WO2018059613A1

WO2018059613A1 - Unterwasserantenne für ein unterwasserfahrzeug sowie hüllkörper mit einer derartigen unterwasserantenne

Info

Publication number: WO2018059613A1
Application number: PCT/DE2017/100690
Authority: WO
Inventors: Christoph Hoffmann
Original assignee: Atlas Elektronik Gmbh
Priority date: 2016-09-27
Filing date: 2017-08-16
Publication date: 2018-04-05
Also published as: DE102016118238A1

Abstract

Es wird eine Unterwasserantenne für ein Unterwasserfahrzeug (52) vorgesehen, wobei die Unterwasserantenne (34) einen Reflektor (22), mehrere Hydrophone (18) und mindestens eine Halterung (42) zur Befestigung der Unterwasserantenne (34) an einem Unterwasserfahrzeug (52) umfasst. Der Reflektor (22) weist einen oder mehrere Reflektorflächenbereiche (44a - 44c) auf und die Hydrophone (18) sind vor dem oder den Reflektorflächenbereichen (44a - 44c) angeordnet. Die Halterung (42) ist derart am Reflektor (22) angeordnet, um den Reflektor (22) an einem Unterwasserfahrzeug (52) anzubringen, so dass im bestimmungsgemäß mit der Halterung (42) an ein Unterwasserfahrzeug (52) angebauten Zustand der Unterwasserantenne (34) der eine Reflektorflächenbereich (44a - 44c), die überwiegende Mehrzahl der mehreren Reflektorflächenbereiche (44a - 44c) oder alle Reflektorflächenbereiche (44a - 44c) jeweils einen Normalenvektor (46a - 46c) aufweisen, der einen Winkel zur Hochachse (62) oder Hochachsenparallele des Unterwasserfahrzeugs (52) aufweist, der ein stumpfer Winkel, insbesondere größer als 95°, oder ein spitzer Winkel, insbesondere kleiner als 85°, ist.

Description

Unterwasserantenne für ein Unterwasserfahrzeug sowie Hüllkörper mit einer derartigen

Unterwasserantenne

Die Erfindung betrifft den Bereich von Unterwasserantennen für Unterwasserfahrzeuge, insbesondere Unterseeboote, und Hüllkörper für Unterwasserfahrzeuge mit derartigen Unterwasserantennen sowie das Empfangen von Schallwellen mit einer Unterwasserantenne. Aus dem Stand der Technik sind Unterwasserfahrzeuge mit Sonareinrichtungen bekannt. Die Sonareinrichtung weist üblicherweise eine Vielzahl von Unterwasserschallempfängern, nämlich sogenannte Hydrophone, auf. Die Hydrophone sind mit einer elektronischen Signalverarbeitungsrichtung elektronisch verbunden und dienen zum Empfangen von Schallwellen, die sich unter Wasser ausbreiten und auf die Hydrophone treffen. Es ist bekannt, dass sich Schallwellen unter Wasser in bestimmter weise ausbreiten, so dass die Hydrophone vorzugsweise zum Empfang von Schallwellen mit einem tiefen Frequenzbereich dienen. Die empfangenen Schallwellen werden von den Hydrophonen in elektrische Signale gewandelt und einer Signalverarbeitungseinrichtung der Sonareinrichtung zur weiteren Verarbeitung zugeführt. Zum Empfangen der Schallwellen des sich im Wasser ausbreitenden Schalls sind die Hydrophone häufig an der Außenseite eines Unterwasserfahrzeugs, nämlich der Außenseite eines Hüllkörpers des Unterwasserfahrzeugs, angeordnet. Der Hüllkörper bildet die äußere Hülle des Unterwasserfahrzeugs. Diese Anordnung ist bevorzugt, da die Schallwellen so direkt auf die Hydrophone eintreffen können, ohne durch den Hüllkörper des Unterwasserfahrzeugs oder das Unterwasserfahrzeug selbst gehindert zu werden.

Ferner sind sogenannte Reflektoren zur Verstärkung der Signale vorgesehen, die zwischen dem Hüllkörper des Unterwasserfahrzeugs und den Hydrophonen angeordnet sind. Dank der Reflektoren treffen die Schallwellen nicht nur direkt auf die Hydrophone, sondern es werden auch am Reflektor reflektierte Schallwellen auf die Hydrophone zurückgeworfen. Demnach erhöht sich der Schalldruck der auf die Hydrophone treffenden Schallwellen, da sich die Energien der direkt und indirekt auftreffenden Schallwellen addieren. Hieraus resultieren dann Signale der Hydrophone, die gegenüber Signalen einer Unterwasserantenne ohne Reflektor ein vergleichsweise besseres Signal-zuRausch-Verhältnis aufweisen. Neben dem genannten Vorteil des Reflektors zur Verstärkung der empfangenen Signale weist der Einsatz eines Reflektors jedoch auch einen signifikanten Nachteil auf. Da der Reflektor gerade eingerichtet ist, um Schallwellen zu reflektieren, werden nämlich auch Schallwellen derart reflektiert, dass durch die reflektierten Schallwellen auf die Position des Unterwasserfahrzeugs geschlossen werden kann.

Weist beispielswiese ein erstes Unterwasserfahrzeug eine Unterwasserantenne mit Reflektor auf und treffen Schallwellen eines Aktivsonars eines weiteren Unterwasserfahrzeugs oder die Fahrzeuggeräusche des weiteren Unterwasserfahrzeugs selbst auf den Reflektor des ersten Unterwasserfahrzeugs, werden diese besonders gut reflektiert. Die reflektierten Schallwellen können vom weiteren Unterwasserfahrzeug empfangen werden und es kann auf die Position des Unterwasserfahrzeugs mit der Unterwasserantenne mit dem Reflektor geschlossen werden. Eine Peilung eines Unterwasserfahrzeugs mit einem Reflektor wird also durch den Reflektor vereinfacht, was für ein üblicherweise gewünschtes Unerkanntbleiben natürlich nachteilig ist. Es wurden bereits verschiedene Anstrengungen unternommen, um die Reflexionen einer Unterwasserantenne insgesamt zu minimieren. Beispielsweise erfolgte ein„Einpacken" der Unterwasserantenne durch schaumähnliche Materialien, um die Reflexionen zu absorbieren. Derartige Gegenmaßnahmen eignen sich jedoch hauptsächlich, um Schallwellen mit vergleichsweise hohen Frequenzen gegenüber den Schallwellen mit niedrigen Frequenzen, die sich vornehmlich gut unter Wasser ausbreiten, zu absorbieren. Schallwellen mit vergleichsweise niedrigen Frequenzen werden daher weiterhin reflektiert.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es demnach, eine Unterwasserantenne für ein Unterwasserfahrzeug zu finden, die durch Einsatz eines Reflektors ein verbessertes Signal-zu-Rausch-Verhältnis aufweist und die Reflexionen zur Peilung des Unterwasser- fahrzeugs möglichst minimiert.

Die Erfindung betrifft hierzu eine Unterwasserantenne für ein Unterwasserfahrzeug, das vorzugsweise ein Unterseeboot oder kurz U-Boot ist. Die Unterwasserantenne umfasst einen Reflektor, mehrere Hydrophone und mindestens eine Halterung. Die Halterungen dienen zur Befestigung der Unterwasserantenne an einem Unterwasserfahrzeug. Der Reflektor dient zum Reflektieren von Schallwellen, so dass nicht reflektierte Schallwellen mit den Hydrophonen direkt und indirekt nach der Reflexion am Reflektor empfangen werden. Durch den direkten Empfang einerseits und durch den indirekten Empfang andererseits wird das Signal-zu-Rausch-Verhältnis der aus den Schallwellen erzeugten Signale der Hydrophone verbessert.

Der Reflektor weist zur Reflexion einen oder mehrere Reflektorflächenbereiche auf. Vor den Reflektorflächenbereichen sind die Hydrophone angeordnet. Wird beispielsweise eine Schalleinfallrichtung definiert, aus der Schallwellen hauptsächlich auf einen Reflektorflächenbereich treffen, so liegen die Hydrophone demnach direkt oder beabstandet aus dieser Richtung gesehen vor dem Reflektorflächenbereich.

Erfindungsgemäß ist die Halterung derart am Reflektor angeordnet, um den Reflektor an einem Unterwasserfahrzeug anzubringen, so dass im bestimmungsgemäß mit den Halte- rungen an einem Unterwasserfahrzeug angebauten Zustand der Unterwasserantenne der eine Reflektorflächenbereich, die überwiegende Mehrzahl der mehreren Reflektorflächenbereiche oder alle Reflektorflächenbereiche jeweils einen Normalenvektor aufweisen, der einen Winkel zur Hochachse oder einer Hochachsenparallele des Unterwasserfahrzeugs aufweist, der ein stumpfer Winkel, insbesondere größer als 95°, oder ein spitzer Winkel, insbesondere kleiner als 85°, ist.

Hierbei entspricht gemäß üblicher Bezeichnung eines fahrzeugfesten Koordinatensystems die Längsachse der Achse, die der Richtung der größten Ausdehnung des Unterwasserfahrzeugs und/oder der Bewegungsrichtung des Unterwasserfahrzeugs entspricht und die demnach vom Heck zum Bug verläuft. Gemäß dem Koordinatensystem ist au- ßerdem eine Hochachse definiert, die der vertikalen Achse durch den Schwerpunkt des Unterwasserfahrzeugs entspricht und senkrecht zur Längsachse verläuft. Zuletzt entspricht die Querachse des Unterwasserfahrzeugs einer Achse, die rechtwinklig zur Hoch- und Längsachse verläuft.

Geht man demnach z.B. von einer ebenen Ausgestaltung eines Reflektorflächenbereichs einer Unterwasserantenne aus, so ist dieser Reflektorflächenbereich im bestimmungsgemäß an einem Unterwasserfahrzeug angebauten Zustand der Unterwasserantenne schief, schräg oder geneigt gegenüber der Hochachse oder einer Hochachsenparallele des Unterwasserfahrzeugs angeordnet. Eine Hochachsenparallele entspricht einer Achse, die parallel zur Hochachse des Unterwasserfahrzeugs liegt. Gemäß der Erfindung ist also eine Anordnung der Halterung oder Halterungen am Reflektor vorgesehen, so dass dieser in bestimmter Weise an ein Unterwasserfahrzeug anbringbar ist. Der Reflektor weist ein oder mehrere Reflektorflächenbereichen auf, die z.B. unterschiedlichen Schalleinfallrichtungen zugeordnet sind. Diese Reflektorflächenbereiche entsprechen demnach Abschnitten von Flächen des Reflektors, die insbesondere teilweise unmittelbar aneinander grenzen.

D. h. der Reflektor ist derart an einem Unterwasserfahrzeug befestigbar, dass die Tan- gentialvektoren der Reflektorflächenbereiche gerade nicht senkrecht zu einer Ebene stehen, die durch eine Längs- und Querachse des Unterwasserfahrzeugs aufgespannt wird. Während der üblichen Fahrt oder auch im Stillstand des Unterwasserfahrzeugs, bei dem die Ebene, die durch die Längs- und Querachse aufgespannt wird, im Wesentlichen parallel zur Seeoberfläche ist, steht also der Reflektor niemals senkrecht zur Seeoberflä- che oder Wasseroberfläche.

Dank der Erfindung treffen sich ausbreitende Schallwellen unter Wasser, die sich vorzugsweise horizontal unter Wasser ausbreiten, auf den Reflektor und werden von diesem reflektiert, um das Signal-zu-Rausch-Verhältnis der Signale der Hydrophone zu verbessern. Hierbei werden die Reflexion der Schallwellen jedoch durch die schräge Anordnung der Reflektorflächenbereiche vornehmlich in schräger Richtung auf den Seeboden oder die Seeoberfläche abgelenkt. Es wird somit eine Reflexion der Schallwellen in horizontaler Richtung minimiert, so dass die Reflexionen von einem weiteren Unterwasserfahrzeug zur Peilung, um so auf den Standort des Unterwasserfahrzeugs mit dem Reflektor zu schließen, im Wesentlichen ungeeignet sind. Gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung ist der Reflektor der Unterwasserantenne als Flächenelement mit einer Oberseite und einer Unterseite sowie einer umlaufenden Kante ausgestaltet. Der Reflektor entspricht also einem Flächenelement, wobei dieses Flächenelement durch eine Kante begrenzt ist. Auf der einen Seite der Kante ist dann die Oberseite ausgestaltet und auf der anderen Seite der Kante ist die Unterseite ausgestaltet. Die Oberseite ist durch die Reflektorflächenbereiche gebildet. Demnach bilden also die Reflektorflächenbereiche der Unterwasserantenne die Oberseite des Reflektors. Die Halterungen sind gemäß dieser Ausführungsform an der Unterseite und zusätzlich oder alternativ an den Kanten angeordnet.

Dank der Anordnung der Halterungen an der Unterseite und/oder den Kanten ist eine Anordnung der Hydrophone an der Oberseite, also vor den Reflektorflächenbereichen des Reflektors, insbesondere aus einer Schalleinfallrichtung, möglich. Eine Reflexion am Reflektor, nämlich den Reflektorflächenbereichen, ist somit ungehindert durch die Halterungen möglich. Gemäß einer weiteren Ausführungsform sind die Halterungen an der Unterseite und zusätzlich oder alternativ an den Kanten des Flächenelementes angeordnet und eingerichtet, um den Reflektor am Druckkörper eines Unterwasserfahrzeugs und zusätzlich oder alternativ an einem Hüllkörper des Unterwasserfahrzeugs zu befestigen. Ein Vorteil der Halterungen zur Befestigung am Druckkörper des Unterwasserfahrzeugs ist, dass der Reflektor beispielsweise unabhängig von einem Hüllkörper des Unterwasserfahrzeugs mit dem Druckkörper des Unterwasserfahrzeugs befestigt werden kann. Andererseits ist eine Verbindung mit Halterungen, die eingerichtet sind, am Hüllkörper des Unterwasserfahrzeugs befestigt zu werden, vorteilhaft, da somit keine Befestigung am Druckkörper des Unterwasserfahrzeugs nötig ist, und eine derartige Befestigung auch keinen Einfluss auf die Stabilität des Druckkörpers, z.B. durch Verbindungselemente am Druckkörper, haben kann.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist die Oberseite des Reflektors eine Länge und eine Höhe auf, wobei die Länge einem Vielfachen der Höhe entspricht. Gemäß dieser Ausführungsform sind mehrere Hydrophonelemente, nämlich vorzugsweise mehr als 500 Hydrophonelemente, nebeneinander entlang der Länge des Reflektors angeordnet. Jedes der Hydrophonelemente umfasst hierbei mehrere, nämlich vorzugsweise drei, fünf oder acht, übereinander angeordnete Hydrophone. Die übereinander angeordneten Hydrophone sind vorzugsweise entlang der Höhe, also z. B. senkrecht zur Länge, ange- ordnet.

Durch die Anordnung der Hydrophonelemente nebeneinander wird ein horizontales Beamforming, das auch als horizontales richtungsselektives Empfangen von Schallwellen bezeichnet wird, mit der Unterwasserantenne ermöglicht. Durch die Anzahl von mehreren Hydrophonen innerhalb eines Hydrophonelementes wird das Signal-zu-Rausch- Verhältnis der Unterwasserantenne erhöht, wobei die Einzelsignale eines Hydrophonelements hierzu beispielsweise addiert werden.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform entspricht die Länge des Reflektors einer Mittellinie oder Linie, die innerhalb einer Ebene liegt. Im bestimmungsgemäß an ein Unterwasserfahrzeug angebauten Zustand der Unterwasserantenne liegt die Ebene, in der die Linie liegt, parallel zu einer Ebene, die durch die Quer- und Längsachse des Unterwasserfahrzeugs aufgespannt wird. Ein richtungsselektives Empfangen von Schallsignalen aus verschiedenen in der Horizontalen gesehenen Richtungen ist somit in einer Signalverarbeitungseinrichtung, wie beispielsweise einer Sonaranlage, mit verhältnismäßig geringem Signalverarbeitungsaufwand möglich. Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die Unterwasserantenne eingerichtet, um am Bug und zusätzlich oder alternativ an den Flanken eines Unterwasserfahrzeugs befestigt zu werden. Es ist somit möglich, die Unterwasserantenne so an einem Unterwasserfahrzeug zu befestigen, dass Schallwellen mit der Unterwasserantenne aus nahezu jeder Schalleinfallrichtung empfangen werden können. Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist das Flächenelement entlang seiner Länge U- förmig gebogen. Außerdem weisen die Kanten, die parallel oder im Wesentlichen parallel zur Länge des Flächenelementes verlaufen und einander gegenüberliegen, unterschiedliche Längen auf. D. h., die Kanten des Reflektors, vorzugsweise die obere Kante und die untere Kante, die in Richtung der Länge des Flächenelementes, also des Reflektors, verlaufen, weisen unterschiedliche Längen auf. Hierdurch entsteht eine Form, die im Verbindungsbereich der Schenkel der U-Form einem schräggestellten Kreissegment, ähnlich einem teilweise abgerollten Segment eines Kegelstumpfes, gleichen. Die Schenkel der U-Form schließen dann an den Verbindungsbereich an und setzen die Neigung oder Schrägstellung des Verbindungsbereichs fort. Dank dieser Form ist die Unterwasserantenne vorteilhafterweise am Bug und den Flanken eines Unterwasserfahrzeugs durchgängig befestigbar. Der Empfang von Schallsignalen aus im Wesentlichen allen möglichen horizontalen Schalleinfallrichtungen wird dadurch ermöglicht. Die Form der Unterwasserantenne ist hier so gewählt, dass diese der Form des Hüllkörpers oder des Druckkörpers eines Unterwasserfahrzeugs folgt. Demnach wird durch die U-Form das durchgängige Anbringen am Bug und den Flanken ermöglicht. Durch die unterschiedlichen Längen der Kanten, insbesondere im Bereich des Teils der Unterwasserantenne, die am Bug anbringbar ist, kann die Form der Unterwasserantenne der Form des Hüllkörpers oder des Druckkörpers am Bug oberhalb oder unterhalb einer Mittelline des Unterwasserfahrzeugs folgen. Gemäß einer weiteren Ausführungsform sind alle Hydrophone der Unterwasserantenne jeweils mit einem im Wesentlichen gleichen Abstand von der Oberseite des Reflektors beabstandet angeordnet. Hierdurch wird die Signalverarbeitung vereinfacht, da Reflexionen von Schallwellen am Reflektor auf die Hydrophone mit gleichem Laufzeitunterschied zu den direkt empfangenen Schallwellen fallen und daher dieser Laufzeitunterschied bei der Signalverarbeitung identisch für alle Hydrophone berücksichtigt werden kann.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform sind die Signale der einzelnen Hydrophone einer Hydrophoneinheit oder aus diesen Signalen abgeleitete Signale an einem Signalausgang der Unterwasserantenne derart bereitgestellt, um einzeln ausgewertet zu werden.

Demnach werden also Signale der einzelnen Hydrophone einer Hydrophoneinheit nicht mehr nur zur Verstärkung des Signal-zu-Rausch-Verhältnisses einfach aufaddiert und das daraus entstehende Summensignal als Signal einer Hydrophoneinheit ausgegeben. Vielmehr ist die einzelne Auswertung der Signale möglich, um somit auch ein richtungs- selektives Empfangen aus unterschiedlichen vertikalen Richtungen zu ermöglichen.

Die schräg oder geneigt zur horizontalen Schalleinfallrichtung liegende Oberseite des Reflektors und somit auch die schräge oder geneigte Anordnung der Hydrophoneinheiten kann daher durch die Auswertung der einzelnen Signale der Hydrophone ausgeglichen werden. Trotz der schrägen oder geneigten Anordnung des Reflektors und der Hydro- phoneinheiten ist somit ein Empfangen von sich im Wesentlichen parallel zur Seeoberfläche ausbreitenden Schallwellen, die sich also horizontal ausbreiten, möglich.

Ferner betrifft die Erfindung einen Hüllkörper für ein Unterwasserfahrzeug, wobei der Hüllkörper eingerichtet ist, um außerhalb des Druckkörpers eines Unterwasserfahrzeugs angeordnet zu werden und der Hüllkörper mehrere Hüllkörperflächenbereiche aufweist. Hierbei sind die überwiegende Mehrzahl der Hüllkörperflächenbereiche oder alle Hüllkörperflächenbereiche so angeordnet, dass im an ein Unterwasserfahrzeug angebauten Zustand des Hüllkörpers jeder der Hüllkörperflächenbereiche oder zumindest die überwiegende Mehrzahl der Hüllkörperflächenbereiche jeweils einen Normalenvektor aufweist, der einen Winkel zur Hochachse oder einer Hochachsenparallele des Unterwas- serfahrzeugs aufweist, der ein stumpfer Winkel, insbesondere größer als 95°, oder ein spitzer Winkel, insbesondere kleiner als 85°, ist.

Der Hüllkörper weist eine Öffnung in Form eines Flächenelementes auf und in der Öffnung ist eine Unterwasserantenne nach einer der zuvor genannten Ausführungsformen angeordnet. Die Unterwasserantenne ist hierbei vorzugsweise so in den Hüllkörper integriert, dass diese gegenüber der Außenseite des Hüllkörpers nicht hervorsteht. Ferner betrifft die Erfindung ein Unterwasserfahrzeug mit einer Unterwasserantenne, vorzugsweise einer Unterwasserantenne nach einer der vorgenannten Ausführungsformen, wobei die Unterwasserantenne einen Reflektor und mehrere Hydrophone umfasst. Ferner ist mindestens eine Halterung vorgesehen, mit der die Unterwasserantenne an dem Unterwasserfahrzeug befestigt ist. Der Reflektor weist einen oder mehrere Reflektorflächenbereiche auf, vor dem oder denen Hydrophone angeordnet sind. Der Reflektorflächenbereich, die überwiegende Mehrzahl der Reflektorflächenbereiche oder alle Reflektorflächenbereiche weisen jeweils einen Normalenvektor auf, der einen spitzen oder stumpfen Winkel zur Hochachse oder einer Hochachsenparallele des Unterwasser- fahrzeugs aufweist.

Gemäß einer Ausführungsform des Unterwasserfahrzeugs weist dieses einen den Druckkörper umgebenden Hüllkörper auf. Die Oberfläche des Hüllkörpers ist aus mehreren Hüllkörperflächenbereichen gebildet, wobei im Wesentlichen alle oder zumindest die überwiegende Mehrzahl der Hüllkörperflächenbereiche jeweils einen Normalenvektor aufweisen, der einem stumpfen oder spitzen Winkel zur Hochachse oder einer Hochachsenparallele des Unterwasserfahrzeugs entspricht. Der stumpfe Winkel beträgt vorzugsweise mehr als 95° und der spitze Winkel beträgt vorzugsweise weniger als 85°.

Ferner ist der Reflektor als Flächenelement mit einer Oberseite und einer Unterseite sowie einer umlaufenden Kante ausgestaltet und der Hüllkörper weist eine Öffnung auf, die im Wesentlichen der Form der Oberseite des Reflektors entspricht. In der Öffnung ist die Unterwasserantenne, insbesondere der Reflektor der Unterwasserantenne, angeordnet.

Gemäß einer Ausführungsform des Unterwasserfahrzeugs weist das Unterwasserfahrzeug eine Sonarsignalverarbeitungseinrichtung auf. Die Sonarsignalverarbeitungseinrich- tung ist mit den Hydrophoneinheiten der Unterwasserantenne elektrisch verbunden. Außerdem ist die Sonarsignalverarbeitungseinrichtung eingerichtet, um aus den Signalen der Hydrophone oder aus Signalen, die von den Signalen der Hydrophone abgeleitet sind, Richtungssignale verschiedener zum Unterwasserfahrzeug gesehen vertikaler Schalleinfallrichtungen zu bilden. Außerdem betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Herstellen einer Unterwasserantenne nach einer der vorgenannten Ausführungsformen, wobei ein Flächenelement mit einer U- förmigen Mittellinie aus einem Blech, z.B. durch Schneiden oder Stanzen, herausgelöst wird und das Flächenelement eine Oberseite und eine Unterseite aufweist. Auf der Ober- seite des Flächenelementes werden Hydrophoneinheiten nebeneinander entlang der Mittellinie und an den Kanten und/oder der Unterseite Halterungen angebracht. Zuletzt wird das Flächenelement im Verbindungsbereich der U-Form gebogen, bis die Mittellinie im Wesentlichen in einer Ebene verläuft.

Außerdem umfasst die Erfindung ein Verfahren zum Auswerten von Schallsignalen, die mit einer Unterwasserantenne nach einer der vorgenannten Ausführungsformen empfangen werden. Gemäß dem Verfahren werden mit einer Sonarsignalverarbeitungseinrich- tung die Signale der Hydrophone oder von den Signalen der Hydrophone abgeleitete Signale derart verarbeitet, dass vorzugsweise Schallsignale von der Sonareinrichtung empfangen werden, die aus einer horizontalen Schalleinfallrichtung, also aus einer Horizontalen zu einer Seeoberfläche, auf die Unterwasserantenne einfallen.

Weitere Ausführungsformen ergeben sich anhand der in den Figuren näher erläuterten Ausführungsbeispiele. Hierbei zeigt:

Fig. 1 ein Hydrophonelement,

Fig. 2 mehrere nebeneinander angeordnete Hydrophonelemente vor

einem Reflektor,

Fig. 3 ein Ausführungsbeispiel der Unterwasserantenne und

Fig. 4 ein Unterwasserfahrzeug mit der Unterwasserantenne.

Fig. 1 zeigt ein Hydrophonelement 10, das einen Grundkörper 12 mit einer Grundkörperoberseite 14 aufweist. Auf der Grundkörperoberseite 14 sind mehrere Hydrophonhalterungen 16 angeordnet. In den Hydrophonhalterungen 16 ist jeweils in Hydrophon 18 angeordnet. Das Hydrophon 18 wird auch als Unterwassermikrofon bezeichnet. Elektrische Leitungen 20 sind vorgesehen, um die Hydrophone 18 unmittelbar oder mittelbar mit einer Signalverarbeitungseinrichtung, die vorzugsweise Bestandteil einer Sonareinrichtung ist, zu verbinden. Durch die elektrische Verbindung sind die Hydrophonsignale oder aus den Hydrophonsignalen abgeleitete Signale an die Sonarsignalverarbeitungseinrich- tung übertragbar.

Das Hydrophonelement 10 umfasst vorliegend 8 Hydrophone, die übereinander angeordnet sind. In der Fig. 1 ist ein Ausführungsbeispiel eines Hydrophonelements 10 dargestellt, bei dem die Hydrophone 18 auf dem Grundkörper 12 frei liegen und für sich gesehen mit einem Kunststoffkörper, wie z.B. einem Schaum, ummantelt sind, um die Hydro- phone 18 vor Einflüssen beispielsweise durch Seewasser zu schützen. Gemäß anderen Ausführungsbeispielen sind die Hydrophone zusammen mit dem Grundkörper als eine Art Stab geformt, wobei hier die Hydrophone 18 in ähnlicher Weise in einer Reihe übereinander auf einem Grundkörper 12 angeordnet sind, jedoch insgesamt der Grundkörper 12 und die Hydrophone 18 mit einem Kunststoff umhüllt sind. Außerdem weist das Hydrophonelement 10 zwei Verbindungsteile 21 am oberen und unteren Ende auf, mit der das Hydrophonelement 10 an einem Reflektor einer Unterwasserantenne befestigbar ist.

In Fig. 2 sind mehrere Hydrophonelemente 10 nebeneinander vor einem Reflektor 22 einer Unterwasserantenne angeordnet. Gegenüber den in Fig. 1 dargestellten Hydropho- nelementen 10 handelt es sich in Fig. 2 um ein Ausführungsbeispiel der Hydrophonelemente 10, bei dem der Grundkörper 12 zusammen mit den Hydrophonen mit einem Kunststoff umhüllt ist und als eine Art Stab mit Verbindungsteilen 21 am oberen und unteren Stabende ausgestaltet ist.

Der Reflektor 22 mit den Hydrophonelementen 10 ist nur ausschnittsweise dargestellt. Wie in Fig. 2 erkennbar ist, entspricht der Reflektor 22 einem Flächenelement, das eine Oberseite 26 und eine gegenüber der Oberseite 26 liegende, hier durch die Darstellung nicht sichtbare Unterseite 28 aufweist. Begrenzt wird das Flächenelement durch eine Kante 32. Die Kante 32 umfasst hierbei eine obere Kante 24 und eine untere Kante 30. Außerdem umfasst die Kante 32 zwei seitliche Kanten, die hier aufgrund der aus- schnittsweisen Darstellung nicht dargestellt sind. Die Kante 32 kann auch als Rand oder Begrenzung der Oberseite 26 und der Unterseite 28 bezeichnet werden.

Über die obere Kante 24 des Reflektors 22 verlaufen die elektrischen Leitungen 20 der einzelnen Hydrophonelemente 10 zur Rückseite des Reflektors 22, um dann von dort aus einer Signalverarbeitungseinrichtung zugeführt zu werden. Fig. 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Unterwasserantenne 34. Zur besseren Übersicht ist vorliegend nur der Reflektor 22 der Unterwasserantenne ohne die davor angeordneten Hydrophonelemente 18 dargestellt. Der Reflektor 22 weist eine Höhe 36 auf. Außerdem weist der Reflektor eine Mittellinie 38 auf, die gleichzeitig der Länge 40 des Reflektors 22 entspricht. Die Länge 40 des Reflektors 22 entspricht einem Vielfachen der Höhe 36 des Reflektors 22. Es ist erkennbar, dass die Mittellinie 38 in der hier in Fig. 3 dargestellten perspektivischen Ansicht einen U-förmigen Verlauf aufweist. Der Reflektor 22 ist auf seiner Rückseite mit einer Halterung 42 verbunden, wobei die Halterung 42 dazu eingerichtet ist, die Unterwasserantenne 34 an einem Unterwasser- fahrzeug zu befestigen. Die Halterung 42 ist hierzu durch nicht dargestellte Schraubverbindungen mit der Unterseite 28 des Reflektors 22 fest verbunden.

Außerdem sind mehrere Reflektorflächenbereiche 44a, 44b und 44c dargestellt. Die Reflektorflächenbereiche weisen jeweils einen Normalenvektor 46a, 46b und 46c auf. Die Normalenvektoren 46a - 46c weisen einen spitzen Winkel gegenüber einer Hochachse oder einer Hochachsenparallele eines Unterwasserfahrzeugs auf, wenn die Unterwasserantenne im bestimmungsgemäßen Gebrauch mit der Halterung 42 am Unterwasserfahrzeug befestigt ist. Ferner ist erkennbar, dass die obere Kante 24 des Reflektors 22 gegenüber der unteren Kante 30 des Reflektors 22 länger ist. Hierdurch ergibt sich eine Neigung des Reflektors 22.

Die Neigung lässt sich noch besser in Fig. 4 erkennen, in der die Unterwasserantenne 34 an einem Hüllkörper 50 eines Unterwasserfahrzeugs 52 angebracht ist. Hierzu ist die Halterung 42 mit dem Hüllkörper 50 innerhalb einer Öffnung 53 des Hüllkörpers 50 fest verbunden. Die Unterwasserantenne ist in Fig. 4 an den Flanken 54 und am Bug 56 angeordnet. Durch die perspektivische Darstellung ist nur die steuerbordseitige Flanke erkennbar, wobei die Unterwasserantenne 34 auch auf der backbordseitigen Flanke angeordnet ist.

Der Hüllkörper 50 des Unterwasserfahrzeugs 52 weist eine Mittellinie 58 auf. Die Unterwasserantenne 34 ist demnach unterhalb der Mittellinie 58 angeordnet, wobei die Unter- wasserantenne so am Hüllkörper 50 befestigt ist, dass die obere Kante 24 sowie die untere Kante 30, aber auch die Mittellinie 38 jeweils in parallelen Ebenen liegen. Diese parallelen Ebenen liegen wiederum parallel zu einer Ebene, die durch die Längsachse 60 und Querachse des Unterwasserfahrzeugs 52 gebildet wird. Zur besseren Übersicht wurden in Fig. 4 lediglich die Längsachse 60 sowie die Hochachse 62 schematisch dargestellt. Die Querachse- wie sie üblicherweise bei Fahrzeugen, insbesondere auch bei Unterwasserfahrzeugen, bezeichnet ist - entspricht einer Achse, die von Steuerbord nach Backbord oder umgekehrt verläuft und senkrecht zur Hochachse 62 sowie auch zur Längsachse 60 ist.

In der Fig. 4 ist außerdem dargestellt, dass der Reflektor 22 eine Neigung gegenüber der Hochachse 62 oder einer Hochachsenparallelen aufweist und somit alle Reflektorflächenbereiche 44a - 44c jeweils einen Normalenvektor 46a - 46c aufweisen, der einen stumpfen oder spitzen Winkel zur Hochachse 62 oder einer Hochachsenparallele aufweist.

Demnach ist die Unterwasserantenne 34 so ausgestaltet, dass keine senkrechten Flächen zu einer Ebene, die durch die Längsachse 60 und die Querachse des Unterwasserfahrzeugs 52 gebildet wird, vorhanden ist. Schallwellen, die also auf den Reflektor 22 treffen, werden demnach nur teilweise in eine horizontale Richtung, aber hauptsächlich schräg zum Seeboden, reflektiert.

Im Übrigen ist auch der Hüllkörper 50 derart ausgestaltet, dass im Wesentlichen alle Hüllkörperflächenbereiche jeweils einen Normalenvektor aufweisen, der einen spitzen oder einen stumpfen Winkel gegenüber der Hochachse 62 oder einer Parallele zur Hochachse 62 des Unterwasserfahrzeugs 52 aufweist. Dank der Erfindung wird somit eine Peilung des Unterwasserfahrzeugs 52 erschwert.

Bezuqszeichenliste

10 Hydrophonelement

12 Grundkörper

14 Grundkörperoberseite

16 Hydrophonhalterungen

18 Hydrophon

20 elektrische Leitungen

22 Reflektor

24 obere Kante

26 Oberseite

28 Unterseite

30 untere Kante

32 Kante

34 Unterwasserantenne

36 Höhe des Reflektors

38 Mittellinie

40 Länge des Reflektors

42 Halterung

44a, 44b, 44c Reflektorflächenbereiche

46a, 46b, 46c Normalenvektor

50 Hüllkörper

52 Unterwasserfahrzeug

53 Öffnung im Hüllkörper

54 Flanken

56 Bug

58 Mittellinie

60 Längsachse

62 Hochachse

Claims

Ansprüche

1 . Unterwasserantenne für ein Unterwasserfahrzeug (52), wobei die Unterwasserantenne (34) einen Reflektor (22), mehrere Hydrophone (18) und mindestens eine Halterung (42) zur Befestigung der Unterwasserantenne (34) an einem Unterwasserfahrzeug (52) umfasst, der Reflektor (22) einen oder mehrere Reflektorflächenbereiche (44a - 44c) aufweist und die Hydrophone (18) vor dem oder den Reflektorflächenbereichen (44a - 44c) angeordnet sind, wobei die Halterung (42) derart am Reflektor (22) angeordnet ist, um den Reflektor (22) an einem Unterwasserfahrzeug (52) anzubringen, so dass im bestimmungsgemäß mit der Halterung (42) an ein Unterwasserfahrzeug (52) angebauten Zustand der Unterwasserantenne (34) der eine Reflektorflächenbereich (44a - 44c), die überwiegende Mehrzahl der mehreren Reflektorflächenbereiche (44a - 44c) oder alle Reflektorflächenbereiche (44a - 44c) jeweils einen Normalenvektor (46a - 46c) aufweisen, der einen Winkel zur Hochachse (62) oder zu einer Hochachsenparallele des Unterwasserfahrzeugs (52) aufweist, der ein stumpfer Winkel, insbesondere größer als 95°, oder ein spitzer Winkel, insbesondere kleiner als 85°, ist.

2. Unterwasserantenne nach Anspruch 1 , wobei der Reflektor (22) als Flächenelement mit einer Oberseite (26) und einer Unterseite (28) sowie einer umlaufenden Kante (32) ausgestaltet ist und die Oberseite (26) durch die Reflektorflächenbereiche (44a - 44c) gebildet ist und die Halterung (42) an der Unterseite (28) und/oder der Kante (32) angeordnet ist.

3. Unterwasserantenne nach Anspruch 2, wobei die Halterung (42) an der Unterseite (28) und/oder der Kante (32) des Flächenelementes derart angeordnet ist, um den Reflektor (22) an einem Hüllkörper (50), insbesondere in einer Öffnung (53) des Hüllkörpers (50), und/oder einem Druckkörper des Unterwasserfahrzeugs (52) zu befestigen.

4. Unterwasserantenne nach Anspruch 2 oder 3, wobei die Oberseite (26) des Flächenelementes eine Länge (40) und eine Höhe (36) aufweist, wobei die Länge (40) einem Vielfachen der Höhe (36) entspricht, die Unterwasserantenne (34) eine Vielzahl von Hydrophonelementen (10) aufweist, die entlang der Länge (40) des Reflektors (22) nebeneinander angeordnet sind und die jeweils mehrere, insbesondere 3, 5 oder 8, übereinander, insbesondere im Wesentlichen entlang der Höhe (40), angeordnete Hydrophone (18) umfasst.

5. Unterwasserantenne nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Reflektor eine Mittellinie (38) aufweist, entlang der die Länge (40) verläuft und die im bestimmungsgemäß an ein Unterwasserfahrzeug angebauten Zustand der Unterwasserantenne (34) in einer parallelen Ebene zu einer Ebene liegt, die durch die Quer- und Längsachse (60) des Unterwasserfahrzeugs (52) aufgespannt wird.

6. Unterwasserantenne nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Unterwasserantenne (34) eingerichtet ist, am Bug (56) und/oder den Flanken (54) eines Unterwasserfahrzeugs (52) befestigt zu werden.

7. Unterwasserantenne nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Flächenelement entlang seiner Länge U-förmig gebogen und die zur Länge parallel verlaufenden einander gegenüberliegenden Bereiche der Kante (32), nämlich die Oberkante (24) und Unterkante (30), unterschiedlich lang sind.

8. Unterwasserantenne nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei alle Hydrophone (18) der Unterwasserantenne (34) jeweils mit einem im Wesentlichen glei- chen Abstand von der Oberseite (26) des Reflektors (22) beabstandet angeordnet sind.

9. Unterwasserantenne nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei Signale der einzelnen Hydrophone (18) einer Hydrophoneinheit (10) oder aus den Signalen abgeleitete Signale an mindestens einem Signalausgang der Unterwasserantenne (34) derart bereitstellbar sind, um einzeln ausgewertet zu werden.

10. Hüllkörper für ein Unterwasserfahrzeug (52), wobei der Hüllkörper (50) einen oder mehrere Hüllkörperflächenbereiche aufweist und im bestimmungsgemäß an ein Unterwasserfahrzeug angebauten Zustand des Hüllkörpers alle oder zumindest die überwiegende Mehrzahl der Hüllkörperflächenbereiche jeweils einen Normalenvektor aufweisen, der einen Winkel zur Hochachse oder einer Hochachsenparallele des Unterwasserfahr- zeugs (52) aufweist, der ein stumpfer Winkel, insbesondere größer als 95°, oder ein spitzer Winkel, insbesondere kleiner als 85°, ist und der Hüllkörper eine Öffnung (53) zur Aufnahme einer Unterwasserantenne nach einem der Ansprüche 1 bis 9 aufweist.

1 1 . Unterwasserfahrzeug mit einer Unterwasserantenne, insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei die Unterwasserantenne (34) einen Reflektor (22), mehrere Hydrophone (18) und mindestens eine Halterung (42) aufweist, mit der die Unterwasserantenne (34) an dem Unterwasserfahrzeug (52) befestigt ist, der Reflektor (22) einen oder mehrere Reflektorflächenbereiche (44a - 44c) aufweist und die Hydrophone (18) vor dem oder den Reflektorflächenbereichen (44a - 44c) angeordnet sind, wobei der eine Reflektorflächenbereich (44a - 44c), die überwiegende Mehrzahl der mehreren Reflektorflächenbereiche (44a - 44c) oder alle Reflektorflächenbereiche (44a - 44c) jeweils einen Normalenvektor (46a - 46c) aufweisen, der einen Winkel zur Hochachse (62) oder zu einer Hochachsenparallele des Unterwasserfahrzeugs (52) aufweist, der ein stumpfer Winkel, insbesondere größer als 95°, oder ein spitzer Winkel, insbesondere kleiner als 85°, ist.

12. Unterwasserfahrzeug nach Anspruch 1 1 , wobei das Unterwasserfahrzeug (52) einen einen Druckkörper des Unterwasserfahrzeugs (52) umgebenden Hüllkörper (50) aufweist, dessen Oberfläche durch mehrere Hüllkörperflächenbereichen gebildet wird, wobei im Wesentlichen alle oder zumindest die überwiegende Mehrzahl der Hüllkörper- flächenbereiche jeweils einen Normalenvektor aufweisen, der einen Winkel zur Hochachse (62) oder einer Hochachsenparallele des Unterwasserfahrzeugs (52) aufweist, der ein stumpfer Winkel, insbesondere größer als 95°, oder ein spitzer Winkel, insbesondere kleiner als 85°, ist, der Reflektor (22) als Flächenelement mit einer Oberseite (26) und einer Unterseite (28) sowie einer umlaufenden Kante (32) ausgestaltet ist und der Hüllkörper (50) eine Öffnung (53) aufweist, die im Wesentlichen der Form der Oberseite (26) des Reflektors entspricht, wobei in der Öffnung (53) die Unterwasserantenne (34) ange- ordnet ist.

13. Unterwasserfahrzeug nach einem der Ansprüche 1 1 oder 12, wobei das Unterwasserfahrzeug (52) eine Sonarsignalverarbeitungseinrichtung aufweist, die mit den Hydrophoneinheiten (10) der Unterwasserantenne (34) elektrisch verbunden ist und die eingerichtet ist, um aus den Hydrophonsignalen oder aus von den Hydrophonsignalen abgelei- teten Signalen Richtungssignale verschiedener, zum Unterwasserfahrzeug gesehen vertikaler Schalleinfallrichtungen zu bilden.

14. Verfahren zum Herstellen einer Unterwasserantenne nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei ein Flächenelement mit einer U-förmigen Mittellinie (38) aus einem ebenen Metall, z. B. Blech, herausgetrennt wird, auf die Oberseite des Flächenelementes Hydro- phonelemente (10) entlang der Mittellinie (38) und auf der Unterseite und/oder den Kanten (32) des Flächenelementes mindestens eine Halterung (42) angebracht wird und das Flächenelement nach dem Ausschneiden entlang der Mittellinie (38) gebogen wird, bis die Mittellinie (38) in einer Ebene liegt.

15. Verfahren zum Auswerten von Schallsignalen, die mit einer Unterwasserantenne nach einem der Ansprüche 1 bis 9 empfangen werden, wobei mit einer Sonarsignalverar- beitungseinrichtung, die mit Hydrophoneinheiten (10) der Unterwasserantenne (34) elektrisch verbunden ist, Richtungssignale verschiedener, zum Unterwasserfahrzeug gesehen vertikaler Schalleinfallrichtungen gebildet werden.