermal neutrons 36 present in a neutron field 42 penetrates through the sheath 18 of the underwater body 16 to the chemical substance 22, where the Neutrons 36 on particles, in particular atomic nuclei, of the chemical substance 22 are inelastically scattered or captured by these particles. However, after a finite period of time, neutrons 36 are again emitted by the particles that captured neutrons 36. The period of time after which these neutrons 36 are emitted depends on the chemical substance 22.
  • the invention determines the chemical substance 22 as a function of this chemical substance 22 other decay curve for neutron decay.
  • the sensor 28 additionally has a ⁇ -ray detector 44 and an ⁇ -ray detector 46 in this exemplary embodiment. If namely the
  • Neutrons 36 are temporarily captured by particles of the chemical substance 22, these particles first change into a higher energy state and then fall back to their ground state with the emission of ⁇ -radiation 48.
  • the neutron 36 initially remains in the core, thus forming an unstable isotope of the particular particle in most cases. However, after a finite period of time, the neutron 36 decomposes into a proton, an electron, and an antineutrino.
  • the ⁇ radiation 48 emanating from the chemical substance 22 is captured by the ⁇ radiation detector 44 by radiation trapping means 49.
  • Data generating means 41 a then generate sensor data, which are used for the classification or identification of the chemical substance 22.
  • A-radiation 50 released by interaction with the neutrons 36 can also be detected by means of the a-beam detector 46 and used to classify or identify the chemical substance 22.
  • Measurement results or data of the sensor 38 are sent in the communication signals 8 to an evaluation unit 52 of the recognition device 4.
  • This evaluation unit 52 is arranged on the watercraft 6.
  • the transmission of the communication signals 8 can take place, for example, via radio, if the underwater vehicle 2 is connected to an antenna or has an antenna that protrudes above the water surface 10, wherein the watercraft 6 in one embodiment, for example, at a time measurements by means of the sensor 38 performs and caches measurement results and transmitted to another time this cached data via the communication signals 8 to the evaluation unit 52.
  • a pre-evaluation can already be performed at the underwater serhus 2 done.
  • a complete evaluation is carried out on the underwater vehicle 2.
  • the evaluation unit 52 has anomaly detection means 53, which detects anomalies in the sensor data.
  • Substance recognition means 53a recognize the chemical substance 22 from the detected anomalies, in particular by comparison with data from a database.
  • underwater body recognition means 53b conclude that the underwater body 16 has the chemical substance 22 with a certain probability or certainty and thus represents, for example, a danger. if the chemical 22 has been classified or identified as an explosive.
  • Fig. 2 shows a second embodiment of the invention, which is similar in parts to the first embodiment of FIG.
  • like reference numerals designate like or similar parts of the invention.
  • Features of the embodiment of FIG. 2 can also be arbitrarily combined with features of the embodiment of FIG. 1.
  • the underwater vehicle 2 is connected in this embodiment via a cable 54 to the watercraft 6.
  • the cable 54 is, for example, an optical fiber or a fiber optic cable.
  • communication signals 8 can be conducted in both directions.
  • the communication signals 8 have not only the signals or data which are transmitted from the underwater vehicle 2 to the watercraft 6 or to the evaluation unit 52. Rather, additional control commands are transmitted to the underwater vehicle 2 via the fiber optic cable 54.
  • control commands include commands for controlling the measurements, in particular by means of the sensor 38, the underwater vehicle 2.
  • the evaluation unit 52 is therefore designed as an operating and evaluation unit, which also allows the operation of the sensor 38.
  • instructions for controlling the underwater vehicle 2 are also transmitted by the control and control unit 58 via the cable 54 with the control commands.
  • the underwater vehicle 2 can be controlled remotely in this way from the watercraft 6.
  • the remote control of the underwater vehicle 2 is assisted by feedback sent over the fiber optic cable 54 to the control and monitoring unit 56 for control.
  • an electronic unit 58 is shown as part of the recognition device 4, which controls the neutron source 32, in particular the pulsed emission of the neutrons 34.
  • the sensor 38 is designed only for the detection of neutrons 36, the neutron detector 40 having a plurality of neutron receivers as neutron capture means 41.
  • the underwater vehicle 2 or the recognition device 4 furthermore has a navigation system 64 which is able to generate suitable data or signals for navigation determination or navigation of the underwater vehicle 2 and as part of the communication signals 8 to the operating and control unit 56 in FIG Watercraft 6 to submit.
  • a navigation system 64 which is able to generate suitable data or signals for navigation determination or navigation of the underwater vehicle 2 and as part of the communication signals 8 to the operating and control unit 56 in FIG Watercraft 6 to submit.
  • the underwater vehicle 2 additionally has an acoustic tracking system 66 which, for example, transmits data obtained by means of sonar, possibly after preparation and linking with data of the navigation system 66, to the operating and control unit 56.
  • an acoustic tracking system 66 which, for example, transmits data obtained by means of sonar, possibly after preparation and linking with data of the navigation system 66, to the operating and control unit 56.
  • the detection device 4 by means of the acoustic tracking system 66 first determines the underwater body 16 on the basis of its sheath 18. This is detected by means of the control and monitoring unit 56 or another control unit on the vessel 6. Then, by means of the operating and control unit 56 causes the underwater vehicle 2 up to a distance of, for example. 0.5 m to the underwater body 16, which until then only detected, but not or not sufficiently classified and unidentified approached becomes.
  • the neutron release means 33 of the neutron source 32 for releasing or emitting neutrons 34 are caused in the following or the sensor 38 is put into operation and thus at least one measurement of anomalies is performed.
  • the chemical substance 22 in the underwater body 16 causes anomalies with respect to the neutrons 36 detected by the sensor 38.
  • the anomaly detection means 53a determines decay curves and compares them with reference curves.
  • the reference Ven are assigned to certain chemical substances.
  • the invention concludes by means of the substance recognition means 53a that the underwater body 16 has with a certain probability or certainty the chemical substance 22 associated with this reference curve .
  • the invention only makes a classification with a probability statement, with a comparatively higher agreement, the invention makes an identification.
  • the invention determines the underwater body 16 with a certain probability or certainly as the chemical substance 22 and thus identifies the underwater body 16 as an object in water containing the particular chemical substance 22 a certain probability or safe.
  • the individual neutron receivers 60 are preferably arranged relative to each other and relative to the neutron source 32 that the invention can perform a position determination of the underwater body 16 relative to the underwater vehicle 2 and in conjunction with the navigation system 64 also an absolute position determination of the underwater body 16. This position determination is possibly supported by the acoustic tracking system 66 and possibly by a sonar system located on board the watercraft 6.
  • the invention makes possible the contactless recognition of underwater bodies 16 having a chemical substance 22, even if these underwater bodies 16 are camouflaged and not externally recognizable, for example, as mines.
  • the invention does not investigate the outer shell of the underwater body 16 or the mine, but directly recognizes the chemical substance 22 or explosive. In this way, disguised mines are detected, so that a danger that could emanate from undiscovered mines in allegedly cleared of mines waters, is significantly reduced by the invention.
  • the invention thus makes a valuable contribution to safety in shipping.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Erkennungsvorrichtung (4) und ein Erkennungsverfahren zum Erkennen eines in einem Gewässer (14) angeordneten und einen chemischen Stoff (22) aufweisenden Unterwasserköpers (16), insbesondere einer Unterwassermine, die Sprengstoff aufweist. Die Erkennungsvorrichtung (4) weist wenigstens einen Sensordaten bereitstellenden Sensor (38), Anomalieerkennungsmittel (53), die Anomalien in den Sensordaten erkennen, Stofferkennungsmittel (53a) und Unterwasserkörpererkennungsmittel (53b) auf. Die Stofferkennungsmittel (53a) erkennen den chemischen Stoff (22) mittels der erkannten Anomalien. Die Unterwasserkörpererkennungsmittel (53b) erkennen in Erwiderung darauf den Unterwasserkörper (16) als den chemischen Stoff (22) aufweisend. Auf diese Weise erkennt die Erfindung auch getarnte Minen. Ferner betrifft die Erfindung ein System (1) mit dem Unterwasserfahrzeug (2) und der Erkennungsvorrichtung (4).

Description

VORRICHTUNG UND VERFAHREN UM AUFSPÜREN VON SPRENGSTOFF IN UNTERWASSERKÖRPERN
WIE UM BEISPIEL UNTERWASSERMINEN
Die Erfindung betrifft eine Erkennungsvorrichtung und ein Erkennungsverfahren zum Erkennen eines in einem Gewässer angeordneten und einen chemischen Stoff aufweisenden Unterwasserkörpers. Ferner betrifft die Erfindung ein System mit einem Unterwasserfahrzeug und der Erkennungsvorrichtung.
Speziell betrifft die Erfindung das Gebiet der Minenräumung, insbesondere der Räumung von Unterwasserminen. Unterwasserminen sind Unterwasserkörper, die als chemischen Stoff Sprengstoff aufweisen, der üblicherweise zusammen mit einem Zündmechanismus in einer Hülle des Unterwasserkörpers angeordnet ist.
Eine Unterwassermine kann bspw. als Ankertaumine ausgebildet sein, wobei die Mine im Wasser Auftrieb hat, jedoch durch ein an einem Anker befestigen Tau bzw. durch eine Kette unterhalb einer Wasseroberfläche des Gewässers gehalten wird. Zur Räumung derartiger Ankertauminen ist es bekannt, zunächst das Ankertau bzw. die Kette mechanisch zu durchtrennen, dadurch die Mine aufschwimmen zu lassen und schließlich die Mine durch Beschuss mit einer Waffe, bspw. mit einem Maschinengewehr, zur Explosion zu bringen.
Eine andere bekannte Möglichkeit, eine in Erwiderung auf das Erkennen einer Schiffssignatur zündende Mine zur Explosion zu bringen, besteht darin, einen Täuschkörper in die Nähe der Mine zu bringen, der eine Schiffssignatur simuliert.
Für diese beiden bekannten Verfahren zur Minenräumung müssen die unterhalb der Wasseroberfläche positionierten Minen nicht vorher detektiert oder als Mine erkannt werden. Vielmehr reicht es aus, eine Mine erst dann visuell zu detektieren, wenn sie nach Durchtrennung des Ankertaus aufschwimmt, oder die Mine durch den o.g. Täuschkörper ohne vorherige Aufklärung zur Explosion zu bringen.
Darüber hinaus ist es bekannt, in Gewässern angeordnete Minen mittels Sonar aufzuklären bzw. zu detektieren und anhand ihrer äußeren Form zu klassifizieren und hiernach gezielt zu entschärfen, zu bergen oder zu zerstören. Diese bekannte Aufklärung mittels Sonar bedient sich eines bildgebenden Verfahrens. Insbesondere sind typische Formen der Gehäuse von Unterwasserminen bekannt. Mittels Sonar detektierte Formen von Objekten im Gewässer können daher mit diesen bekannten Formen von Minen verglichen werden. Im Falle einer Übereinstimmung dieser Formen wird im Allgemeinen darauf geschlossen, dass es sich bei dem detektierten Objekt um einen einen chemischen Stoff aufweisenden Unterwasserkörper bzw. um eine Sprengstoff aufweisende Unterwassermine handelt.
Wenn allerdings einen chemischen Stoff aufweisende Unterwasserkörper bzw. Sprengstoff aufweisende Unterwasserminen getarnt sind und eine für einen derartigen Unterwasserkörper bzw. für eine derartige Unterwassermine untypische oder unbekannte Form aufweisen, können derartige Unterwasserkörper bzw. Unterwasserminen zwar als irgendwelche Objekte de- tektiert, jedoch nicht als Minen bzw. einen chemischen Stoff bzw. Sprengstoff aufweisende Unterwasserkörper erkannt werden. Daher kann es leicht dazu kommen, dass getarnte Minen mit den bekannten Verfahren zur Minenräumung unerkannt bleiben, nicht geräumt werden und daher eine Gefahr für Wasserfahrzeuge bzw. Schiffe in einem dann nur vermeintlich von Unterwasserminen geräumten Gewässer darstellen.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, das Erkennen von in Gewässern angeordneten und einen chemischen Stoff aufweisenden Unterwasserkörpern zu verbessern, insbesondere auch getarnte Unterwasserminen zu erkennen.
Die Erfindung löst diese Aufgabe mit einer Erkennungsvorrichtung nach Anspruch 1 und mit einem Erkennungsverfahren nach Anspruch 8 jeweils zum Erkennen eines in einem Gewässer angeordneten und einen chemischen Stoff aufweisenden Unterwasserkörpers. Ferner löst die Erfindung diese Aufgabe mit einem System nach Anspruch 7, welches ein Unterwasserfahrzeug und die Erkennungsvorrichtung aufweist.
Die Erkennungsvorrichtung weist wenigstens einen Sensor auf, mittels dem Sensordaten, die auch Signale sein können, bereitgestellt werden. Anhand dieser Sensordaten wird der chemi- sehe Stoff kontaktlos auf indirekte Weise erkannt. Insbesondere wird der chemische Stoff klassifiziert. Ein Klassifizieren bezeichnet vorliegend das Angeben einer Wahrscheinlichkeit, dass es sich bei dem chemischen Stoff um einen bestimmten chemischen Stoff oder um einen Stoff einer bestimmten Art von Stoffen, bspw. um einen Sprengstoff, handelt. Der Sensor ist dabei wie der Unterwasserkörper im Gewässer angeordnet und somit zumindest durch Wasser (des Gewässers) vom chemischen Stoff getrennt.
Durch das Erkennen des chemischen Stoffes wird der Unterwasserkörper als diesen chemischen Stoff aufweisend erkannt. Im Unterschied zur Aufklärung mittels Sonar wird somit nicht die Hülle eines Objekts als Hülle einer Unterwassermine detektiert und dann lediglich vermutet, dass diese Hülle einen Sprengstoff aufweist. Vielmehr wird unabhängig von der Hülle bzw. von der äu ßeren Form der chemische Stoff erkannt und somit festgestellt, dass das Objekt ein Unterwasserkörper ist, der diesen chemischen Stoff aufweist. Dies führt zu verlässlicheren Ergebnissen bei der Erkennung von Unterwasserkörpern, die einen chemischen Stoff aufweisen bzw. von Unterwasserminen, die Sprengstoff aufweisen.
Der chemische Stoff wird insbesondere dadurch erkannt, dass der chemische Stoff in seiner Umgebung Anomalien erzeugt, die aufgrund des chemischen Stoffes in der Nähe des Sensors von diesem Sensor sensiert werden können, und der Sensor in Erwiderung auf diese physikalisch messbaren Anomalien Signale oder Daten bereitstellt, die ebenfalls Anomalien aufweisen. Von diesen Anomalien schließt die Erfindung auf den chemischen Stoff.
Die Erkennungsvorrichtung weist daher Anomalieerkennungsmittel auf, die Anomalien in den Sensordaten erkennen. Ferner weist die Erkennungsvorrichtung Stofferkennungsmittel auf, die den chemischen Stoff kontaktlos und indirekt mittels dieser erkannten Anomalien erkennen. Schließlich weist die Erkennungsvorrichtung Unterwasserkörpererkennungsmittel auf, mittels denen in Erwiderung auf das Erkennen des chemischen Stoffes der Unterwasserkörper als diesen chemischen Stoff aufweisend erkannt wird.
Vorzugsweise wird der chemische Stoff nicht nur klassifiziert, sondern alternativ oder zusätzlich identifiziert. Die Erkennungsvorrichtung bestimmt in diesem Fall, dass es sich bei dem chemischen Stoff eindeutig um einen bestimmten chemischen Stoff, bspw. um Sprengstoff handelt. Für einen identifizierten chemischen Stoff ist vorzugsweise zumindest ein Hauptbestandteil und/oder eine Gruppenzugehörigkeit bestimmt. Vorzugsweise beinhaltet das Identifizieren des chemischen Stoffes das Ermitteln einer quantitativen Zusammensetzung des che- mischen Stoffes auf Elementebene für ein oder für mehrere, vorzugsweise für alle in wesentlichen Anteilen, insbesondere von mehr als zehn Gewichtsprozent, im chemischen Stoff enthaltenen Elemente.
Der Unterwasserkörper weist vorzugsweise eine Hülle auf, in welcher der chemische Stoff aufgenommen ist und durch welche der Sensor vom chemischen Stoff zusätzlich getrennt ist. Die Erkennungsvorrichtung ist derart ausgebildet, dass sie auch den innerhalb der Hülle angeordneten chemischen Stoff erkennen kann. Alternativ kann der chemische Stoff jedoch auch bspw. ein sog. Plastiksprengstoff (plastischer Sprengstoff) sein, der ohne eine Hülle auskommt.
Vorzugsweise vergleicht die Erfindung zum Erkennen der Anomalien die vom Sensor bereitgestellten Signale oder Daten mit Referenzsignalen bzw. Referenzdaten, die verschiedenen zu erwartenden chemischen Stoffen zugeordnet sind. Insbesondere vergleicht die Erfindung aus diesen Signalen bzw. Daten gewonnene Kurven mit Referenzkurven, die verschiedenen zu erwartenden chemischen Stoffen zugeordnet sind. Auf diese Weise ordnet die Erfindung einer erkannten Anomalie über eine Referenzkurve, die nächstliegend zur ermittelten Kurve ist, den dieser Referenzkurve zugeordneten chemischen Stoff zu.
Die Kurven und Referenzkurven sind in einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung Abklingkurven, insbesondere aus einem Abklingprozess detektierbarer Neutronen.
Bevorzugt weist die Erkennungsvorrichtung eine Neutronenquelle auf, mit der im Falle ihrer zumindest durch Wasser des Gewässers vom chemischen Stoff getrennten Anordnung im Gewässer Neutronen emittiert werden können, die in diesem Wasser moderiert werden können und mit dem chemischen Stoff derart wechselwirken können, dass Neutronen, insbesondere vom chemischen Stoff, absorbiert und/oder emittiert und/oder Strahlen emittiert werden. Insbesondere ist die Neutronenquelle eine niederfrequente Neutronenröhre, die mittels Neut- ronenfreigabemitteln eine kontrollierte Emission von Neutronen mit einer definierten Frequenz und mit einem definierten Neutronenfluss ermöglicht. Bevorzugt verwendet die Erfindung Deuterium als Neutronenquelle. Mittels des o.g. Sensors nachweisbare Neutronen sind bevorzugt diese Neutronen oder mittelbar emittierte andere Neutronen. Die Strahlen sind bevorzugt im chemischen Stoff erzeugte ß -Strahlen oder von den Neutronen durch Wechselwirkung auch mit dem Wasser erzeugte a -Strahlen. Vorzugsweise emittiert die Neutronenquelle Neutronen bei einer Frequenz von 20 Hz und mit einem Fluss von 100 Mio. Teilchen pro Sekunde. Die emittierten Neutronen sind vorzugsweise schnelle Neutronen, insbesondere mit einer Energie von mehr als 10 keV und einer Geschwindigkeit von mehr als 1400 km/s, die vorzugsweise gerichtet zum Wasser freigegeben werden. Die schnellen Neutronen werden im Wasser abgebremst und dadurch in langsame bzw. sog. thermische Neutronen umgewandelt, die bei einer Zimmertemperatur von 293,15 Kelvin eine Energie von ca. 0,0252 eV und eine Geschwindigkeit von ca. 2,200 km/s aufweisen. Bei hiervon abweichender Temperatur des Wassers ergeben sich entsprechend andere Werte für die Energie und die Geschwindigkeit der thermischen Neutronen. Im Einzelnen werden die Neutronen durch elastische Neutronenstreuung an den Atomen der Moleküle des Wassers elastisch gestreut, wobei sie soviel ihrer Energie und Geschwindigkeit abgeben, dass sie im Allgemeinen nach ca. 18 Stößen im Wasser zu thermischen Elektronen geworden sind.
Diese thermischen Elektronen wechselwirken mit dem chemischen Stoff derart, dass es zu einem inelastischen bzw. kurzfristigen Neutroneneinfang bzw. einer inelastischen Streuung oder zu einem thermischen Neutroneneinfang an Teilchen des chemischen Stoffes kommt. Nach einer endlichen Zeitdauer kann dasselbe oder ein anderes Neutron von diesem Teilchen emittiert werden. Ferner kommt es zur Aussendung von γ -Quanten bzw. γ -Strahlung. Auf diese Weise werden vom chemischen Stoff Teilchen, nämlich in diesem Fall Neutronen, und/oder Strahlen, nämlich in diesem Fall γ -Quanten, emittiert.
Der Sensor der Erkennungsvorrichtung ist vorzugsweise derart ausgebildet, dass diese oder derartige Neutronen und/oder Strahlen und/oder Eigenschaften dieser Neutronen und/oder Strahlen direkt und/oder indirekt mittels dieses Sensors zum Erkennen, insbesondere Identifizieren, des chemischen Stoffes nachgewiesen werden können. Insbesondere kommen in der Umgebung des chemischen Stoffes in Abhängigkeit von diesem chemischen Stoff nachweisbare Neutronen und/oder γ -Quanten in einer abweichenden Anzahl und/oder mit einer abweichenden Energie und/oder Geschwindigkeit vor. Auch ein Einfluss des chemischen Stoffes auf nachweisbare a -Strahlung ist erkennbar. Auf diese Weise können Anomalien in der Umgebung des chemischen Stoffes festgestellt werden, so dass der chemische Stoff ohne direkten Kontakt erkannt bzw. identifiziert werden kann.
In einer vorteilhaften Ausführungsform weist der Sensor einen Neutronendetektor auf, mittels dem Neutronen und/oder Eigenschaften dieser Neutronen nachgewiesen werden können. Insbesondere werden mittels des Neutronendetektors Neutronen nachgewiesen, die vom chemi- sehen Stoff und/oder vom Wasser emittiert und/oder reflektiert werden. Der Neutronendetektor weist Neutroneneinfangmittel zum Einfangen von Neutronen auf. Der Sensor weist ferner Datenerzeugungsmittel auf, mittels denen in Abhängigkeit der eingefangenen Neutronen die Sensordaten bzw. Sensorsignale erzeugt werden.
Ein Teil der von der Neutronenquelle emittierten Neutronen wird auch ohne das Vorhandensein eines chemischen Stoffes bzw. eines zu untersuchenden Objekts im Wasser reflektiert, so dass reflektierte Neutronen wird auf den Neutronendetektor treffen und nachgewiesen werden.
Wenn sich jedoch ein im Gewässer befindliches Objekt in der Nähe der Neutronenquelle und in der Nähe des Neutronendetektors befindet, so dass von der Neutronenquelle emittierte Neutronen mit diesem Objekt und, falls dieses Objekt einen chemisches Stoff aufweist, mit diesem chemisches Stoff in Wechselwirkung treten, wird in der Umgebung des chemischen Stoffes im Wasser bzw. zwischen dem chemischen Stoff und dem Sensor sowie im Bereich des Sensors eine Anomalie bzgl. der Anzahl, Energie und/oder Geschwindigkeit detektierbarer Neutronen hervorgerufen. Signale bzw. Daten, die von diesem Sensor erzeugt werden, weisen daher ebenfalls eine Anomalie auf. Gleiches gilt für eine Kurve, die aus diesen Signalen bzw. Daten erzeugt werden kann.
Die Kurve ist vorzugsweise eine Abklingkurve, welche sich ergibt, wenn in einem Zeitintervall die Anzahl jeweils in einem Unterzeitintervall detektierter Neutronen über der Zeit aufgetragen wird. Insbesondere werden die Neutronen mit einer Frequenz von 20 Hz kontrolliert emittiert. Nach jeder kontrollierten Emission wird eine Abklingkurve für eine Zeitdauer von vorzugsweise etwa 2 ms ermittelt, da diese Zeit in etwa der Lebensdauer von Neutronen entspricht. Dabei erfolgt die Registrierung bzw. Detektion der Neutronen in ausgewählten Zeitfenstern, die vorzugsweise jeweils eine Länge von 32 με aufweisen. Auf diese Weise wird der Abklingprozess der Neutronen in der Regel komplett erfasst. Die jeweils ermittelte Abklingkurve weist eine für den chemischen Stoff bzw. das untersuchte Medium typischen Verlauf auf, so dass durch einen Vergleich mit Referenzkurven der chemische Stoff erkannt werden kann.
In einer Ausbildungsform weist die Erkennungsvorrichtung alternativ oder zusätzlich einen γ -
Strahlendetektor auf, mittels dem die Erfindung zum Erkennen des chemischen Stoffes bzw. zum Erkennen von Anomalien γ -Strahlen, die, insbesondere vom chemischen Stoff, emittiert werden, und/oder Eigenschaften dieser γ -Strahlen nachgewiesen werden. Insbesondere weist die Erfindung eine Anzahl von γ -Strahlen nach, die mittels des Sensors erfasst wird. Das Nachweisen von Strahlen, insbesondere γ -Strahlen, ist besonders vorteilhaft, da mittels der γ -Strahlung direkt eine Wechselwirkung mit Materie bzw. dem chemischen Stoff nachweisbar ist. Insbesondere ergibt sich eine Energie der γ -Strahlen in Abhängigkeit einer Energiedifferenz zwischen angeregten und nicht angeregten Zuständen von Teilchen des chemischen Stoffes. Diese Zustände sind teilchentypisch, so dass von den emittierten γ -Strahlen auf die Teilchen geschlossen werden kann.
Darüber hinaus können die γ -Strahlen vorteilhaft vom Sensor detektiert werden, da sie das zwischen dem chemischen Stoff und dem Sensor angeordnete Wasser im Wesentlichen ungehindert durchdringen.
In einer alternativen oder hierauf aufbauenden Ausführungsform umfasst der Sensor alternativ bzw. zusätzlich einen a -Strahlendetektor. Mittels dieses a -Strahlendetektors weist die Erfindung mittels der Neutronen mittelbar emittierte und auf den a -Strahlendetektor treffende a - Strahlen und/oder Eigenschaften dieser Strahlen nach.
In beiden vorstehenden Ausführungsformen weist der jeweilige Strahlendetektor Strahlenein- fangmittel zum Einfangen der jeweiligen Strahlen auf. Der Sensor weist jeweils Datenerzeugungsmittel auf, welche in Abhängigkeit der jeweils eingefangenen Strahlen die Sensorsignale erzeugt. Insbesondere können die Strahlen eine physikalisch messbare Reaktion im Strahlendetektor auslösen und dadurch indirekt das Erzeugen der Sensorsignale bewirken.
Vorzugsweise ist die Erkennungsvorrichtung derart ausgebildet, dass der erkannte, insbesondere klassifizierte und/oder identifizierte, chemische Stoff zum Detektieren und/oder Klassifizieren und/oder Identifizieren des Unterwasserkörpers herangezogen wird bzw. heranziehbar ist. Das Erkennen des Unterwasserkörpers als den chemischen Stoff aufweisend umfasst somit vorzugsweise ein Detektieren, dass bspw. ein gesuchter Unterwasserkörper in der Nähe des Sensors angeordnet ist. Alternativ oder zusätzlich umfasst das Erkennen des Unterwasserkörpers vorzugsweise ein Klassifizieren, dass es sich bei dem Unterwasserkörper mit einer bestimmten Wahrscheinlichkeit bspw. um irgendeine Mine oder um eine bestimmte Art von Mine handelt. Alternativ oder zusätzlich umfasst das Erkennen des Unterwasserkörpers ein Identifizieren dieses Unterwasserkörpers, also bspw. das Ermitteln, dass es sich sicher um einen bestimmten Minentyp handelt, bzw. das Ermitteln, dass der Unterwasserkörper sicher Sprengstoff enthält. Vorzugsweise bestimmt die Erfindung, dass der Unterwasserkörper mit einer definierten Wahrscheinlichkeit oder sicher eine bestimmte Menge Sprengstoff und/oder Zusammensetzung von verschiedenen Sprengstoffen enthält.
In einer besonderen Ausführungsform weist die Erkennungsvorrichtung wenigstens einen Akustiksensor auf, mittels dem, insbesondere im Falle seiner zumindest durch Wasser des Gewässers vom chemischen Stoff getrennten Anordnung im Gewässer, Wasserschallsignale empfangen werden können, die vom Unterwasserkörper emittiert oder reflektiert werden. Insbesondere wird auf diese Weise der Unterwasserkörper mittels Sonartechnik als ein im Wasser befindliches Objekt detektiert. Vorteilhaft ist es, auf diese Weise zunächst akustisch und/oder optisch zu erkennen, wo überhaupt ein Objekt vorhanden ist und dieses Objekt dann mittels des Neutronendetektors und/oder mittels des γ -Strahlendetektors und/oder mittels des « -Strahlendetektors genauer daraufhin zu untersuchen, ob es sich bei dem Objekt um einen Unterwasserkörper handelt, der einen bestimmten chemischen Stoff, insbesondere Sprengstoff, aufweist. Somit nutzt die Erfindung nach einer Detektion bspw. durch den Akustiksensor, die in bestimmten Ausführungsformen auch in einer Entfernung des chemischen Stoffs vom Akustiksensor von mehr als 10 m oder sogar vielen Kilometern erfolgen kann, den Sensor, insbesondere Neutronendetektor und/oder Strahlendetektor, zum Klassifizieren und/oder Identifizieren des chemischen Stoffes.
Alternativ detektiert die Erfindung den Unterwasserkörper nicht vorab, sondern erkennt den chemischen Stoff und schließt daraus auf die Existenz und ggf. auf eine Entfernung zum Sensor und/oder auf eine Lage des den chemischen Stoff aufweisenden Unterwasserkörpers, insbesondere relativ zum Sensor bzw. relativ zu einem den Sensor aufweisenden Unterwasserfahrzeug. Alternativ oder zusätzlich ermittelt die Erkennungsvorrichtung unter Nutzung eines Positionsbestimmungssystems eine absolute Position des Unterwasserkörpers.
Die Erkennungsvorrichtung ist in einer Weiterbildung derart ausgebildet, dass sie mittels des Akustiksensors empfangene Wasserschallsignale zum Klassifizieren und/oder Identifizieren des Unterwasserkörpers heranziehen kann bzw. heranzieht. Insbesondere kann die mittels des Akustiksensors und bildgebender Verfahren ermittelte Form des Unterwasserkörpers unterstützend Aufschlüsse darüber geben, um welche Art von Mine es sich bspw. bei dem Unterwasserkörper handelt und welche Art von Sprengstoff der Unterwasserkörper möglicherweise enthält. Eine geometrische Anordnung des Sensors und/oder Akustiksensors relativ zum Unterwasserobjekt ist vorzugsweise so gewählt, dass, insbesondere in Verbindung mit einem Positionsbestimmungssystem, welches eine Position des Sensors bzw. eines den Sensor tragenden Objekts ermitteln kann, eine Positionsbestimmung des Unterwasserobjekts durchgeführt werden kann. In einer Weiterbildung der Erfindung weist die Erkennungsvorrichtung daher ein Positionsbestimmungssystem auf.
Das erfindungsgemäße Erkennungsverfahren weist Verfahrensschritte auf, wie sie von der erfindungsgemäßen Erkennungsvorrichtung durchführbar sind. Darüber hinaus wird in einer besonderen Ausführungsform des Verfahrens der Unterwasserkörper zunächst bspw. akustisch und/oder optisch detektiert und vorzugsweise seine absolute und/oder relative Position zum Sensor bestimmt, bevor nachfolgend der Sensor, vorzugsweise einschließlich der Neutronenquelle, mit einem Unterwasserfahrzeug bis auf einen vorgegebenen oder vorgebbaren Abstand an den Unterwasserkörper herangefahren wird, bevor nachfolgend der chemische Stoff erkannt, insbesondere klassifiziert und/oder identifiziert wird.
Das Unterwasserfahrzeug ist vorzugsweise ein unbemanntes Unterwasserfahrzeug, das autonom und/oder ferngesteuert das Erkennungsverfahren zumindest teilweise durchführt. Das Unterwasserfahrzeug kann über einen eigenen Antrieb verfügen und angetrieben sein oder alternativ geschleppt werden. Es kann kabelgebunden oder autonom agieren. Ferner kann es unter die Wasseroberfläche abtauchen und dort ohne Räder oder Ketten und ohne Kontakt zum Grund des Gewässers bewegt werden bzw. sich selbsttätig bewegen.
Teile des Verfahrens, insbesondere was die Auswertung von Daten bzw. das Erkennen von Anomalien und das Erkennen des chemischen Stoffes sowie des Unterwasserkörpers betrifft, können ganz oder teilweise au ßerhalb dieses Unterwasserfahrzeugs, nämlich bspw. an Bord eines begleitenden Wasserfahrzeugs oder bemannten Unterwasserfahrzeugs, stattfinden, auf dem somit in diesem Fall ein Teil der Erkennungsvorrichtung angeordnet ist.
Der vorgegebene oder vorgebbare Abstand, auf den der Sensor bzw. das Unterwasserfahrzeug mit dem Sensor an den Unterwasserkörper herangefahren wird, beträgt vorzugsweise zwischen 0,1 m und 4,0 m. Besonders bevorzugt beträgt dieser Abstand zwischen 0,2 m und 2,0 m. Dies sind Abstände, innerhalb derer Anomalien in der Umgebung des Unterwasserkörpers vorteilhaft nachgewiesen werden können. Insbesondere werden Neutronen ausreichend moderiert, und es erreichen ausreichend Neutronen den Unterwasserkörper, um eine messbare Anomalie zu erzeugen.
Das erfindungsgemäße System mit dem Unterwasserfahrzeug weist die erfindungsgemäße Erkennungsvorrichtung auf, wobei die Erkennungsvorrichtung ganz oder teilweise Teil des Unterwasserfahrzeugs ist. Insbesondere weist das Unterwasserfahrzeug zumindest den o.g. Sensor auf. Das System ist ferner derart ausgebildet, dass mittels des Systems der Unterwasserkörper detektierbar ist. Darüber hinaus ist das System vorzugsweise derart ausgebildet, dass nachfolgend der Sensor mittels des Unterwasserfahrzeugs, welches vorteilhafterweise ein unbemanntes Unterwasserfahrzeug ist, auf den genannten vorgegebenen oder vorgebbaren Abstand an den Unterwasserkörper herangefahren werden kann und nachfolgend der chemische Stoff mittels der Erkennungsvorrichtung erkannt, insbesondere klassifiziert und/oder identifiziert, werden kann bzw. wird.
Das System ist vorzugsweise ferner derart ausgebildet, dass mittels dieses Systems das erfindungsgemäße Erkennungsverfahren durchgeführt werden kann.
Teile des Systems, insbesondere Teile der Erkennungsvorrichtung, sind vorzugsweise abseits des Unterwasserfahrzeugs angeordnet. Vorteilhafterweise ist eine Bedien- und Auswerteeinheit zum Steuern des Verfahrens und zum Auswerten von Verfahrensergebnissen, insbesondere der Sensorsignale bzw. Sensordaten, an einem anderen Wasserfahrzeug oder Unterwasserfahrzeug oder an einem Fahrzeug zu Land oder in der Luft oder an einer festen Station angeordnet. Eine Verbindung zum Austausch von Signalen und/oder Daten zwischen der Bedien- und Auswerteeinheit sowie ggf. einer Bedien- und Kontrolleinheit für das Unterwasserfahrzeug ist vorzugsweise über eine Kabelverbindung gegeben.
Weitere Ausführungsformen ergeben sich aus den Ansprüchen sowie aus den anhand der Zeichnung näher erläuterten Ausführungsbeispielen. In der Zeichnung zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Systems und einer Erkennungsvorrichtung samt ihrer Komponenten sowie eines Erkennungsverfahrens gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung und
Fig. 2 ein System und eine Erkennungsvorrichtung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung. Fig. 1 zeigt ein System 1 mit einem Unterwasserfahrzeug 2, wobei das System 1 eine Erkennungsvorrichtung 4 aufweist. Ein erster Teil der Erkennungsvorrichtung 4 ist im bzw. am Unterwasserfahrzeug 2 angeordnet. Ein zweiter Teil der Erkennungsvorrichtung 4 ist in bzw. an einem Wasserfahrzeug 6 angeordnet. Eine Kommunikation des ersten Teils der Erkennungsvorrichtung mit dem zweiten Teil der Erkennungsvorrichtung bzw. eine Kommunikation zwischen dem Unterwasserfahrzeug 2 und dem Wasserfahrzeug 6 findet in diesem speziellen Ausführungsbeispiel drahtlos mittels eines Kommunikationssignals 8 statt. Insbesondere werden mittels dieses Kommunikationssignals 8 Informationen vom Unterwasserfahrzeug 2 an das Wasserfahrzeug 6 gesendet. Die Kommunikation erfolgt bspw. akustisch mittels Schall im Wasser oder über Funk, wenn das Unterwasserfahrzeug 2 bspw. am Ende eines Einsatzes mit einer Funkantenne aufgetaucht ist.
Das Unterwasserfahrzeug 2 ist unterhalb der Wasseroberfläche 10 eines - Wasser und einen Grund umfassenden - Gewässers 14 angeordnet, welches ein Binnengewässer, insbesondere ein See oder Fluss, oder ein Meer o.ä. ist. Im Wasser des Gewässers kann sich das Unterwasserfahrzeug 2 autonom bewegen. Hierfür verfügt es über einen nicht dargestellten Antrieb und über nicht dargestellte Einrichtungen, die eine Orientierung erlauben. Das Wasserfahrzeug 6 schwimmt hingegen auf dem Gewässer 14 und ist somit zum Teil im Wasser und zum Teil oberhalb der Wasseroberfläche 10 angeordnet.
Im Gewässer 14 ist ein Unterwasserkörper 16 angeordnet. Ein Unterwasserkörper 16 ist zumindest in dem Fall als im Gewässer 14 angeordnet zu verstehen, wenn Wasser des Gewässers 14 an diesen Unterwasserkörper 16 angrenzt. Insbesondere kann der im Gewässer 14 angeordnete Unterwasserköper 16 auch teilweise im Grund des Gewässers 14 eingesunken sein und/oder ganz oder teilweise von einer Schicht von Sedimenten, Muscheln und/oder anderen organischen Materialien bedeckt sein. Diese Schicht ist vorzugsweise jedoch zumindest teilweise dünner als 10 cm, vorteilhafter dünner als 2 cm.
Der Unterwasserkörper 16 weist eine Hülle 18 auf, die einen Innenraum 20 umschließt und hermetisch vom Wasser des Gewässers 14 trennt. Der Unterwasserkörper 16 ist eine getarnte Unterwassermine. Von der äu ßeren Form des Unterwasserkörpers 16 nicht erkennbar, weist dieser Unterwasserkörper 16 nämlich in seinem Innenraum 20 einen chemischen Stoff 22, nämlich Sprengstoff, auf. Ferner ist im Innenraum 20 des Unterwasserkörpers 16 noch eine nicht dargestellte Zündvorrichtung angeordnet, welche in der Lage ist, eine Schiffssignatur in der Umgebung des Unterwasserkörpers 16 zu erkennen und in Erwiderung auf eine erkannte Schiffssignatur den chemischen Stoff bzw. Sprengstoff 22 zu zünden bzw. zur Explosion zu bringen.
Das Wasserfahrzeug 6 weist eine Sonaranlage 24 auf, von der ausgehende Wasserschallsignale 26 gesendet und eingehende Wasserschallsignale 28 mittels eines Akustiksensors 30 empfangen werden können. Der Akustiksensor 30 weist hierfür vorzugsweise eine Vielzahl von Wasserschallwandlern auf, mittels denen aus empfangenen Wasserschallsignalen elektrische Signale bzw. Daten generiert werden können, so dass die Sonaranlage 24 nach weiteren hier nicht im Detail erläuterten Operationen optisch und/oder akustisch darstellbare Abbilder der Umgebung erzeugt, aus der die eingehenden Wasserschallsignale 28 empfangen wurden.
Mittels des Akustiksensors 30 ist die Erkennungsvorrichtung 4 in der Lage, den Unterwasserkörper 16 zu detektieren, ohne jedoch erkennen zu können, ob der Unterwasserkörper 16 den chemischen Stoff 22 mit einer bestimmten Wahrscheinlichkeit oder sogar sicher aufweist. Der getarnte Unterwasserkörper 16 kann allein unter Einsatz des Akustiksensors 30 somit keine Identifizierung des Unterwasserkörpers 16 vornehmen.
Allerdings kann mittels des Akustiksensor 30 eine Position des Unterwasserkörpers 16 detek- tiert werden und das Unterwasserfahrzeug den Auftrag bekommen, gezielt an dieser Position nach dem Unterwasserkörper 16 zu suchen und diesen Unterwasserköper 16 weiter zu untersuchen. Alternativ kann das Unterwasserfahrzeug 2 auch unabhängig von am Wasserfahrzeug 6 ermittelten Informationen das Gewässer 14 nach dem Unterwasserkörper 16 und ggf. vorhandenen weiteren Objekten bzw. Unterwasserkörpern absuchen und diese Objekte untersuchen. Alternativ oder zusätzlich kann der Akustiksensor 30 bzw. ein weiterer Akustiksensor vorteilhafterweise als Teil einer Sonaranlage im Unterwasserfahrzeug 2 angeordnet sein.
Das Unterwasserfahrzeug 2 ist in diesem Ausführungsbeispiel als autonomes Unterwasserfahrzeug 2 ausgebildet, das zwar eine Programmierung erhalten bzw. empfangen kann, das jedoch zumindest nicht fortwährend auf eine Steuerung von außen angewiesen ist, sondern sich autonom selbst steuert und hierfür geeignete nicht dargestellte Sensoren zur Erfassung der Umgebung und/oder zur Erfassung der Eigenposition und/oder der Änderung der Eigenposition aufweist. Beispiele für derartige Sensoren sind optische Sensoren bzw. Kameras, akustische Sensoren bzw. Wasserschallwandler, magnetische Sensoren und Antennen zur Erfassung von Signalen, bspw. Signalen eines Satellitensignale empfangenden Ortsbestim- mungssystems, wie des sog. Global Positioning Systems (GPS). Zum Empfangen von Signalen kann das Unterwasserfahrzeug 2 derart ausgebildet sein, dass es zeitweilig in den Bereich der Wasseroberfläche 10 auftaucht oder eine Antenne aufschwimmen lässt.
Das Unterwasserfahrzeug 2 verfügt über nicht dargestellte Einrichtungen zur Energieversorgung der am Unterwasserfahrzeug 2 angeordneten Teile der Erkennungsvorrichtung und zur Versorgung eines ebenfalls nicht dargestellten Antriebs und einer Steuerung des Unterwasserfahrzeugs 2.
Die Erkennungsvorrichtung 4 weist im Unterwasserfahrzeug 2 eine Neutronenquelle 32 auf, die eine niederfrequente Neutronenröhre ist, von der mittels Neutronenfreigabemitteln 33 kontrolliert Neutronen 34 mit einer Frequenz von 20 Hz und einem Fluss von 108 Teilchen pro Sekunde emittiert werden. Die Neutronen 34 verlassen als schnelle Neutronen 34 die Neutronenquelle 32 und werden im Wasser des Gewässers 14 abgebremst. Insbesondere wirkt das Wasser des Gewässers 14 als Moderator auf die schnellen Neutronen 34. Die Neutronen 34 werden an den Molekülen des Wassers elastisch gestreut, wobei sie einen Teil ihrer Energie abgeben und ihre Richtung ändern. Die Neutronen 34 werden soweit abgebremst, bis sie zu langsamen bzw. sog. thermischen Neutronen 36 geworden sind.
Die Neutronen haben eine Lebensdauer von ca. 2 ms. Nach einer Emission schneller Neutronen 34 weist die Erfindung daher für eine Zeitdauer von etwa 2 ms in Zeitfenstern von jeweils 32 s Neutronen 36 mittels eines Sensors 38 nach. Insbesondere werden thermische Neutronen 36 nachgewiesen, die auf einen Neutronendetektor 40 des Sensors 38 treffen. Die während eines Zeitfensters von 32 με emittierten Neutronen 34 erreichen zu unterschiedlichen
Zeiten als Neutronen 36 den Neutronendetektor 40. Der Neutronendetektor 40 weist Neutro- neneinfangmittel 41 auf, welche die Neutronen 36 einfangen, so dass der Sensor 40 in Erwiderung auf das Einfangen der Neutronen 36 mittels Datenerzeugungsmitteln 41 a Sensordaten erzeugt. Daraus ermittelt die Erfindung jeweils eine Abklingkurve. Diese Abklingkurve weist einen typischen Verlauf für unterschiedliche Medien auf, die auf dem Weg der Neutronenquelle 32 zum Neutronendetektor 40 von den Neutronen 36 durchdrungen werden.
Auf diese Weise gelingt es der Erfindung nicht nur, den Unterwasserkörper 16 zu detektieren, sondern auch den darin enthaltenen chemischen Stoff 22 zu klassifizieren und zu identifizieren. Ein Teil der in einem Neutronenfeld 42 vorliegenden thermischen Neutronen 36 dringt nämlich durch die Hülle 18 des Unterwasserkörpers 16 zum chemischen Stoff 22 vor, wo die Neutronen 36 an Teilchen, insbesondere Atomkernen, des chemischen Stoffs 22 inelastisch gestreut oder von diesen Teilchen eingefangen werden. Nach einer endlichen Zeitdauer werden von den Teilchen, die Neutronen 36 eingefangen haben, jedoch wieder Neutronen 36 emittiert. Die Zeitdauer, nach der diese Neutronen 36 emittiert werden, hängt vom chemischen Stoff 22 ab. Mit dem chemischen Stoff 22 im Neutronenfeld 42 ergibt sich daher gegenüber einer Anordnung ohne den chemischen Stoff 22 im Neutronenfeld 42 zu unterschiedlichen Zeitpunkten eine unterschiedliche Anzahl mittels des Neutronendetektors 40 nachweisbarer Neutronen 36. Insbesondere ermittelt die Erfindung mit dem chemischen Stoff 22 eine in Abhängigkeit von diesem chemischen Stoff 22 andere Abklingkurve für den Neutronenzerfall.
Neben dem Neutronendetektor 40 weist der Sensor 28 in diesem Ausführungsbeispiel zusätzlich einen γ -Strahlendetektor 44 und einen a -Strahlendetektor 46 auf. Wenn nämlich die
Neutronen 36 zeitweilig von Teilchen des chemischen Stoffes 22 eingefangen werden, wechseln diese Teilchen zunächst in einen höheren Energiezustand und fallen hiernach unter Aussendung von γ -Strahlung 48 wieder in ihren Grundzustand zurück. Das Neutron 36 bleibt dabei zunächst im Kern erhalten, womit ein in den meisten Fällen instabiles Isotop des jeweiligen Teilchens gebildet ist. Nach einer endlichen Zeitdauer zerfällt das Neutron 36 jedoch in ein Proton, ein Elektron und ein Antineutrino. Die vom chemischen Stoff 22 ausgehende γ - Strahlung 48 wird vom γ -Strahlendetektor 44 von Strahleneinfangmitteln 49 eingefangen. Die
Datenerzeugungsmittel 41 a erzeugen daraufhin Sensordaten, die zur Klassifizierung bzw. Identifizierung des chemischen Stoffes 22 herangezogen werden. Auch durch Wechselwirkung mit den Neutronen 36 freigesetzte a -Strahlung 50 kann mittels des a -Strahlendetektors 46 detektiert und zur Klassifizierung bzw. Identifizierung des chemischen Stoffes 22 herangezogen werden.
Messergebnisse bzw. Daten des Sensors 38 werden in den Kommunikationssignalen 8 an eine Auswerteeinheit 52 der Erkennungsvorrichtung 4 gesendet. Diese Auswerteeinheit 52 ist auf dem Wasserfahrzeug 6 angeordnet. Das Senden der Kommunikationssignale 8 kann bspw. über Funk erfolgen, wenn das Unterwasserfahrzeug 2 mit einer Antenne verbunden ist bzw. eine Antenne aufweist, die über die Wasseroberfläche 10 herausragt, wobei das Wasserfahrzeug 6 in einer Ausführungsform bspw. zu einer Zeit Messungen mittels des Sensors 38 durchführt und Messergebnisse zwischenspeichert und zu einer anderen Zeit diese zwischengespeicherten Daten über die Kommunikationssignale 8 an die Auswerteeinheit 52 übermittelt. Eine Vorauswertung kann in einer besonderen Ausführungsform auch bereits am Unterwas- serfahrzeug 2 erfolgen. Alternativ oder zusätzlich erfolgt abweichend von diesem Ausführungsbeispiel eine vollständige Auswertung am Unterwasserfahrzeug 2.
Die Auswerteeinheit 52 weist Anomalieerkennungsmittel 53 auf, die Anomalien in den Sensordaten erkennt. Stofferkennungsmittel 53a erkennen aus den erkannten Anomalien, insbesondere durch Abgleich mit Daten aus einer Datenbank, den chemischen Stoff 22. Schließlich folgern Unterwasserkörpererkennungsmittel 53b, dass der Unterwasserkörper 16 den chemischen Stoff 22 mit einer bestimmten Wahrscheinlichkeit oder sicher aufweist und somit bspw. eine Gefahr darstellt, wenn der chemische Stoff 22 als Sprengstoff klassifiziert oder identifiziert wurde.
Fig. 2 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung, welches in Teilen dem ersten Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 gleicht. Insbesondere bezeichnen gleiche Bezugsziffern gleiche oder merkmalsähnliche Teile der Erfindung. Merkmale des Ausführungsbeispiels gemäß Fig. 2 können auch beliebig mit Merkmalen des Ausführungsbeispiels gemäß Fig. 1 kombiniert werden.
Das Unterwasserfahrzeug 2 ist in diesem Ausführungsbeispiel über ein Kabel 54 mit dem Wasserfahrzeug 6 verbunden. Das Kabel 54 ist bspw. ein Lichtwellenleiter bzw. ein Glasfaserkabel. Über dieses Kabel 54 können in beide Richtungen Kommunikationssignale 8 geleitet werden. Die Kommunikationssignale 8 weisen in diesem Ausführungsbeispiel nicht nur die Signale bzw. Daten auf, welche vom Unterwasserfahrzeug 2 an das Wasserfahrzeug 6 bzw. an die Auswerteeinheit 52 übermittelt werden. Vielmehr werden über das Glasfaserkabel 54 zusätzlich Steuerbefehle an das Unterwasserfahrzeug 2 übertragen. Diese Steuerbefehle umfassen Befehle zur Steuerung der Messungen, insbesondere mittels des Sensors 38, am Unterwasserfahrzeug 2. Die Auswerteeinheit 52 ist daher als eine Bedien- und Auswerteeinheit ausgebildet, welche auch die Bedienung des Sensors 38 ermöglicht.
Ferner werden mit den Steuerbefehlen über das Kabel 54 auch Befehle zum Steuern des Unterwasserfahrzeugs 2, insbesondere in seiner Lage, Position, Geschwindigkeit und Richtung von einer Bedien- und Kontrolleinheit 58 übermittelt. Das Unterwasserfahrzeug 2 lässt sich auf diese Weise vom Wasserfahrzeug 6 aus fernsteuern. Das Fernsteuern des Unterwasserfahrzeugs 2 wird unterstützt durch Rückmeldungen, die über das Glasfaserkabel 54 zur Kontrolle an die Bedien- und Kontrolleinheit 56 gesendet werden. Neben der Neutronenquelle 32 ist als Teil der Erkennungsvorrichtung 4 eine Elektronik 58 dargestellt, welche die Neutronenquelle 32, insbesondere das gepulste Aussenden der Neutronen 34, steuert. Der Sensor 38 ist in diesem Fall lediglich zur Detektion von Neutronen 36 ausgebildet, wobei der Neutronendetektor 40 mehrere Neutronenempfänger als Neutronenein- fangmittel 41 aufweist. Mittels des Sensors 38 detektierte Werte, insbesondere Anzahlen von detektierten Neutronen 36 in Messintervallen bzw. deren zeitlicher Verlauf bzw. aus den Werten ermittelte Abklingkurven werden in einem Speicher 62 zwischengespeichert. Werte aus dem Speicher 62 werden in den Kommunikationssignalen 8 an die Bedien- und Auswerteeinheit 52 übermittelt.
Das Unterwasserfahrzeug 2 bzw. die Erkennungsvorrichtung 4 weist ferner ein Navigationssystem 64 auf, welches in der Lage ist, zur Navigationsbestimmung bzw. Navigation des Unterwasserfahrzeugs 2 geeignete Daten bzw. Signale zu erzeugen und als Teil der Kommunikationssignale 8 an die Bedien- und Kontrolleinheit 56 im Wasserfahrzeug 6 zu übermitteln.
In diesem besonderen Ausführungsbeispiel weist das Unterwasserfahrzeug 2 zusätzlich ein akustisches Tracking-System 66 auf, das bspw. mittels Sonar gewonnene Daten ggf. nach Aufbereitung und Verknüpfung mit Daten des Navigationssystems 66 an die Bedien- und Kontrolleinheit 56 übermittelt.
Vorteilhafterweise ermittelt die Erkennungsvorrichtung 4 mittels des akustischen Tracking- Systems 66 zunächst den Unterwasserköper 16 anhand seiner Hülle 18. Dies wird mittels der Bedien- und Kontrolleinheit 56 oder einer anderen Kontrolleinheit am Wasserfahrzeug 6 erkannt. Daraufhin wird mittels der Bedien- und Kontrolleinheit 56 veranlasst, dass das Unterwasserfahrzeug 2 bis auf einen Abstand von bspw. 0,5 m an den Unterwasserkörper 16, der bis dahin lediglich detektiert, jedoch noch nicht oder nicht hinreichend klassifiziert und nicht identifiziert ist, herangefahren wird.
Mittels der Bedien- und Auswerteeinheit 52 werden im Folgenden die Neutronenfreigabemittel 33 der Neutronenquelle 32 zum Freigeben bzw. emittieren von Neutronen 34 veranlasst bzw. es wird der Sensor 38 in Betrieb gesetzt und damit wenigstens eine Messung von Anomalien durchgeführt. Der chemische Stoff 22 im Unterwasserkörper 16 bewirkt nämlich Anomalien hinsichtlich vom Sensor 38 detektierter Neutronen 36. Am Unterwasserfahrzeug 2 oder in der Bedien- und Auswerteeinheit 52 am Wasserfahrzeug 6 werden von den Anomalienerkennungsmittel 53a Abklingkurven ermittelt und mit Referenzkurven verglichen. Die Referenzkur- ven sind bestimmten chemischen Stoffen zugeordnet. Im Falle der Übereinstimmung bzw. Ähnlichkeit von aus Messungen gewonnen Abklingkursen mit einer einem chemischen Stoff 22 zugeordneten Referenzkurve schließt die Erfindung mittels den Stofferkennungsmitteln 53a, dass der Unterwasserkörper 16 mit einer bestimmten Wahrscheinlichkeit oder sicher den chemischen Stoff 22, der dieser Referenzkurve zugeordnet ist, aufweist. Bei vergleichsweise geringer Übereinstimmung nimmt die Erfindung lediglich eine Klassifizierung mit einer Wahrscheinlichkeitsangabe vor, bei einer vergleichsweise höheren Übereinstimmung nimmt die Erfindung eine Identifizierung vor.
In Erwiderung darauf bestimmt die Erfindung mittels den Unterwassererkennungsmitteln 53b den Unterwasserkörper 16 mit einer bestimmten Wahrscheinlichkeit oder sicher als den chemischen Stoff 22 aufweisend und klassifiziert bzw. identifiziert auf diese Weise den Unterwasserkörper 16 als ein im Wasser befindliches Objekt, das den bestimmten chemischen Stoff 22 mit einer bestimmten Wahrscheinlichkeit bzw. sicher aufweist.
Die einzelnen Neutronenempfänger 60 sind vorzugsweise so relativ zueinander und relativ zur Neutronenquelle 32 angeordnet, dass die Erfindung eine Positionsbestimmung des Unterwasserkörpers 16 relativ zum Unterwasserfahrzeug 2 und in Verbindung mit dem Navigationssystem 64 auch eine absolute Positionsbestimmung des Unterwasserkörpers 16 durchführen kann. Diese Positionsbestimmung wird ggf. durch das akustische Tracking-System 66 sowie ggf. durch ein an Bord des Wasserfahrzeugs 6 befindliches Sonarsystem unterstützt.
Die Erfindung ermöglicht das berührungslose Erkennen von einen chemischen Stoff 22 aufweisenden Unterwasserkörpern 16, auch wenn diese Unterwasserkörper 16 getarnt und äußerlich bspw. nicht als Minen erkennbar sind. Hierfür untersucht die Erfindung nicht die äußere Hülle des Unterwasserkörpers 16 bzw. der Mine, sondern erkennt direkt den chemischen Stoff 22 bzw. Sprengstoff. Auf diese Weise werden auch getarnte Minen erkannt, so dass eine Gefahr, die von unentdeckten Minen in vermeintlich von Minen geräumten Gewässern ausgehen könnte, mittels der Erfindung deutlich verringert wird. Die Erfindung leistet somit einen wertvollen Beitrag zur Sicherheit im Schiffsverkehr.
Alle in der vorstehenden Beschreibung und in den Ansprüchen genannten Merkmale sind sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination miteinander einsetzbar. Die Offenbarung der Erfindung ist somit nicht auf die beschriebenen bzw. beanspruchten Merkmalskombinationen beschränkt. Vielmehr sind alle Merkmalskombinationen als offenbart zu betrachten.

Claims

Ansprüche
1 . Erkennungsvorrichtung zum Erkennen eines in einem Gewässer (14) angeordneten und einen chemischen Stoff (22) aufweisenden Unterwasserkörpers (16), insbesondere einer Sprengstoff aufweisenden Unterwassermine, mit wenigstens einem Sensor (38) zum Bereitstellen von Sensordaten im Falle seiner zumindest durch Wasser des Gewässers (14) vom chemischen Stoff (22) getrennten Anordnung im Gewässer (14),
gekennzeichnet durch
Anomalieerkennungsmittel (53) zum Erkennen von Anomalien in den bereitgestellten Sensordaten,
Stofferkennungsmittel (53a) zum kontaktlosen und indirekten Erkennen des chemischen Stoffes (22) mittels der erkannten Anomalien und
Unterwasserkörpererkennungsmittel (53b) zum Erkennen des Unterwasserkörpers (16) in Erwiderung auf das Erkennen des chemischen Stoffes (22) als den chemischen Stoff (22) aufweisend.
2. Erkennungsvorrichtung nach Anspruch 1 ,
gekennzeichnet durch
eine Neutronenquelle (32), mittels der Neutronen (34) bereitstellbar sind, wobei die Neutronenquelle Neutronenfreigabemittel (33) aufweist, mittels denen die Neutronen (34) mit einem definierten Neutronenfluss und mit einer definierten Frequenz gerichtet freigebbar sind.
3. Erkennungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Sensor (38) einen Neutronendetektor (40) aufweist, wobei der Neutronendetektor (40) Neutroneneinfangmittel (41 ) zum Einfangen von Neutronen (36) und der Sensor (38) Datenerzeugungsmittel zum Erzeugen bereitzustellender Sensordaten in Abhängigkeit eingefangener Neutronen (36) aufweist.
4. Erkennungsvorrichtung nach Anspruch einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Sensor (38) einen γ -Strahlendetektor (44) und/oder a - Strahlendetektor (46) aufweist, wobei der γ -Strahlendetektor (44) -Strahleneinfangmittel (49) zum Einfangen von γ -Strahlen (48) und/oder der a -Strahlendetektor (46) a -Strahleneinfangmittel (49) zum Einfangen von « -Strahlen (50) sowie der Sensor (38) Datenerzeugungsmittel (41 a) zum Erzeugen bereitzustellender Sensordaten in Abhängigkeit eingefangener γ - Strahlen (48) und/oder a -Strahlen (50) aufweist.
5. Erkennungsvorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Unterwasserkörpererkennungsmittel (53b) Unterwasserkörperdetektionsmittel zum Detektieren und/oder Unterwasserkörperklassifizierungsmittel zum Klassifizieren und/oder Unterwasserkörperidentifikationsmittel zum Identifizieren des Unterwasserkörpers (16) jeweils unter Heranziehung des erkannten chemischen Stoffes (22) aufweisen.
6. Erkennungsvorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche,
gekennzeichnet durch
wenigstens einen Akustiksensor (30), mittels dem im Falle seiner zumindest durch Wasser des Gewässers (14) vom chemischen Stoff (22) getrennten Anordnung im Gewässer (14) vom Unterwasserkörper (16) emittierte oder reflektierte Wasserschallsignale empfangbar sind und
weiter dadurch gekennzeichnet, dass
die Unterwasserkörpererkennungsmittel (53b) Unterwasserkörperdetektionsmittel zum Detektieren und/oder Unterwasserkörperklassifizierungsmittel zum Klassifizieren und/oder Unterwasserkörperidentifikationsmittel zum Identifizieren des Unterwasserkörpers (16) jeweils unter Heranziehung der empfangenen Wasserschallsignale aufweisen.
7. System mit einem, insbesondere unbemannten, Unterwasserfahrzeug (2),
gekennzeichnet durch
eine Erkennungsvorrichtung (4) nach einem der vorherigen Ansprüche und eine Ausbildung derart, dass der Unterwasserkörper (16) mittels dieser Erkennungsvorrichtung (4) detektierbar ist, nachfolgend der Sensor (38) mittels des Unterwasserfahrzeugs (2) bis auf einen vorgegebenen oder vorgebbaren Abstand, insbesondere zwischen 0,1 m und 4,0 m, bevorzugt zwischen 0,2 m und 2,0 m, an den Unterwasserkörper heranfahrbar ist und nachfolgend der chemische Stoff (22) mittels der Erkennungsvorrichtung (4) erkennbar, insbesondere klassifizierbar und/oder identifizierbar, ist.
8. Erkennungsverfahren zum Erkennen eines in einem Gewässer (14) angeordneten und einen chemischen Stoff (22) aufweisenden Unterwasserkörpers (16), insbesondere einer Sprengstoff aufweisenden Unterwassermine, wobei Sensordaten mittels wenigstens eines zumindest durch Wasser des Gewässers (14) getrennt vom chemischen Stoff (22) im Gewässer (14) angeordneten Sensors (38) bereitgestellt werden,
dadurch gekennzeichnet, dass
Anomalien in den bereitgestellten Sensordaten erkannt werden, der chemische Stoff mittels der erkannten Anomalien kontaktlos auf indirekte Weise erkannt, insbesondere klassifiziert und/oder identifiziert, wird und dadurch der Unterwasserkörper (16) als den chemischen Stoff (22) aufweisend erkannt wird.
9. Erkennungsverfahren nach Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet, dass
mittels einer durch Wasser des Gewässers (14) getrennt vom chemischen Stoff (22) im Gewässer (14) angeordneten Neutronenquelle (32) Neutronen (34) bereitgestellt werden, wobei diese Neutronen (34) mit einem definierten Neutronenfluss und mit einer definierten Frequenz gerichtet freigegeben werden, die Neutronen (34) nachfolgend in diesem Wasser moderiert werden und als thermische Neutronen (36) mit dem chemischen Stoff (22) derart wechselwirken, dass Neutronen (36) absorbiert und/oder emittiert und/oder Strahlen emittiert werden, und diese und/oder derartige Neutronen (36) und/oder Strahlen (48) und/oder Eigenschaften dieser und/oder derartiger Teilchen (36) und/oder Strahlen (48) direkt und/oder indirekt mittels des Sensors (38) zum Bereitstellen der Sensordaten eingefangen werden.
10. Erkennungsverfahren nach Anspruch 8 oder 9,
dadurch gekennzeichnet, dass
mittels des Sensors (38) vom chemischen Stoff (22) und/oder vom Wasser emittierte und/oder reflektierte Neutronen (36) eingefangen werden und die Sensordaten in Abhängigkeit der eingefangenen Neutronen (36) erzeugt werden.
1 1 . Erkennungsverfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 10,
dadurch gekennzeichnet, dass
mittels des Sensors (38) γ -Strahlen (48) und/oder « -Strahlen (50) eingefangen und die Sensordaten in Abhängigkeit der eingefangenen Strahlen (48, 50) erzeugt werden.
12. Erkennungsverfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 1 1 ,
dadurch gekennzeichnet, dass der Unterwasserkörper (2) mittels des erkannten chemische Stoffes (22) detektiert und/oder klassifiziert und/oder identifiziert wird.
13. Erkennungsverfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 12,
dadurch gekennzeichnet, dass
mittels wenigstens eines durch Wasser des Gewässers (14) getrennt vom chemischen Stoff (22) im Gewässer (14) angeordneten Akustiksensors (30) vom Unterwasserkörper (16) emittierte oder reflektierte Wasserschallsignale empfangen und der Unterwasserkörper (16) unter Heranziehung der empfangen Wasserschallsignale detektiert und/oder klassifiziert und/oder identifiziert wird.
14. Erkennungsverfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 13,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Unterwasserkörper (16) detektiert wird, nachfolgend der Sensor (38) mit einem, insbesondere unbemannten, Unterwasserfahrzeug (2) bis auf einen vorgegebenen oder vorgebbaren Abstand, insbesondere zwischen 0,1 m und 4,0 m, bevorzugt zwischen 0,2 m und 2,0 m, an den Unterwasserkörper (16) herangefahren wird und nachfolgend der chemische Stoff (22) erkannt, insbesondere klassifiziert und/oder identifiziert, wird.
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