WO2024056633A1 - Signaturmanagementsystem - Google Patents

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Publication number
WO2024056633A1
WO2024056633A1 PCT/EP2023/074968 EP2023074968W WO2024056633A1 WO 2024056633 A1 WO2024056633 A1 WO 2024056633A1 EP 2023074968 W EP2023074968 W EP 2023074968W WO 2024056633 A1 WO2024056633 A1 WO 2024056633A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
signature
watercraft
module
active elements
management system
Prior art date
Application number
PCT/EP2023/074968
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Reiner Bußkamp
Original Assignee
Thyssenkrupp Marine Systems Gmbh
Thyssenkrupp Ag
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Thyssenkrupp Marine Systems Gmbh, Thyssenkrupp Ag filed Critical Thyssenkrupp Marine Systems Gmbh
Publication of WO2024056633A1 publication Critical patent/WO2024056633A1/de

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Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63G—OFFENSIVE OR DEFENSIVE ARRANGEMENTS ON VESSELS; MINE-LAYING; MINE-SWEEPING; SUBMARINES; AIRCRAFT CARRIERS
    • B63G13/00—Other offensive or defensive arrangements on vessels; Vessels characterised thereby
    • B63G13/02—Camouflage
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63G—OFFENSIVE OR DEFENSIVE ARRANGEMENTS ON VESSELS; MINE-LAYING; MINE-SWEEPING; SUBMARINES; AIRCRAFT CARRIERS
    • B63G8/00—Underwater vessels, e.g. submarines; Equipment specially adapted therefor
    • B63G8/28—Arrangement of offensive or defensive equipment
    • B63G8/34—Camouflage

Definitions

  • the invention relates to a watercraft and a method with an integrated signature management system.
  • a military watercraft with sensors is known from DE 10 2020 200 471 A1. From DE 10 2008 051 308 A1 a submarine with a system for releasing gas is known.
  • the object of the invention is to provide a holistic signature management system.
  • the watercraft according to the invention has a system for electronic data processing.
  • the system for electronic data processing usually consists of a plurality of individual components that are connected to one another via at least one network.
  • the system for electronic data processing can often consist of two separate and only partially connected subsystems, a so-called red network and a so-called black network. While the red network is a purely ship-internal network to which all safety-critical ship components are connected. This particularly protects all data in the red network, the loss of which could pose a disadvantage to external security.
  • the black network is usually designed for external communication and is therefore fundamentally more open and therefore more vulnerable. Data exchange between the red network and the black network is usually only possible in a very restrictive manner in order to prevent an attack on the red network from outside.
  • the system for electronic data processing thus includes all interconnected data processing devices watercraft.
  • the watercraft has sensors.
  • the most important sensors of watercraft are in particular sonar sensors, radar, antennas, for example for radio reconnaissance, cameras in the visible range and/or in the infrared range, anemometers, and many more.
  • the sensors are clearly used to clarify the surroundings and are used to detect and evaluate dangers.
  • the sensors are therefore not used to capture your own image, but rather to capture the external world. Therefore, the sensors could also be referred to as environmental sensors.
  • These are not system-internal sensors, such as a thermocouple in a refrigerator, which switches on a cooling device when one temperature is exceeded and deactivates this cooling device again when it falls below a second temperature.
  • the electronic data processing system is connected to the sensors to accept the data recorded by the sensors.
  • the sensors collect data and then send it in a processable form to the system for electronic data processing.
  • each sensor is assigned a specific data processing device within the data processing system and these are connected to one another.
  • the sonar sensors are connected to a sonar data processing device.
  • the watercraft has active elements. Active elements are to be understood broadly within the meaning of the invention. Active element means everything that has an effect in the physical world, i.e. outside of pure data processing. An active element is, for example, the motor, which can be used to generate propulsion. Another active element can be, for example, a weapon system.
  • An active element can also be a compressed air compressor, a refrigerator, an active element of the electrical distribution network or a door locking device.
  • active transmitting antennas also count as active elements, since these are designed to emit electromagnetic radiation, for example.
  • the system for electronic data processing is designed to control the active elements and is connected to the active elements for control.
  • the traction motor can be controlled via a control station as part of the system for electronic data processing and the watercraft can thus be moved.
  • the active elements have at least first states and second states.
  • a hangar door can be open or closed.
  • a wall cooling device which sprays the outer skin with water for cooling, can be switched on or off.
  • the Signature of the watercraft is different in the first states and the second states.
  • the hangar door is open, flight operations are possible, but the open hangar door has a negative influence on the radar cross-section and the signature is significantly worse. If the hangar door is closed, the signature is minimized, the radar cross-section is minimal, but no flight operations are possible. If the outer skin is sprayed with water through a wall cooling device, the thermal signature is reduced. On the other hand, energy is required and water is constantly pumped onto the watercraft, so this should be done now if the thermal signature is really relevant. So there are good reasons why the active elements are not necessarily in the optimal state for the signature.
  • the system for electronic data processing has a signature management system.
  • the signature management system is therefore an integral part of the electronic data processing system and is designed to receive the recorded data or an evaluation of the recorded data, evaluate them using algorithms and output data for signature optimization.
  • the data collected can include both direct sensor data and data from systems from the evaluation of the sensor data.
  • it can be the sonar data or the data of contacts identified using this sonar data.
  • the algorithms can take data from databases into account as well as include mathematical models.
  • the mathematical models include modeling of one's own signature depending on the operating parameters of the watercraft.
  • the output of the data for signature optimization and thus for changing the control of the active elements to change the signature of the watercraft by changing the states of the active elements can include both the direct operative connection between the signature management system and the indirect operative connection between the signature management system and the active element.
  • the indirect active connection can include a manual step for controlling the active elements; the result of the signature management system is, for example, displayed to a person as a suggestion, whereby the person can then take the suggested measures. This can happen with a direct active connection
  • Signature management system takes the calculated measures directly and automatically and intervenes directly in the system control.
  • the signature management system is designed to change the control of the active elements to change the signature of the watercraft by changing the states of the active elements through the electronic data processing system.
  • the signature management system is therefore an integral part and thus connects a variety of systems. This makes it possible to adapt your own signature much more quickly, efficiently and in a more targeted manner. For example, if a sound contact is detected by the sonar system of a submarine and this is recognized as an enemy frigate in the electronic data processing system, the signature management system can react immediately and, for example, switch off the cooling room. This will maintain the temperature even after switching off, but unnecessary noise development can be avoided. Or in another example, a frigate's radar detects an approaching aircraft, so the signature management system can, for example, close hangar doors to reduce the radar cross section. Active elements are specifically controlled depending on time and situation in order to achieve targeted changes in the signature in order to achieve a targeted reduction in the probability of detection. It's not about controlling a pump permanently or only based on a general specification, for example in order to always reduce noise when submerged at low speed, but rather about a targeted reaction to a threat situation detected by the sensors.
  • the signature management system is used on watercraft to ensure operational effectiveness and survivability.
  • a watercraft's signatures are an essential design feature. The ability to conduct covert operations relates directly to the signature. This is particularly true, for example, for underwater units.
  • the "non-locatability" of an underwater unit is its raison d' scope. If the underwater unit were easily detectable, it would be dispensable as a means of naval warfare.
  • the operational advantage of an underwater unit, for example, over other means of naval warfare is the high detection and combat range. In contrast, the enemy's underwater unit was difficult to detect by surface and underwater units, land-based units and air-based units.
  • the operational environment is changing rapidly and threats from sea, air and land-based units have increased.
  • Signatures can vary depending on the operating and switch-on status and aging of the active elements.
  • the functional chain consisting of one's own signature, the spread of one's own signature and the sensitivity of opposing sensors, is ultimately the relevant factor. Therefore, knowledge of environmental dispersal conditions and threat intelligence are of utmost importance. Last but not least, the balance between your own sensitivity and your own sensor performance is relevant. It is a crucial factor in gaining and maintaining a tactical advantage and self-protection. An assessment of both the enemy's sensor performance and its sensitivity is an important basis for planning and executing operations.
  • All modules of the signature management system are used to record, process, calculate, store and distribute data. Parameters are determined for individual signatures with regard to change, susceptibility and sensitivity. The real-time calculations of current signature values, susceptibility and sensitivity of extensive parameters are based on information about the environment, operating and switch-on status and the signature with the aim of monitoring the signature and adapting it to the tactical situation.
  • the signature of a watercraft includes the change in the physical parameters of the environment resulting from its presence. Such changes can be detected by opposing surface and underwater units and thus used for reconnaissance and weapons use.
  • the signature management system includes a balanced consideration of all relevant signatures, control and reduction of signatures throughout the life cycle, taking into account the operation, task, capability, sea area and environmental conditions.
  • the signature management system has a module for the non-acoustic signature.
  • the non-acoustic signature includes in particular the radar cross section or the heat emission. Due to the increasing number of detection methods being used, this area in particular is of increasing importance but also of growing complexity. An important building block for this is the personal knowledge that must be present in the module for the non-acoustic signature. For example, if the watercraft has a hangar, for example, it must be known what the radar cross section is with the hangar door open and how large the radar cross section is with the hangar door closed. In short, the non-acoustic signature module needs to know what measures can be taken to reduce the non-acoustic signature and what effect they will have.
  • the module for the non-acoustic signature preferably has a database in which measures to reduce the non-acoustic signature and their effect are recorded.
  • the module for the non-acoustic signature is designed to reduce the thermal signature.
  • the module for the non-acoustic signature can therefore preferably not only suggest measures, but preferably take them automatically. This significantly shortens the system's response time, so that a rapidly changing threat situation can be responded to more quickly. This can also be particularly advantageous in an asymmetrical threat situation.
  • the module for the non-acoustic signature is designed to adjust the direction of travel of the watercraft and/or to spray the outer skin of the watercraft for cooling. The direction of travel determines the surface facing the sun. By changing the direction of travel, excessive heating and thus easier IR detection can be avoided.
  • the module for the non-acoustic signature is designed to reduce the radar cross section to close openings, in particular through gates.
  • the outer hull of a ship for example a frigate, is now usually optimized with regard to the radar cross section.
  • the gates When the gates are open, they often produce a very clear radar image. Therefore, the radar cross section can be quickly reduced again by closing the gates, for example when an approaching missile is detected. The effect of a countermeasure can thereby be improved.
  • the signature management system has a module for the acoustic signature.
  • the acoustic signature is one of the most important signatures due to the good and fast sound transmission and the constant sound generation by the propeller of a watercraft, which is why it is usually considered separately.
  • the acoustic signature in particular has been comparatively well recorded in the past due to its importance and is also considered today, but in isolation, as is known, for example, from DE 10 2022 203 332 in connection with a variable pitch propeller. What is new is the integration into the overall system, so that, for example, the familiar adjustment of the pitch angle of the propeller can be carried out depending on detected and identified enemy contacts.
  • the module for the acoustic signature is designed to reduce the acoustic signature by adapting or switching off active elements.
  • the active elements are selected from the group comprising drive, compressor, compressor, air conditioning and heating technology.
  • climate and Thermal technology can simply be switched off for a short time, for example the cooling of cold rooms. In this case, an increase in temperature is accepted for a short-term reduction in the acoustic signature.
  • the drive can, for example, be slowed down.
  • the pitch angle of a variable pitch propeller can be adjusted in order to drive more quietly but possibly with higher consumption.
  • the signature management system has a module for mission planning. This makes it possible to adapt route and signature to one another.
  • the route can be planned around known location points in such a way that, depending on the planning, the course in this area is chosen to be more extensive if active elements are required that would enable detection. Alternatively, such active elements can be switched off in long-term planning in such areas to take a shorter course. Due to the highly integrative nature of the signature management system, mutual optimization can take place.
  • the mission planning module is designed to calculate the probability of detection along a planned route and to take into account the existing energy reserves.
  • energy reserves include in particular the energy stored in the batteries, as well as the energy that can be generated, for example, via a fuel cell.
  • the diesel reserve for surface travel can also be taken into account as an energy reserve. Therefore, the energy reserve can also depend on the type of travel (surfaced or underwater). Therefore, when planning a mission, planning can also be carried out taking into account diving trips, snorkeling trips and surface trips in order to optimally use the energy reserves.
  • the mission planning module is designed to take the weather forecast into account when planning the route.
  • the weather is not only relevant for the journey itself, it also has a direct influence on the signature and the probability of detection. While, for example, strong, turbulent wind leads to rapid mixing of exhaust gases and thus the thermal While a very cold environment can help reduce the signature, a very cold environment can increase the probability of detection. In completely smooth seas, the stern water of a ship can be seen much better and for longer than in a stormy sea. Rain and clouds can further complicate detection in the visible range, while clear weather favors optical detection. When planning your route, it can therefore make sense to specifically select areas with weather events that have a positive influence on the signature.
  • the mission planning module is designed to plan the switch-on of the active elements. For example, cold rooms can be cooled at times when the signature is less critical. In times when a high risk is expected, these active elements, for example a cold room, can be switched off. So you shift unavoidable emissions that enable detection to times when this is less critical.
  • the signature management system has a module for enemy assessment.
  • Enemy rating means that assumed ability values are assigned to a contact. For example, if a ship is classified as a submarine hunting unit, it can be assumed that this ship will have better sonar than, for example, a task force supply unit. Therefore, in this case, the distance would have to be chosen to be larger or the signature to be significantly reduced in order to avoid detection. Particularly in the area of non-acoustic signatures, the assessment of enemy ships is becoming increasingly complex. Therefore, the enemy assessment module preferably has a database. The enemy unit database shows assumed detection ranges by detection type. This makes at least a relative estimate possible.
  • the system for electronic data processing additionally has one or more systems selected from the group of sensor systems, weapon control systems, navigation systems, and communication systems.
  • the system for electronic data processing has a visualization device.
  • the visualization device serves to display the route, for example and preferably in the form of an interactive map.
  • the visualization device is particularly preferably arranged on the bridge.
  • the mission planning module is integrated in a sensor control system (Sensor Command an Control System, SCCS).
  • SCCS Sensor Control System
  • the signature management system can, for example, be equipped with some or all of the following modules:
  • the signature management system has a module for mission planning.
  • This makes it possible to carry out a driving range calculation (forecast) on all planned waypoints in offline mode for planning on land as well as a driving range calculation on all waypoints and on every ship position in online mode for use at sea, including monitoring of the active elements, taking into account the environmental conditions.
  • the travel range calculations and the monitoring results of the operating and switch-on states of the active elements are transferred to the visualization, monitoring and control module for further processing.
  • the module is designed for mission planning one or more of the following tasks:
  • the energy reserves of an underwater unit include, for example, in particular the energy stored in the batteries, the fuel stored in the bunkers and the stored reactants, oxygen and hydrogen, in the storage tanks provided for the drive that is independent of outside air.
  • the energy reserves depend on the operating states of the active elements.
  • the mission planning module calculates optimal driving ranges along a planned or driven route, taking into account the existing energy reserves and environmental conditions.
  • the mission planning module has a database with sea area data such as temperatures, propulsion performance data and switch-on lists for each operating mode.
  • the signature management system has a module for the non-acoustic signature.
  • the module for the non-acoustic signature can, for example and in particular, include the measurement and calculation of the following non-acoustic signatures:
  • the module for the non-acoustic signature is designed for the calculation and the target/actual comparison of the non-acoustic signature with previously set threshold parameters for the maximum permissible detection probability. Furthermore, a transmission of the target-actual comparison of the non-acoustic signature, in particular with proposed measures if the signatures are exceeded, can be transferred, for example, to the module for visualization, monitoring and control. The module for visualization, monitoring and control then takes action if previously set threshold parameters are exceeded, depending on the selected “automatic” or “semi-automatic” operating mode.
  • the module for the non-acoustic signature has, for example and in particular, a historical database.
  • the infrared signature and the visual signature is the difference in radiation intensity between the watercraft and the background and is highly dependent on external influences and can be reduced, for example, by active cooling or heating.
  • the direct signature hotspot
  • the indirect signature the visual signature.
  • a watercraft creates a direct signature (hotspot) through its deployment devices because they are equipped with electronic components. These electronic components emit heat and can be detected by enemy surface and underwater units as well as airborne units.
  • the direct signature can be reduced, for example, by switching off electronic components or simply by retracting the extension devices.
  • the indirect signature is generated by a watercraft when, for example, the tower or extension devices break through the water surface. So-called white water and Kelvin waves or thermal wakes arise, which depend on the deployment device constellation and the speed of the watercraft and can also be detected by enemy surface and underwater units as well as air-based units.
  • the indirect signature can be reduced, for example, by reducing the extension device constellation or by reducing the speed or simply by retracting the extension devices.
  • the visual signature is generated by a watercraft when, for example, turbulent waves, water vortices or very wavy water surfaces form, for example caused by an underwater unit traveling very close to the water surface. It is also possible for the silhouette of an underwater entity to shine through the surface of the water.
  • the visual signature can be detected by enemy surface and underwater units as well as airborne units.
  • the visual signature can be reduced, for example, by reducing the speed near the water surface or simply by changing the diving depth.
  • the radar backscatter cross section of an object is determined by:
  • the signature reduction concept is based on a small geometric cross-section and reduced reflectivity through the use of radar absorbent material (RAM). Both the size and the ability to apply RAM often conflict with the requirements of sensor capabilities. It's about a strategic balance between one's own ability to detect targets at long range, which usually implies large antennas and consequently increases the risk of being detected due to the large antennas.
  • Airborne anti-submarine units use the X-band (8.2-12.4 GHz) to detect deployed devices from underwater units.
  • the RAM coating is combined. Further measures include the selection of optimized designs for the deployment devices of underwater units during the design phase.
  • the outer shell for example that of a surface unit, is now usually optimized with regard to the radar backscatter cross section.
  • the radar backscatter cross section can be reduced by closing the gates, for example if the surface unit is attacked by a missile. The effect of a countermeasure can thereby be improved.
  • the electromagnetic singing nature has, for example and in particular, the following manifestations:
  • Iron that is in a strong magnetic field for a short time or a weak magnetic field for a long time becomes a permanent magnet.
  • the causes are the constant influence of the earth's magnetic field due to long periods of time in one place, especially the manufacturing phase in the shipyard.
  • Constant vibrations and power supplies, for example from electric welding systems, also have an aggravating effect.
  • Eddy current magnetism depends on the vehicle's own motion, particularly due to rolling and pitching at high speeds and heavy seas. DC stray field magnetism
  • Corrosion currents that arise due to different metals (ship hull, sacrificial anodes) in seawater have a very strong influence.
  • the effects of these currents are diverse and generate static magnetic fields through compensating currents.
  • Corrosion currents that arise due to different metals (ship hull, sacrificial anodes) in seawater have a very strong influence.
  • the effects of these currents are diverse and generate alternating magnetic fields through compensating currents.
  • TAA very low-frequency electromagnetic emissions
  • ELFE Extremely Low Frequency Electromagnetic
  • the watercraft is regularly subjected to magnetic treatment to eliminate permanent magnetism.
  • the aim of the treatment is to eliminate the residual magnetic field in its entirety.
  • the residual magnetic field should be uniform, symmetrical and as stable as possible along the entire vessel.
  • the effectiveness of magnetic treatment is to minimize the static magnetic signature. It is not stable over time and should be repeated regularly during the usage phase.
  • the sea area in which the vessel operates must also be taken into account due to the induced portion of the static magnetic signature.
  • the static magnetic signature changes on a watercraft due to magnetostriction during operation.
  • the electromagnetic signature is detected and adjusted using built-in magnetic sensors.
  • Information about ship configuration and settings as well as environmental information is provided via interfaces to various ship systems and a database.
  • a watercraft equipped with a magnetic self-protection system has the task of reducing the static magnetic signature while taking into account the change in the static magnetic signature. For this, an adjustment of the measuring range is necessary.
  • MES magnetic self-protection system
  • the task of the signature management system can be the acquisition and storage of magnetic sensor data, the estimation of the magnetic signature in real time as Include function of the operating state of the active elements. For example, a cold room can be switched off. So you shift unavoidable emissions that enable detection to times when this is less critical, real-time adjustment of the actual magnetic signature, prediction of the magnetic signature depending on the operating state using historically recorded data.
  • Further tasks can include monitoring the magnetic self-protection system (MES). They are, for example and in particular, the alerting of deviations in the magnetic signature and in particular the provision of signature information for the assessment and prediction of mine passages and the assessment and prediction of the detection sensitivity of airborne units, such as maritime patrol aircraft and anti-submarine helicopters.
  • MES magnetic self-protection system
  • the signature management system has a module for the acoustic signature.
  • the acoustic signature module includes, for example and in particular, the measurement and calculation of the following acoustic signatures:
  • the module for the acoustic signature is designed for the calculation and the target/actual comparison of the acoustic signature with previously set threshold parameters for the active elements. Furthermore, the module for the acoustic signature is designed for the transmission of the target/actual comparison of the acoustic signature and in particular including proposed measures if the signature threshold value is exceeded to the module for visualization, monitoring and control. The module for visualization, monitoring and control then takes action if previously set threshold parameters are exceeded, depending on the selected “automatic” or “semi-automatic” operating mode.
  • the module for the acoustic signature particularly and preferably has historical databases.
  • the acoustic target level signature (Water Borne Noise_WBN) is divided into the following signatures:
  • ABS Air Borne Noise
  • Flow noises are hydrodynamic noises and are generated by turbulent boundary layers between the ship's hull and the water. They are travel dependent. Possible causes include fluctuating flow speed of water along the ship's hull or pressure body, excitation of mechanical components, as well as noise at inlets and outlets as well as flow-related cavitation. Hydrodynamic noise only plays a small part in the overall ship. They are often overlaid by engine and propeller noises. But they play an important role in your own sonar systems. The effectiveness of sonar systems is particularly influenced at high speeds. The detection of wake turbulence (swath effects) plays a major role in submarine hunting. These hydrodynamic Wake vortex signatures are used to classify known but also unknown wake vortices from hydrodynamic signal measurements. . Sources for this signature include, for example, ship and boat geometry as well as active elements from the group of ship technical systems.
  • Measures to reduce flow noise include changing the boat geometry, reducing speed, increasing diving depth, small rudder angles or small course and depth maneuvers.
  • the strategy for detecting wake turbulence is based on a flow model for detecting “Kärmän wake turbulence”. This includes the creation of a wake vortex classification database for hydrodynamic wake vortex signatures to classify unknown wake vortices from signal measurements.
  • Propeller noises are cavitation and sound radiation from the propeller.
  • the rotation frequencies of the drive motor and blade rotation frequencies occur in the lower frequency range.
  • Propeller blades resonate due to broadband excitation of the flow.
  • a self-sustaining oscillation with a very high level (singing) occurs.
  • the continuous spectrum is generated directly in the water and depends on the speed and the water depth.
  • the propeller is also influenced by the hydrodynamic interaction, i.e. by the watercraft's fluctuating wake fields.
  • the varying pressure fields have an influence on the behavior of the stern ship.
  • Propeller cavitation is vacuum bubbles that burst or collapse when exposed to normal pressures again due to a large drop in pressure at the liquid-surface interface. Such a process creates an acoustic and seismic "shockwave" that can damage neighboring structures.
  • the source of this signature is the propeller of the active element from the group of ship's technical systems.
  • Measures to reduce propeller noise include changing the propeller geometry, reducing speed, Cavitation controller, greater diving depth, small rudder positions or small course and depth maneuvers as well as the setting angle of the rudder blades.
  • surface units can reduce radiated noise and mask their propeller blade configuration by switching on a so-called “Prairie Masker System”. This reduces their signature.
  • the module for the acoustic signature for example and preferably, has a database, also with historical information from previous constructions, in which measures to reduce the acoustic signature and their effect are recorded.
  • SBN Structure Borne Noises
  • the machines mainly generate vibrations at individual frequencies or harmonic fundamental frequencies. These lines are very stable over time and are used as a means of classification.
  • the causes of machine noise are rotating imbalances in units, friction of the shaft, shock excitations in units, cavitation in pumps, pipes and valves as well as transients in the steering system and mechanical defects.
  • Causes also include noises generated by the crew, for example during the changing of the watch, as well as general activities such as movements in the boat.
  • Sources for this signature include, for example, active elements from the group command and weapon deployment system, ship's technical system and ship or boat geometry.
  • Measures to reduce structure borne noise are sound insulation modules, double elastic bearings, individually elastic bearings, floating decks, flexible loops for cabling in elastically mounted systems and active noise cancellation.
  • the module for the acoustic signature preferably has a database, including historical information from previous designs, in which measures to reduce the acoustic signature and their effect are recorded.
  • the strategy for detecting structure-borne noise is based, for example, on the following databases:
  • Air Borne Noises are sound waves that are picked up through the air in the room, transmitted and reflected on obstacles.
  • Sources for this signature are, for example, active elements from the group of ship technical systems.
  • Measures to reduce air borne noise include silencers, floating decks and active noise cancellation.
  • the module for the acoustic signature preferably has a database, also with historical information from previous constructions, in which measures to reduce the acoustic signature and their effect are recorded.
  • Fluid Borne Noises contribute significantly to airborne and structure-borne noise in fluid flow systems. Fluid borne noise can lead to fatigue of system components. This signature can be reduced through passive and active measures.
  • Hydraulic systems are divided into passive and active measures to reduce the signature.
  • passive measures include:
  • Active measures include, for example:
  • Sources for this signature are, for example, active elements from the group of ship technical systems.
  • the acoustic target signature is a backscatter phenomenon that depends on the geometry of the object.
  • the acoustic target signature also called target echo strength, has a significant influence on whether a watercraft can be detected with an active sonar system.
  • Primary threats to underwater units include surface units equipped with high, medium and/or low frequency sonar systems. Sea mines can also be equipped with a small active sonar system. It is not absolutely necessary that the transmitter is at the location of the receiver (mono- or multi-static principle).
  • the disadvantage of active sensors is the energy consumption and the betrayal if the system is constantly active.
  • Incoming light and heavyweight torpedoes with their active torpedo sonar are another threat to both surface and underwater units.
  • the use of new bi-/multi-static sonar positioning methods is changing the threat situation for underwater units.
  • the bi-/multi-static positioning method is a decoupling of the transmitter (TX) and receiver (RX).
  • the covert operating unit is the real beneficiary of this procedure. He poses the greatest danger (silent shooter).
  • the bistatic receiver's algorithms enable it to not only locate direct sound incidence (direct blast), but also to detect bistatic sound that is reflected from the environment and arrives with a time delay. These two signals are correlated with the originally transmitted active signal and echoes are detected.
  • the bi-/multi-static positioning method increases the detection range. Thus, the operational environment for the submarine changes.
  • Submarine fighter units operate in either a cooperative or non-cooperative manner.
  • the surface submarine hunting unit and the underwater submarine hunting unit act as a coordinated submarine hunting group.
  • the underwater unit operates independently and uses the bistatic sound incidence for bistatic location (ping steel). This procedure is available to both a friendly and enemy underwater unit.
  • Possible measures to reduce the acoustic target dimension signature include, for example, a modified boat geometry with a reflection-reducing coating (invisibility cloak concept) for an underwater unit.
  • the invisibility cloak concept significantly reduces the probability of detection.
  • a reflection-reducing coating or sound-cancelling coating would also be possible without changing the boat's geometry.
  • the principle of active sound cancellation is based on monitoring the incoming sound at the target. With the help of its own sound source on the target body, an identical signal that is 180 ° out of phase is generated. Both sound signals overlap each other (destructive interference) and, in the best case, cancel each other out. The sound is therefore destroyed at the target; theoretically there is no reflection.
  • the process requires fast, cost-intensive measurement, control and transducer technology on the target body and is therefore not important for reducing reflections on large and complex sonar targets.
  • the hydrodynamic/seismic signature also called pressure signature, is generated by a moving watercraft.
  • the watercraft creates a dynamic flow system, with a current creating a negative pressure.
  • the displacement leads to the acceleration of the water particles (flow) and leads to a reduction in pressure.
  • the resulting negative pressure is proportional to the size and speed of the watercraft.
  • Varying pressure fields are generated that affect the stern (hydrodynamic interaction).
  • the dynamic pressure curve that a watercraft generates is superimposed by wave movements.
  • the wave motion is very similar to that of a watercraft (swell sea). This signature depends on the ship or boat geometry, draft, diving depth, roll, pitch, speed, sea state and ship or boat maneuvers.
  • the signature management system has a module for threat analysis.
  • This makes it possible to transfer the target data, classification data and threat analysis data from the command and weapon deployment system to the threat analysis module.
  • the prerequisite for the transfer of the data is that the contact and/or contacts have been classified as hostile.
  • the threat analysis module independently and independently carries out a threat analysis, which it compares with the transmitted data and with the contents of its own databases. This results in the calculation of the distance (danger circle) at which your own watercraft can be detected using your own databases in which data on the sensitivity of enemy sensors, effectors and detection and weapon deployment ranges are stored.
  • Threat analysis means assigning skill scores to a contact.
  • the threat analysis module has the following databases:
  • the threat analysis module is designed for one or more, preferably all, of the following tasks: a) transferring the propagation conditions from the active element b) transferring the target data, classification data and threat analysis data from the active element c) automatic threat analysis and Comparison with the contents of your own databases and comparison of the transmitted data from the active element d) Automatic calculation of the distance (danger circle) at which your own ship/boat can be detected. e) The threat analysis is output to the visualization, monitoring and control module Exemplary embodiments of the module for visualization, monitoring and control will be presented below.
  • the signature management system has a module for visualization, monitoring and control. This enables the visualization of the analysis and calculation results from the other modules and the evaluation of the analysis and calculation results for improved decision-making as well as the monitoring and control of the active elements.
  • the visualization, monitoring and control module is an interaction component for interaction between crew and the signature management system.
  • the analysis and calculation results from the other modules are preferably presented in a switchable 2D/3D model, supported by graphic and numerical data as well as an electronic nautical chart in order to present potential hazards in the near and far field.
  • a key feature of the visualization, monitoring and control module is to calculate an automatic forecast for the duration of the measures that can be taken to reduce the self-signature in order to evade detection of the adversary.
  • the user decides how the signature management system should react to control the active elements or can react to it himself.
  • the user has the option of selecting between the “automatic” or “semi-automatic” (veto right) operating mode in the signature management system. This is necessary, for example in combat situations or in special security situations.
  • the signature management system In the “Automatic” operating mode, the signature management system independently carries out the necessary measures to control the active elements, for example in order to save energy reserves and/or reduce self-signatures. Accordingly, warning and alarm messages are generated in the visualization, monitoring and control module and the actions taken by the signature management system. If the “Automatic” function has been selected, switching to the “semi-automatic” function (veto right) is possible at any time, which leads to the measures initiated being aborted and changed operating and switch-on states in the active elements being automatically restored.
  • the “semi-automatic” function may be necessary if certain circumstances, for example in special threat situations, do not allow the signature management system to automatically change the operating and switch-on states of the active elements, for example in order to save energy reserves and/or reduce self-signatures. Accordingly, warning and alarm messages are generated in the visualization, monitoring and control module and the measures that could have been taken.
  • the module for visualization, monitoring and control is designed for one, several or all of the following tasks: a) transmission of the environmental propagation data from the active element into the module for threat analysis b) transmission of the target classification - and threat analysis data from the active element to the threat analysis module c) Transfer of the environmental propagation data from the threat analysis module to the visualization, monitoring and control module d) Transfer of the targeting, classification and threat analysis data from the threat analysis module into the visualization, monitoring and control module e) Calculation of the threat analysis in the threat analysis module and transfer to the visualization, monitoring and control module f) Calculation of the driving range, operating and switch-on status in the module for mission planning and transfer to the module for visualization, monitoring and control g) Calculation and target/actual comparison of the non-acoustic signature with the previously set threshold parameters in the module for non-acoustic signature and the transfer of the target-actual comparison of the non-acoustic signature and the transfer of proposed measures if the signatures are exceeded into the module for visualization, monitoring and control
  • a module can be provided for future applications.
  • it is essential to carry out a precise requirements analysis in order to offer target-oriented solutions.
  • it is important to continually question the validity of accepted requirements.
  • this module it is possible to implement special customer requirements and changing threat situations.
  • the signature management system is connected, for example, to the command and weapon deployment system, the ship's technical system and the ship and boat geometry.
  • the signature management system is important for survivability and mission success.
  • An important result for example, is the calculation of a forecast for the duration of the measures that can be taken to reduce the own signature in order to evade detection of the opponent.
  • the signature management system processes the information previously entered Processes calculated in various modules and visualizes the analysis and calculation results in visualization, monitoring and control modules for further analysis and evaluation for improved decision making. Warning and alarm messages appear when energy reserves are no longer sufficient, when previously set thresholds of the non-acoustic and acoustic signature are exceeded, and in the event of threats and immediate threats.
  • the user decides how the signature management system should react to control the active elements, with the previously set operating mode, “automatic” or “semi-automatic” (veto right).
  • the “semi-automatic” function may be necessary if certain circumstances, for example in special threat situations, do not allow the signature management system to automatically change the operating and switch-on states of the active elements, for example in order to save energy reserves and/or reduce self-signatures. Accordingly, warning and alarm messages appear in the visualization, monitoring and control module.
  • the signature management system In the “Automatic” operating mode, the signature management system independently carries out the necessary measures to control the active elements, for example in order to save energy reserves and/or reduce self-signatures.
  • warning and alarm messages appear in the module for visualizing, monitoring and controlling which measures are and have been taken by the signature management system.
  • the “Automatic” function has been selected, it is possible to switch to the “Semi-Automatic” function at any time, which leads to the measures initiated being aborted and changed operating and switch-on states in the active elements being automatically restored, for example in special situations.
  • the assignment of the “automatic” and/or “semi-automatic” (veto right) function can be assigned individually for automatic or semi-automatic control of the active elements in operational operation. All modules of the signature management system are used to record, process, calculate, store and distribute data. Parameters are determined for individual signatures with regard to change, susceptibility and sensitivity.
  • the real-time calculations of current signature values, susceptibility and sensitivity of extensive parameters are based on information about the environment, operating and switch-on status and the signature with the aim of monitoring and communicating the signature adapt to the tactical situation.
  • the signature management system includes in particular a balanced consideration of all relevant signatures, the control and reduction of signatures throughout the life cycle, taking into account the operation, task, capability, sea area and environmental conditions.
  • the signature management system is designed to use its own databases.
  • the databases are designed to store current signal measurements and to compare current and historical signal measurements, for example:
  • the signature management system is designed to use its own models and analysis applications, for example:
  • the signature management system is designed to use your own databases for storing current target parameters and for comparing current and historically stored target data, for example:
  • the invention relates to a method for operating a watercraft with a signature management system.
  • the method has the following steps: a) specifying a maximum permissible detection probability, b) determining the states of the active elements, c) estimating one's own signature, d) comparing one's own signature after step c) with the detection probability specified in step a), e) When determining the excess in step d), adjust the states of the active elements to adapt the signature to fall below the maximum permissible detection probability.
  • the method is therefore used to adapt one's own signature to an external situation (e.g. distance and ability of other vehicles) in order to probably avoid detection.
  • the signature management can carry out these steps continuously. These steps can also be carried out if the situation changes, for example if there is new contact with another vessel or aircraft. Alternatively or preferably additionally, steps b) to e) can also be carried out predictively. For example, as part of route planning, it is determined which active elements are used, when and to what extent.
  • a switch-on plan for the active elements is created predictively in mission planning. This has the advantage that, for example, times can be planned for a refrigerator room in which it can be switched off, especially outside of meal preparation times. Alternatively or additionally, the route can be planned in such a way that a greater distance is maintained from potential opponents, for example if the cold room needs to be cooled again. So there is preferably an interaction between switch-on planning and route planning.
  • the thermal signature is adjusted by changing the direction of travel. This can be done in two ways.
  • one side is constantly facing the sun so that it is heated too much, in particular that the bow or stern point towards the sun in order to minimize the absorption of solar radiation.
  • a side heated by the sun can be turned away from that threat.
  • step e) the radar cross section is adjusted by closing openings, in particular through gates.
  • the invention relates to a method for operating a watercraft with a signature management system.
  • the method has the following steps: a) specifying a maximum permissible detection probability, b) determining the states of the active elements, c) estimating one's own signature, d) comparing one's own signature after step c) with the detection probability specified in step a), e)
  • steps a) to e) can in particular include individual, several or all of the following steps.
  • step d) estimating your own signature in step c) and comparing your own signature after step c) with the detection probability specified in step a) in step d):
  • V Calculation of the driving range, operating and switch-on status in the mission planning module and transfer to the visualization, monitoring and control module,
  • the method may include one or more of the following steps:
  • XI Generation of warning and alarm messages in case of threat or immediate threat, in module for visualization, monitoring and control
  • XII Generation of warning and alarm messages when energy reserves are no longer sufficient in modules for visualization, monitoring and control
  • step e) When determining the excess in step d), adapting the active elements to the undershoot in step e) can, for example, include one or more of the following steps:
  • FIG. 1 an exemplary watercraft 10 is shown, in the example shown a surface ship.
  • the watercraft 10 has a system for electronic data processing 20. This can extend over the entire watercraft 10, with large parts usually being arranged in the area of the bridge.
  • the watercraft 10 has sensors. A sonar 32 and a radar 34 are shown here as examples.
  • the data recorded by the sensors are transmitted to a sensor system 50 within the electronic data processing system 20 and evaluated there.
  • the sensors themselves can also be arranged, for example, within the black network, i.e. within the system for electronic data processing 20.
  • the sensor system 50 usually generates classified information from the purely recorded measured values and is therefore usually arranged in the red network of the electronic data processing system 20.
  • the watercraft 20 also has active elements, shown here as an example are the engine 42 with a propeller 44 for propulsion, a hangar door 46 and an effector 48.
  • a control system 60 within the electronic data processing system 20 is used to control the active elements.
  • a signature management system 70 is arranged centrally within the system for electronic data processing 20, so on the one hand it has access to the information that was recorded by the sensors and the sensor system 50 was evaluated and on the other hand via the control system 60 in the It is possible to specifically change the signature of the watercraft 10, depending on the existing threat situation.
  • Fig. 2 shows the system for electronic data processing 20 with some modules. These modules can preferably be arranged within the signature management system 70.
  • a mission planning module 100 a non-acoustic signature module 102, an acoustic signature module 104, an enemy assessment module 106 and a visualization module 108 are present.
  • the mission planning module 100 includes, for example, map materials, models for calculating consumption and the like.
  • the mission planning module 100 can have a weather forecast module or be connected to a weather forecast module.
  • Module for the non-acoustic signature 102 is used in particular to evaluate the non-acoustic signature and to optimize the non-acoustic signature based on the position. This applies analogously to the module for the acoustic signature 104.
  • the visualization module 108 serves to make this information available, for example on the bridge.
  • FIG. 3 another watercraft 10 is shown here. In contrast to the example shown in Fig. 1, it is a submarine. Otherwise, the statements made above apply analogously.

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Wasserfahrzeug (10) mit einem System zur elektronischen Datenverarbeitung (20), wobei das Wasserfahrzeug (10) Sensoren (32, 34) aufweist, wobei das System zur elektronischen Datenverarbeitung (20) mit den Sensoren (32, 34) zur Übernahme der von den Sensoren (32, 34) erfassten Daten verbunden ist, wobei das Wasserfahrzeug (10) Aktivelemente (42, 44, 46, 48) aufweist, wobei das System zur elektronischen Datenverarbeitung zur Ansteuerung der Aktivelemente (42, 44, 46, 48) ausgebildet ist und mit den Aktivelementen (42, 44, 46, 48) zur Ansteuerung verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass das System zur elektronischen Datenverarbeitung (20) ein Signaturmanagementsystem aufweist, wobei das Signaturmanagementsystem zur Veränderung der Ansteuerung der Aktivelemente (42, 44, 46, 48) durch das System zur elektronischen Datenverarbeitung (20) ausgebildet ist.

Description

Signaturmanagementsystem
Die Erfindung betrifft ein Wasserfahrzeug und ein Verfahren mit einem integrierten Signaturmanagementsystem.
Die Optimierung einzelner Komponenten bezüglich der Signaturen ist bekannt. Der einfachste und bekannteste Fall ist, dass ein Unterseeboot, welches unentdeckt bleiben will, mit extrem geringer Geschwindigkeit fährt, um möglichst keine Geräusche zu erzeugen. Die Motorleistung, somit die Geschwindigkeit, wird somit in der Abhängigkeit von der zu tolerierenden Geräuschemission gewählt. Dieses spielt selbstverständlich vor allem für militärische Wasserfahrzeuge eine Rolle, die üblicherweise unentdeckt bleiben wollen. Prinzipiell wäre das auch für zivile Wasserfahrzeuge sinnvoll, hierbei jedoch nicht zur Vermeidung der Entdeckung, sondern zur Reduktion der Störung. Beispielsweise könnten so auf einer Wal-Wanderroute Emissionen vermieden werden, die einen störenden Einfluss auf die Meeressäuger haben können, oder wenigstens weitestgehend reduziert werden. Auf Grund der größeren Bedeutung wird im Folgenden insbesondere auf die Anwendung auf militärischen Wasserfahrzeugen eingegangen.
Die heutige Bedrohungslage für militärische Wasserfahrzeuge, sowohl Überwasserschiffe als auch Unterseeboote ist jedoch vielfältiger geworden. Während ganz klassisch die visuelle Erfassung und später Radar und Sonar dominant waren, werden heute sehr unterschiedliche Sensoren eingesetzt, um andere Schiffe zu entdecken. Das führt wiederum dazu, dass eine größere Anzahl an möglichen Emissionen reguliert werden muss, wenn man eine Entdeckung vermeiden möchte. Es ist daher wünschenswert, die Bedrohungslage zunehmen ganzheitlich zu betrachten.
Aus der DE 10 2016 202 781 A1 ist eine Vorrichtung zur integrierten Darstellung von Informationen auf einem Wasserfahrzeug bekannt.
Aus der DE 10 2016 202 784 A1 ist ein Verfahren zu einer Routenberechnung bekannt.
Aus der DE 10 2020 200 471 A1 ist ein militärisches Wasserfahrzeug mit Sensoren bekannt. Aus der DE 10 2008 051 308 A1 ist ein Unterseeboot mit einer Anlage zur Ausbringung von Gas bekannt.
Aus der US 6 456 269 B1 ist ein Fluxgate-Magnetfeldsensor bekannt, der ferromagnetisches Testmaterial in seinen magnetischen Schaltkreis integriert.
Aus der DE 10 2016 202 781 A1 ist eine Vorrichtung zur integrierten Darstellung von Informationen auf einem Wasserfahrzeug bekannt.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein ganzheitliches Signaturmanagementsystem bereitzustellen.
Gelöst wird diese Aufgabe durch das Wasserfahrzeug mit den in Anspruch 1 angegebenen Merkmalen sowie durch das Verfahren mit den in Anspruch 17 genannten Merkmalen. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen, der nachfolgenden Beschreibung sowie den Zeichnungen.
Das erfindungsgemäße Wasserfahrzeug weist ein System zur elektronischen Datenverarbeitung auf. Üblicherweise besteht das System zur elektronischen Datenverarbeitung aus einer Mehrzahl an einzelnen Komponenten, die über wenigstens ein Netzwerk miteinander verbunden sind. Oftmals kann das System zur elektronischen Datenverarbeitung aus zwei getrennten und nur bedingt verbundenen Teilsystemen bestehen, einem sogenannten roten Netz und einem sogenannten schwarzen Netz. Während das rote Netz ein reines schiffsinternes Netz ist, an das insbesondere alle sicherheitskritischen Schiffsbestandteile angeschlossen sind. Hierdurch werden insbesondere alle Daten im roten Netz geschützt, deren Verlust einen Nachteil für die äußere Sicherheit darstellen könnte. Das schwarze Netz hingegen ist üblicherweise zu Kommunikation nach außen ausgelegt und daher prinzipiell offener und damit angreifbarer. Zwischen dem roten Netz und dem schwarzen Netz ist ein Datenaustausch üblicherweise nur sehr restriktiv möglich, um einem Angriff auf das rote Netz von außen zu verhindern. Das erfindungsgemäße System zur elektronischen Datenverarbeitung umfasst somit alle miteinander verbundenen Datenverarbeitungsvorrichtungen des Wasserfahrzeugs. Das Wasserfahrzeug weist Sensoren auf. Die wichtigsten Sensoren von Wasserfahrzeugen sind insbesondere Sonarsensoren, Radar, Antennen zum Beispiel zu Funkaufklärung, Kameras im sichtbaren Bereich und/oder im Infrarotbereich, Anemometer, und viele mehr. Die Sensoren dienen also eindeutig zur Aufklärung der Umgebung, diese dienen der Erfassung und Bewertung von Gefahren. Die Sensoren dienen somit nicht zur Eigenbilderfassung, sondern zur Erfassung der externen Welt. Daher könnten die Sensoren auch als Umgebungssensoren bezeichnet werden. Es handelt sich also nicht im systeminterne Sensoren, wie beispielsweise ein Thermoelement in einem Kühlraum, welches beim Überschreiten einer Temperatur ein Kühlgerät anschaltet und beim Unterschreiten einer zweiten dieses Kühlgerät wieder deaktiviert. Das System zur elektronischen Datenverarbeitung ist mit den Sensoren zur Übernahme der von den Sensoren erfassten Daten verbunden. Die Sensoren erfassen Daten und senden diese dann in verarbeitbarer Form an das System zur elektronischen Datenverarbeitung. Beispielsweise und insbesondere ist jedem Sensor eine spezifische Datenverarbeitungsvorrichtung innerhalb des Systems zur Datenverarbeitung zugeordnet und diese miteinander verbunden. Beispielsweise sind die Sonarsensoren mit einer Sonardatenverarbeitungsvorrichtung verbunden. Das Wasserfahrzeug weist Aktivelemente auf. Aktivelemente sind im Sinne der Erfindung weit zu verstehen. Unter Aktivelement ist alles zu verstehen, was eine Auswirkung in der physischen Welt hat, also außerhalb der reinen Datenverarbeitung. Ein Aktivelement ist zum Beispiel der Motor, mit dem der Vortrieb erzeugt werden kann. Ein anderes Aktivelement kann zum Beispiel ein Waffensystem sein. Ein Aktivelement kann aber auch ein Druckluftkompressor, ein Kühlraum, ein aktives Element des elektrischen Verteilnetzes oder eine Türschließvorrichtung sein. Ebenso zählen im Sinne der Erfindung auch aktive Sendeantennen zu den Aktivelementen, da diese dazu ausgebildet sind, beispielsweise elektromagnetische Strahlung auszusenden. Das System zur elektronischen Datenverarbeitung ist zur Ansteuerung der Aktivelemente ausgebildet und dazu mit den Aktivelementen zur Ansteuerung verbunden. Beispielsweise kann über einen Fahrstand als Bestandteil des Systems zur elektronischen Datenverarbeitung der Fahrmotor angesteuert und so das Wasserfahrzeug bewegt werden. Die Aktivelemente weisen wenigstens erste Zustände und zweite Zustände auf. Beispielsweise kann ein Hangartor offen oder geschlossen sein, Beispielsweise kann eine Wandkühlvorrichtung, welche die Außenhaut mit Wasser zur Kühlung besprüht, eingeschaltet oder ausgeschaltet sein. Die Signatur des Wasserfahrzeugs ist in den ersten Zuständen und den zweiten Zuständen unterschiedlich. Ist beispielsweise das Hangartor offen, so sind zwar beispielsweise Flugoperationen möglich, durch das offene Hangartor wird jedoch der Radarquerschnitt negativ beeinflusst, die Signatur deutlich schlechter. Ist das Hangartor geschlossen, so ist die Signatur minimiert, der Radarquerschnitt minimal, aber eben auch keine Flugoperationen möglich. Wird die Außenhaut mit Wasser durch eine Wandkühlvorrichtung besprüht, so wird die thermische Signatur reduziert. Auf der anderen Seite wird Energie benötigt und ständig Wasser auf das Wasserfahrzeug gefördert, sodass man dieses nun tun sollte, wenn die thermische Signatur auch wirklich relevant ist. Es gibt also gute Gründe, warum die Aktivelemente nicht unbedingt in der für die Signatur optimalen Zuständen sind.
Erfindungsgemäß weist das System zur elektronischen Datenverarbeitung ein Signaturmanagementsystem auf. Das Signaturmanagementsystem ist somit ein integraler Bestandteil des Systems zur elektronischen Datenverarbeitung und ist dazu ausgerichtet, die erfassten Daten oder eine Auswertung aus den erfassten Daten übermittelt zu bekommen, diese mittels Algorithmen zu bewerten und Daten zur Signaturoptimierung auszugeben. Dabei können die erfassten Daten sowohl direkte Sensordaten als auch Daten von Systemen aus der Auswertung der Sensordaten umfassen. Beispielsweise können es die Sonardaten sein oder die Daten von mittels dieser Sonardaten identifizierter Kontakte. Die Algorithmen können sowohl Daten aus Datenbanken berücksichtigen, als auch mathematische Modelle umfassen. Insbesondere umfassen die mathematischen Modelle Modellierungen der eigenen Signatur in Abhängigkeit der Betriebsparameter des Wasserfahrzeugs. Die Ausgabe der Daten zur Signaturoptimierung und somit zur Veränderung der Ansteuerung der Aktivelemente zur Veränderung der Signatur des Wasserfahrzeugs durch Änderung der Zustände der Aktivelemente kann sowohl die unmittelbare Wirkverbindung zwischen Signaturmanagementsystem umfassen als auch die mittelbare Wirkverbindung zwischen Signaturmanagementsystem und dem Aktivelement umfassen. Die mittelbare Wirkverbindung kann dabei einen manuellen Schritt zur Ansteuerung der Aktivelemente umfassen, das Ergebnis des Signaturmanagementsystems wird beispielsweise einer Person als Vorschlag angezeigt, wobei die Person dann die vorgeschlagenen Maßnahmen ergreifen kann. Bei einer unmittelbaren Wirkverbindung kann das Signaturmanagementsystem die errechneten Maßnahmen direkt und automatisch ergreifen und direkt in die Anlagensteuerung eingreifen. Das Signaturmanagementsystem ist zur Veränderung der Ansteuerung der Aktivelemente zur Veränderung der Signatur des Wasserfahrzeugs durch Änderung der Zustände der Aktivelemente durch das System zur elektronischen Datenverarbeitung ausgebildet. Das Signaturmanagementsystem ist somit ein integraler Bestandteil und verbindet somit eine Vielzahl an Systemen. Hierdurch kann wesentlich schneller, effizienter und gezielter eine Anpassung der eigenen Signatur möglich. Wird beispielsweise durch das Sonarsystem eines Unterseebootes ein Schallkontakt erfasst und dieser im System zur elektronischen Datenverarbeitung als feindliche Fregatte erkannt, so kann das Signaturmanagementsystem unmittelbar darauf reagieren und beispielsweise den Kühlraum abschalten. Dieser wird die Temperatur auch nach dem Abschalten noch halten, eine unnötige Geräuschentwicklung kann aber verwiesen werden. Oder in einem anderen Beispiel erfasst das Radar einer Fregatte ein sich näherndes Flugzeug, so kann das Signaturmanagementsystem beispielsweise Hangartore schließen, um so den Radarquerschnitt zu reduzieren. Es werden also zeit- und situationsabhängig gezielt Aktivelemente angesteuert, um gezielte Veränderungen in der Signatur zu erreichen, um so eine gezielte Unterschreitung einer Entdeckungswahrscheinlichkeit zu erreichen. Es geht eben nicht darum, eine Pumpe beispielsweise permanent oder nur aufgrund einer allgemeinen Vorgabe zu regeln, beispielsweise um getaucht bei geringer Fahrt immer eine Schallreduktion zu realisieren, sondern vielmehr um eine gezielte Reaktion auf eine mittels der Sensoren erfassten Bedrohungslage.
Somit ist erfindungsgemäß nicht nur die Signaturoptimierung eines Einzelsystems möglich, sondern durch den integrativen Ansatz ein ganzheitliches Signaturmanagement.
Das Signaturmanagementsystem dient auf Wasserfahrzeugen zur operationellen Effektivität und Überlebensfähigkeit. Die Signaturen eines Wasserfahrzeugs sind ein wesentliches Konstruktionsmerkmal. Die Fähigkeit, verdeckte Operationen durchzuführen, bezieht sich direkt auf die Signatur. Dies gilt besonders beispielsweise für Unterwassereinheiten. Die "Nicht-Ortbarkeit" einer Unterwassereinheit, ist seine Daseinsberechtigung. Wäre die Unterwassereinheit leicht detektierbar, würde es als Seekriegsmittel entbehrlich sein. Der operative Vorteil beispielsweise einer Unterwassereinheit gegenüber anderen Seekriegsmitteln besteht in der hohen Ortungs- und Bekämpfungsreichweite. Demgegenüber stand die geringe Ortbarkeit der eigenen Unterwassereinheit durch gegnerische Über- und Unterwassereinheiten, landgestützte Einheit und luftgestützte Einheiten. Das operative Umfeld ändert sich rasant, die Bedrohungen durch see-, luft- und landgestützte Einheiten haben zugenommen.
Signaturen können je nach Betriebs- und Einschaltzustand und Alterung der Aktivelemente variieren. Die Funktionskette, bestehend aus der eigenen Signatur, die Ausbreitung der eigenen Signatur und die Empfindlichkeit gegnerischer Sensoriken, ist letztlich der relevante Faktor. Daher sind Kenntnisse der Ausbreitungsbedingungen in der Umwelt und Bedrohungsdaten von größter Bedeutung. Nicht zuletzt ist die Balance zwischen der eigenen Empfindlichkeit und der eigenen Sensorleistung relevant. Sie ist ein entscheidender Faktor, um taktischen Vorsprung und Selbstschutz zu erlangen und zu erhalten. Eine Beurteilung sowohl der gegnerischen Sensorleistung als auch deren Empfindlichkeit ist eine wichtige Grundlage für die Planung und Durchführung von Operationen.
Sämtliche Module des Signaturmanagementsystems dienen der Erfassung, Verarbeitung, Berechnung, Speicherung und Verteilung von Daten. Für individuelle Signaturen werden Kenngrößen ermittelt, hinsichtlich Änderung, Anfälligkeit und Empfindlichkeit. Die in Echtzeit durchgeführten Berechnungen aktueller Signaturwerte, Anfälligkeit und Empfindlichkeit extensiver Kenngrößen basiert auf Informationen über Umwelt, Betriebs- und Einschaltzustand und der Signatur mit dem Ziel, die Signatur zu überwachen und an die taktische Situation anzupassen.
Die Signatur eines Wasserfahrzeugs beinhaltet die Veränderung der physikalischen Umgebungsparameter, die sich aus seiner Anwesenheit ergibt. Solche Veränderung können von gegnerischen Uberwasser- und Unterwassereinheiten detektiert und somit für die Aufklärung- und den Waffeneinsatz genutzt werden. Das Signaturmanagementsystem umfasst eine ausgewogene Berücksichtigung aller relevanten Signaturen, die Kontrolle und die Reduzierung der Signaturen während des gesamten Lebenszyklus unter Berücksichtigung der Operation, Aufgabe, Fähigkeit, Seegebiet und Umweltbedingungen.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist das Signaturmanagementsystem ein Modul für die nicht-akustische Signatur auf. Die nicht-akustische Signatur umfasst insbesondere den Radarquerschnitt oder die Wärmeemission. Aufgrund der zunehmenden Anzahl an Detektionsverfahren, die eingesetzt werden, ist gerade dieser Bereich von zunehmender Bedeutung aber auch von wachsender Komplexität. Ein wichtiger Baustein hierfür ist vor allem die Eigenkenntnis, die in dem Modul für die nichtakustische Signatur vorhanden sein muss. Beispielsweise muss bekannt sein, wenn das Wasserfahrzeug beispielsweise einen Hangar aufweist, wie der Radarquerschnitt mit geöffnetem Hangartor und wie groß der Radarquerschnitt mit geschlossenem Hangartor ist. Kurz gesagt muss das Modul für die nicht-akustische Signatur wissen, welche Maßnahmen zur Reduzierung der nicht-akustischen Signatur ergriffen werden können und welchen Effekt diese haben. Hierzu weist das Modul für die nicht-akustische Signatur bevorzugt eine Datenbank auf, in welcher Maßnahmen zur Reduzierung der nichtakustischen Signatur und deren Wirkung erfasst sind.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist das Modul für die nicht-akustische Signatur zur Reduzierung der thermischen Signatur ausgebildet. Das Modul für die nichtakustische Signatur kann also bevorzugt nicht nur Maßnahmen vorschlagen, sondern diese bevorzugt selbsttätig ergreifen. Diese verkürzt deutlich die Reaktionszeit des Systems, sodass auf eine sich schnell ändernde Bedrohungslage schneller reagiert werden kann. Dieses kann auch gerade in einer asymmetrischen Bedrohungslage vorteilhaft sein. Beispielsweise und bevorzugt ist das Modul für die nicht-akustische Signatur zur Anpassung der Fahrtrichtung des Wasserfahrzeugs und/oder zum Besprühen der Außenhaut des Wasserfahrzeugs zur Kühlung ausgebildet. Durch die Fahrtrichtung wird die der Sonne entgegen gerichtete Oberfläche bestimmt. Durch eine Änderung der Fahrtrichtung kann ein starkes Aufheizen und damit eine leichtere IR- Erkennbarkeit vermeiden werden. Dieses ist besonders bevorzugt, wenn das Wasserfahrzeug nur mit sehr geringer Geschwindigkeit unterwegs ist, da sonst die Position zu stark verändert wird oder ein vorgegebenes Ziel nichterreicht wird. Eine weitere Option ist die aktive Kühlung mit Wasser, wozu beispielsweise auch eine Feuerlöschvorrichtung verwendet werden kann. Durch das aufgesprühte Wasser kommt es zu einer Abkühlung, insbesondere auf die Umgebungstemperatur, sodass die Infrarot- Signatur kurzfristig und schnell reduziert werden kann.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist das Modul für die nicht-akustische Signatur zur Reduzierung des Radarquerschnitts zum Verschließen von Öffnungen, insbesondere durch Tore, ausgebildet. Die Außenhülle eines Schiffes, beispielsweise einer Fregatte, ist heute üblicherweise bezüglich des Radarquerschnitts optimiert. Jedoch gibt es beispielsweise größere Öffnungen für Hubschrauber oder kleinere Boote, die geöffnet werden können. Bei geöffneten Toren erzeugen diese oftmals ein sehr klares Radarbild. Daher kann der Radarquerschnitt durch Schließen der Tore schnell wieder verkleinert werden, beispielweise wenn ein Flugkörper erfasst wird, der sich nähert. Die Wirkung einer Gegenmaßnahme kann dadurch verbessert werden.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist das Signaturmanagementsystem ein Modul für die akustische Signatur auf. Die akustische Signatur ist aufgrund der guten und schnellen Schallübertragung und der konstanten Schallerzeugung durch den Propeller eines Wasserfahrzeugs eine der wichtigsten Signaturen, weshalb diese zumeist gesondert betrachtet wird. Auf der anderen Seite ist gerade die akustische Signatur aufgrund ihrer Bedeutung in der Vergangenheit vergleichsweise gut erfasst und wird auch heute, jedoch isoliert, betrachtet, wie beispielsweise aus der DE 10 2022 203 332 im Zusammenhang mit einem Verstellpropeller bekannt. Neu ist nun die Integration in das Gesamtsystem, sodass beispielsweise die bekannte Einstellung des Pitch-Winkels des Propellers in Abhängigkeit von detektierten und identifizierten Feindkontakten erfolgen kann.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist das Modul für die akustische Signatur zur Reduzierung der akustischen Signatur ausgebildet, indem eine Anpassung oder Abschaltung von Aktivelementen erfolgt. Beispielsweise und insbesondere sind die Aktivelemente ausgewählt aus der Gruppe umfassend Antrieb, Kompressor, Verdichter, Klima- und Wärmetechnik. Beispielsweise können insbesondere Klima- und Wärmetechnik einfach kurzfristig abgeschaltet werden, beispielsweise die Kühlung von Kühlräumen. Eine Erhöhung der Temperatur wird für eine kurzfristige Reduktion der akustischen Signatur in diesem Fall in Kauf genommen. Der Antrieb kann wie bekannt beispielsweise verlangsamt werden. Alternativ kann beispielsweise der Pitch-Winkel bei einem Verstellpropeller angepasst werden, um leiser aber gegebenenfalls mit höherem Verbrauch zu fahren.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist das Signaturmanagementsystem ein Modul zur Missionsplanung auf. Hierdurch ist es möglich, Route und Signatur aufeinander anzupassen. Beispielsweise kann die Route um beispielsweise bekannte Ortungspunkte so geplant werden, dass in diesem Bereich je nach Planung der Kurs weiträumiger gewählt wird, falls Aktivelemente benötigt werden, welche eine Detektion ermöglichen würden. Alternativ können solche Aktivelemente in einer langfristigen Planung in solchen Bereichen abgeschaltet werden, um einen kürzeren Kurs zu nehmen. Durch den hochintegrativen Charakter des Signaturmanagementsystems kann so eine gegenseitige Optimierung erfolgen.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist das Modul zur Missionsplanung zur Berechnung der Entdeckungswahrscheinlichkeit entlang einer geplanten Route und der Berücksichtigung der vorhandenen Energiereserven ausgebildet. Energiereserven umfassen bei einem Unterseeboot insbesondere die in den Batterien gespeicherte Energie, zusätzlich die beispielsweise über eine Brennstoffzelle erzeugbare Energie. Für die größere Mission kann auch der Dieselvorrat für Überwasserfahrt als Energiereserve Berücksichtigung finden. Daher kann die Energiereserve auch von der Fahrtweise (aufgetaucht oder unter Wasser) abhängig sein. Daher kann bei der Missionsplanung auch eine Planung unter Berücksichtigung von Tauchfahrt, Schnorchelfahrt und Überwasserfahrt zur optimalen Nutzung der Energiereserven erfolgen.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist das Modul zur Missionsplanung zur Berücksichtigung die Wetterprognose bei der Routenplanung ausgebildet. Das Wetter ist nicht nur für die Fahrt selber relevant, es hat auch unmittelbaren Einfluss auf die Signatur beziehungsweise die Entdeckungswahrscheinlichkeit. Während beispielsweise starker, turbulenter Wind für eine schnelle Vermischung von Abgasen führt und so die thermische Signatur verringern helfen kann, kann eine sehr kalte Umgebung die Entdeckungswahrscheinlichkeit erhöhen. In völlig glatter See ist das Heckwasser eines Schiffes deutlich besser und länger zu sehen als in einer stürmischen See. Regen und Wolken können weiter die Entdeckung im sichtbaren Bereich erschweren, während klares Wetter eine optische Erkennung begünstigt. Es kann daher bei der Routenplanung sinnvoll sein, gezielt Bereiche mit Wetterereignissen auszusuchen, welche die Signatur positiv beeinflussen.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist das Modul zur Missionsplanung zur Einschaltplanung der Aktivelemente ausgebildet. Beispielsweise können dadurch Kühlräume in Zeiten gekühlt werden, in denen die Signatur weniger kritisch ist. In Zeiten, in denen ein hohes Risiko zu erwarten ist, können dann diese Aktivelemente, zum Beispiel ein Kühlraum, abgeschaltet werden. Man verlagert also nicht vermeidbare Emissionen, die eine Entdeckung ermöglichen auf Zeiten, in denen dieses weniger kritisch ist.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist das Signaturmanagementsystem ein Modul zur Feindbewertung auf. Feindbewertung bedeutet, dass einem Kontakt vermutete Fähigkeitswerte zugeordnet werden. Ist beispielsweise ein Schiff als Unterseeboot-Jagdeinheit klassifiziert, so ist davon auszugehen, dass dieses Schiff ein besseres Sonar aufweisen wird als beispielsweise ein Einsatzgruppenversorger. Daher wäre in diesem Fall der Abstand größer zu wählen oder die Signatur deutlich zu reduzieren, um einer Entdeckung zu entgehen. Insbesondere im Bereich der nichtakustischen Signatur wird hierbei die Bewertung gegnerischer Schiffe zunehmend komplexer. Daher weist das Modul zur Feindbewertung bevorzugt eine Datenbank auf. Die Datenbank zu Feindeinheiten weist vermutete Detektionsreichweiten nach Detektionsarten auf. Hierdurch kann wenigstens eine relative Abschätzung ermöglicht werden.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist das System zur elektronischen Datenverarbeitung zusätzlich ein oder mehr Systeme auf ausgewählt aus der Gruppe Sensorsystem, Waffen leitsystem, Navigationssystem, Kommunikationssystem. In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist das System zur elektronischen Datenverarbeitung eine Visualisierungsvorrichtung auf. Insbesondere dient die Visualisierungsvorrichtung zur Anzeige der Route, beispielsweise und bevorzugt in Form einer interaktiven Karte. Besonders bevorzugt ist die Visualisierungsvorrichtung auf der Brücke angeordnet.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist das Modul zur Missionsplanung in einem Sensorkontrollsystem (Sensor Command an Control System, SCCS) integriert. Derartige Systeme finden sich bereits heute üblicherweise an Bord von militärischen Wasserfahrzeugen, sodass eine Integration in die gesamten Schiffssysteme hierdurch erleichtert ist.
Das Signaturmanagementsystem kann beispielsweise mit einigen oder allen der nachfolgenden Module ausgerüstet sein:
Modul für die Missionsplannung
Modul für die nicht-akustische Signatur
Modul für die akustische Signatur
Modul für die Bedrohungsanalyse
Modul für die Visualisierung, Überwachung und Steuerung
Modul für zukünftige Anwendungen
Beispielhafte Ausführungsformen des Moduls für die Missionsplannung sollen im Folgenden dargestellt werden.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist das Signaturmanagementsystem ein Modul zur Missionsplanung auf. Hierdurch ist es möglich eine Fahrbereichsberechnung (Prognose) auf allen geplanten Wegpunkten im Offline Mode für die Planung an Land sowie eine Fahrbereichsberechnung auf allen Wegpunkten und auf jeder Schiffsposition im Online Mode, für die Nutzung auf See durchzuführen, einschließlich der Überwachung der Aktivelemente, unter Berücksichtigung der Umweltbedingungen. Die Fahrbereichsberechnungen und die Überwachungsergebnisse der Betriebs- und Einschaltzustände der Aktivelemente werden zur weiteren Verarbeitung an das Modul für die Visulisierung, Überwachung und Steuerung übertragen. In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist das Modul zur für die Missionsplanung eine oder mehrere der nachfolgenden Aufgaben ausgebildet:
Fahrbereichsberechnung (Prognose) auf Start-/ Zielpunkt und auf allen geplanten Wegpunkten im Offline Mode für die Planung an Land,
Fahrbereichsberechnung auf Start-/ Zielpunkt, auf allen Wegpunkten und auf jeder Schiffsposition im Online Mode, für die Nutzung auf See, und die
Überwachung der Betriebs- und Einschaltzustände der Aktivelemente unter Berücksichtigung der Umweltbedingungen,
Übertragung der Fahrbereichsberechnungen und Überwachungsergebnisse an das Modul für die Visualisierung, Überwachung und Steuerung.
Die Energiereserven einer Unterwassereinheit umfassen beispielsweise insbesondere die in den Batterien gespeicherte Energie, der gelagerte Kraftstoff in den Bunkern und die gelagerten Reaktanten, Sauerstoff und Wasserstoff, in die dafür vorgesehenen Speicher für den außenluftunabhängigen Antrieb. Die Energiereserven sind abhängig von den Betriebszuständen der Aktivelemente. Das Modul zur Missionsplanung berechnet optimale Fahrbereiche entlang einer geplanten oder gefahrenen Route unter Berücksichtigung der vorhandenen Energiereserven und Umweltbedingungen.
Hohe Seewassertemperaturen beispielsweise führen zu einem erhöhten Energieverbrauch (Hotel Load) weil die an Bord vorhandenen Aktivelemente ausreichend mit Wasser gekühlt werden müssen. Zusätzlich zugeschaltete Kühlkompressoren sorgen dann für eine ausreichende Kühlung der Aktivelemente, erhöhen aber zeitgleich die akustische Zielpegel Signatur. Es kann daher bei der Routenplanung sinnvoll sein, gezielt Bereiche auszusuchen, welche die Signatur positiv beeinflussen.
Hierzu weist das Modul für die Missionsplanung eine Datenbank auf, mit Seegebietsdaten wie beispielsweise Temperaturen, Antriebsleistungsdaten und Einschaltlisten für jede Betriebsart.
Beispielhafte Ausführungsformen des Moduls für die nicht-akustische Signatur sollen im Folgenden dargestellt werden. In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist das Signaturmanagementsystem ein Modul für die nicht-akustische Signatur auf.
Das Modul für die nicht-akustische Signatur kann beispielsweise und insbesondere die Messung und Berechnung der nachfolgenden nicht- akustischen Signaturen umfassen:
Infrarot-Signatur visuelle Signatur Radarrückstreuquerschnitt elektromagnetischen Signatur
Diese Signaturen können von feindlichen Über- und Unterwassereinheiten, von luftgestütze Einheiten wie Seefernaufklärer und U-Jagd-Hubschrauber und von landgestützte Einheiten detektiert werden. Insbesondere nutzen Seeminen die elektromagnetische Signatur zur Wachschaltung und/oder Zündung aus.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist das Modul für die nicht-akustische Signatur für die Berechnung und den Soll-Ist-Vergleich der nicht-akustischen Signatur mit zuvor eingestellten Schwellenparametern für die maximal zulässige Detektionswahrscheinlichkeit ausgebildet. Weiter kann eine Übertragung des Soll-Ist Vergleichs der nicht-akustischen Signatur insbesondere mit vorgeschlagenen Maßnahmen bei Überschreitung der Signaturen beispielsweise an das Modul für die Visualisierung, Überwachung und Steuerung, übergeben werden. Das Modul für Visualisierung, Überwachung und Steuerung ergreift dann Maßnahmen, wenn zuvor eingestellte Schwellenparameter überschritten wurden, in Abhängigkeit der gewählten Betriebsart „Automatik“ oder „Semi- Automatik.
Das Modul für die Nicht- Akustische Signatur weist beispielsweise und insbesondere eine historische Datenbank auf.
Die Infrarot- Signatur und die visuelle Signatur ist die Strahlstärke-Differenz zwischen Wasserfahrzeug und Hintergrund und ist stark abhängig von äußeren Einflüssen und kann beispielsweise durch eine aktive Kühlung oder Erwärmung reduziert werden. Bei der Infrarot-Signatur und der visuellen Signatur wird unterschieden zwischen der direkten Signatur (Hotspot), der indirekten Signatur und der visuellen Signatur.
Ein Wasserfahrzeug erzeugt beispielsweise eine direkte Signatur (Hotspot) durch seine Ausfahrgeräte, weil diese mit elektronischen Komponenten ausgerüstet sind. Diese elektronischen Komponenten geben Wärme ab und können von feindlichen Über- und Unterwassereinheiten sowie luftgestütze Einheiten detektiert werden. Die direkte Signatur kann reduziert werden beispielsweise durch Abschalten von elektronischen Komponenten oder einfach durch Einfahren der Ausfahrgeräte.
Die indirekte Signatur wird von einem Wasserfahrzeug erzeugt, wenn beispielsweise der Turm oder Ausfahrgeräte durch die Wasseroberfläche brechen. Es entstehen sogenannte White Water und Kelvin Wellen oder Thermal Wakes, die abhängig sind von der Ausfahrgerätekonstellation und von der Geschwindigkeit des Wasserfahrzeugs und können ebenfalls von feindlichen Über- und Unterwassereinheiten sowie luftgestützen Einheiten detektiert werden. Die indirekte Signatur kann reduziert werden beispielsweise durch die Reduzierung der Ausfahrgerätekonstellation oder durch Reduzierung der Geschwindigkeit oder einfach durch Einfahren der Ausfahrgeräte.
Die visuelle Signatur wird von einem Wasserfahrzeug erzeugt, wenn sich beispielsweise turbulente Wellen, Wasserwirbel oder sehr wellige Wasseroberflächen bilden, beispielsweise hervorgerufen durch eine sehr nahe unter der Wasseroberfläche fahrende Unterwassereinheit. Es ist auch möglich, dass die Silhouette einer Unterwassereinheit durch die Wasseroberfläche scheint. Die visuelle Signatur kann von feindlichen Überund Unterwassereinheiten sowie luftgestützen Einheiten detektiert werden. Die visuelle Signatur kann reduziert werden beispielsweise durch die Reduzierung der Geschwindigkeit nahe der Wasseroberfläche oder einfach durch Änderung der Tauchtiefe.
Der Radarrückstreuquerschnitt eines Objekts wird bestimmt durch:
Reflexionsgrad geometrischen Querschnitt
Aspektwinkel Daher basiert das Konzept zur Verringerung der Signatur auf einem geringen geometrischen Querschnitt und einem reduzierten Reflexionsvermögen durch die Verwendung von radarabsorbierendem Material (RAM). Sowohl die Größe als auch die Fähigkeit, RAM aufzutragen, stehen oft im Widerspruch zu den Anforderungen an die Sensorfähigkeiten. Es geht um ein strategisches Gleichgewicht zwischen der eigenen Fähigkeit, Ziele im Fernbereich detektieren zu können, was in der Regel große Antennen impliziert und folglich das Risiko erhöht, aufgrund der großen Antennen, entdeckt zu werden. Luftgestützte U-Jagdeinheiten nutzen das X-Band (8,2-12,4 GHz) um Ausfahrgeräte von Unterwassereinheiten aufzuspüren. Um die Reflektivität gegen anfliegende Flugkörper im Ku-Band (12,4-18 GHz) ebenfalls zu verringern, ist die RAM Beschichtung kombiniert. Weitere Maßnahmen sind die Auswahl optimierter Bauformen der Ausfahrgeräte von Unterwassereinheiten, während der Designphase. Die Außenhülle, beispielsweise die einer Überwassereinheit, ist heute üblicherweise bezüglich des Radarrückstreuquerschnitts optimiert. Jedoch gibt es beispielsweise größere Öffnungen für Bordhubschrauber oder Boote, die geöffnet werden können. Bei geöffneten Toren erzeugen diese oftmals ein sehr klares Radarbild. Daher kann der Radarrückstreuquerschnitt durch Schließen der Tore reduziert werden, beispielweise wenn die Überwassereinheit von einem Flugkörper angegriffen wird. Die Wirkung einer Gegenmaßnahme kann dadurch verbessert werden.
Die elektromagnetischen Singnatur hat beispielsweise und insbesondere die nachfolgenden Erscheinungsformen:
1 ) Magnetische Signatur a) Statischer Magnetismus (SM) i) Permanent Magnetismus ii) Induzierter Magnetismus iii) Wirbelstrom Magnetismus iv) DC-Streufelder v) Korrosionsbedingt b) Alternierender Magnetismus (AM) i) AC-Streufeld ii) Korrosionsbedingt 2) Elektrische Signatur a) Statisch Elektrisch (SE) i) Korrosionsbedingt ii) DC-Streufeld b) Alternierend Elektrisch (AE) i) Korrosionsbedingt ii) AC-Streufeld
Auf einzelne Punkte soll im Folgenden exemplarisch eingegangen werden.
Magnetische Signatur
Statischer Magnetismus (SM)
Permanent Magnetismus
Eisen, welches sich für kurze Zeit in einem starken oder langen Zeitraum in einem schwachen Magnetfeld befindet, wird zu einem Dauermagneten. Ursachen sind gleichbleibender Einfluss des Erdmagnetfeldes durch lange Liegezeiten an einem Ort, insbesondere die Herstellungsphase in der Werft. Hier wirken sich verstärkend auch noch ständige Erschütterungen und Stromzuführungen beispielsweise durch Elektroschweißanlagen.
Induzierter Magnetismus
Im Schiff werden durch das Erdmagnetfeld als äußeres Magnetfeld, abhängig von Richtung und Stärke, also dem Magnetfeld am Standort des Wasserfahrzeugs, Elementarmagnete ausgerichtet. Der induzierte Magnetismus ist also vom Standort, der Lage und vom Kurs des Wasserfahrzeugs abhängig.
Wirbelstrom Magnetismus
Durch die Eigenbewegung des Wasserfahrzeugs wird in den Metallplatten und Blechen des Rumpfes und der Aufbauten sowie in Rahmenkonstruktionen ständig die wirksame Feldliniendichte des Erdmagnetfeldes geändert. Es wird somit permanent Wirbelstrom induziert, der seinerseits wieder ein Magnetfeld erzeugt. Wirbelstrommagnetismus ist von der Eigenbewegung, insbesondere durch Schlingern und Stampfen bei hohen Fahrstufen und hohem Seegang, abhängig. DC- Streufeld Magnetismus
Alle Korrosionsströme, elektrischen Anlagen und Geräte erzeugen ein elektromagnetisches Feld. Diese Felder sind von den Betriebsarten abhängig.
Korrosionsbedingter Magnetismus
Einen sehr starken Einfluss haben Korrosionsströme, die wegen unterschiedlicher Metalle (Schiffsrumpf, Opferanoden) im Seewasser entstehen. Die Auswirkungen dieser Ströme sind vielfältig und erzeugen statische Magnetfelder durch Ausgleichsströme.
Alternierender Magnetismus (AM)
AC-Streufeld Magnetismus
Alle elektrischen Metalle und Leiter, Stromversorgungsanlagen, Motoren erzeugen ein eigenes elektrisches/ magnetisches Feld, auch Streufeld genannt. Die Richtung der einzelnen Felder hängt von der Bauart und der Stromrichtung ab. Diese Streufelder können erhebliche Größen annehmen und können nicht vernachlässigt werden.
Korrosionsbedingter Magnetismus
Einen sehr starken Einfluss haben Korrosionsströme, die wegen unterschiedlicher Metalle (Schiffsrumpf, Opferanoden) im Seewasser entstehen. Die Auswirkungen dieser Ströme sind vielfältig und erzeugen alternierende Magnetfelder durch Ausgleichsströme.
Elektrische Signatur (UEP Underwater Electrical Potential)
Statisch elektrisch (SE)
Korrosionsbedingt und DC-Streufeld
Alle elektrischen Metalle und Leiter, Stromversorgungsanlagen, Motoren erzeugen ein eigenes elektrisches/ magnetisches Feld, auch Streufeld genannt. Die Richtung der einzelnen Felder hängt von der Bauart und der Stromrichtung ab. Diese Streufelder können erhebliche Größen annehmen und können nicht vernachlässigt werden. Einen sehr starken Einfluss haben Korrosionsströme, die wegen unterschiedlicher Metalle (Schiffsrumpf, Opferanoden) im Seewasser entstehen. Die Auswirkungen dieser Ströme sind vielfältig und erzeugen statische Magnetfelder durch Ausgleichsströme. Alternierend elektrisch (AE)
Korrosionsbedingt und AC- Streufeld
Die sehr niederfrequenten elektromagnetischen Wellen, die aus einer langsam ändernden Wechselwirkung zwischen elektrischem Potential und dem magnetischen Feld entstehen, beispielsweise durch einen drehenden Propeller, erzeugen diese sehr Tieffrequente Elektromagnetische Abstrahlungen (TEA) oder auch Extremely Low Frequency Electromagnetic (ELFE) genannt. Diese Signatur hat eine hohe Reichweite Unterwasser.
Das Wasserfahrzeug wird nach Fertigstellung und auch nach während der Nutzungsphase regelmäßig einer magnetischen Behandlung unterzogen, zur Beseitigung des Permanentmagnetismus. Ziel der Behandlung ist es, die Beseitigung des magnetischen Restfeldes in seiner Gesamtheit. Das Restmagnetfeld sollte gleichmäßig, symmetrisch und so stabil wie möglich entlang des gesamten Wasserfahrzeugs sein. Die Wirksamkeit der magnetischen Behandlung ist die Minimierung der statischen magnetischen Signatur. Sie ist nicht zeitstabil, sollte regelmäßig während der Nutzungsphase wiederholt werden. Ebenfalls muss das Seegebiet in dem das Wasserfahrzeug operiert berücksichtigt werden, aufgrund des induzierten Anteils der statischen magnetischen Signatur. Die Statische magnetische Signatur ändert sich bei einem Wasserfahrzeug aufgrund der Magnetostriktion während des Betriebs.
Die elektromagnetische Signatur wird unter Verwendung eingebauter Magnetsensoren ermittelt und eingestellt. Informationen über Schiffskonfiguration und Einstellungen sowie Umweltinformationen werden über Schnittstellen zu verschieden Schiffssystemen und einer Datenbank bereitgestellt.
Ein Wasserfahrzeug, das mit einer magnetischen Eigenschutz-Anlage (MES) ausgerüstet ist, hat die Aufgabe die Verringerung der statischen magnetischen Signatur unter Berücksichtigung der Änderung der statischen magnetischen Signatur. Hierfür ist ein Abgleich des Messbereichs ist notwendig. Diese Systeme funktionieren nur auf Wasserfahrzeugen in amagnetischer Bauweise.
Die Aufgabe des Signaturmanagementsystems kann die Erfassung und Speicherung von magnetischen Sensordaten, die Schätzung der magnetischen Signatur in Echtzeit als Funktion des Betriebszustands der Aktivelemente umfassen. Zum Beispiel kann ein Kühlraum abgeschaltet werden. Man verlagert also nicht vermeidbare Emissionen, die eine Entdeckung ermöglichen auf Zeiten, in denen dieses weniger kritisch ist, die Echtzeit-Anpassung der tatsächlichen magnetischen Signatur, die Vorhersage der magnetischen Signatur in Abhängigkeit des Betriebszustandes unter Verwendung historisch aufgezeichneter Daten.
Weitere Aufgaben können die Überwachung der magnetischen Eigenschutz-Anlage (MES) umfassen. Sie sind beispielsweise und insbesondere die Alarmierung bei Abweichungen in der magnetischen Signatur und im Besonderen die Bereitstellung von Signaturinformationen für die Abschätzung und Vorhersage bei Minenpassagen und die Abschätzung und Vorhersage der Detektionsempfindlichkeit von luftgestützte Einheiten, wie Seefernaufklärer und U-Jagd-Hubschrauber.
Beispielhafte Ausführungsformen des Moduls für die akustische Signatur sollen im Folgenden dargestellt werden.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist das Signaturmanagementsystem ein Modul für die akustische Signatur auf.
Das Modul für akustische Signatur umfasst beispielsweise und insbesondere die Messung und Berechnung der nachfolgenden akustischen Signaturen:
Akustische Zielpegel-Signatur
Akustische Zielmaß-Signatur
Hydrodynamische/ Seismische Signatur
Diese Signaturen können von feindlichen Über- und Unterwassereinheiten, von luftgestütze Einheiten wie Seefernaufklärer und U-Jagd-Hubschrauber, von landgestützte Einheiten mit Hydrofonketten sowie Effektoren, wie Seeminen, anlaufenden Leichtgewichts- und Schwergewichtstorpedos und Sonarbojen, detektiert werden. In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist das Modul für die akustische Signatur für die Berechnung und den Soll-Ist-Vergleich der akustischen Signatur mit zuvor eingestellten Schwellenparametern für die Aktivelemente ausgebildet. Weiter ist das Modul für die akustische Signatur für die Übertragung des Soll-Ist-Vergleichs der akustischen Signatur und insbesondere einschließlich vorgeschlagener Maßnahmen bei Überschreitung des Signaturschwellwertes an das Modul für die Visualisierung, Überwachung und Steuerung ausgebildet. Das Modul für Visualisierung, Überwachung und Steuerung ergreift dann Maßnahmen, wenn zuvor eingestellte Schwellenparameter überschritten wurden, in Abhängigkeit der gewählten Betriebsart „Automatik“ oder „Semi- Automatik.
Das Modul für die Akustische Signatur weist insbesondere und bevorzugt historische Datenbanken auf.
Die akustische Zielpegel-Signatur (Water Borne Noise_WBN) gliedert sich insbesondere in die nachfolgenden Signaturen:
Flow Noise (FN)
Propeller noise (PN)
Structure Borne Noise (SBN)
Air Borne Noise (ABN)
Fluid Borne Noise (FBN)
Flow noises (Swath Effects/ Wake/ Wirbelschleppen) sind hydrodynamische Geräusche und werden durch turbulente Grenzschichten zwischen Schiffskörper und Wasser erzeugt. Sie sind fahrtabhängig. Mögliche Entstehungsursachen sind fluktuierende Fließgeschwindigkeit des Wassers entlang der Schiffshülle beziehungsweise des Druckköpers, Erregungen mechanischer Komponenten, sowie Geräusche an Ein- und Auslässen als auch strömungsbedingte Kavitation zählen dazu. Hydrodynamische Geräusche spielen nur einen geringen Anteil am Gesamtschiff. Sie werden oftmals von Maschinen- und Propellergeräuschen überlagert. Sie spielen aber eine bedeutende Rolle bei eigenen Sonaranlagen. Die Wirkungsweise von Sonaranlagen wird besonders bei hohen Geschwindigkeiten stark beeinflusst. Die Detektion von Wirbelschleppen (Swath Effekten) spielen in der U-Jagd eine große Rolle. Diese hydrodynamischen Wirbelschleppensignaturen werden zur Klassifizierung bekannter aber auch unbekannter Wirbelschleppen aus hydrodynamischen Signalmessungen verwendet. . Quellen für diese Signatur sind beispielsweise Schiffs- und Bootsgeometrie sowie Aktivelemente aus der Gruppe der schiffstechnischen Systeme.
Maßnahmen zur Reduzierung von Flow Noises (Wirbelschleppen) sind beispielsweise eine geänderte Bootsgeometrie, Geschwindigkeitsreduzierung, größere Tauchtiefe, kleine Ruderlagen oder kleine Kurs- und Tiefenmanöver.
Die Strategie zur Erkennung von Wirbelschleppen basiert auf der Grundlage eines Strömungsmodells zu Erkennung „von Kärmän'schen Wirbelschleppen“. Die Erstellung einer Wirbelschleppenklassifizierungsdatenbank für hydrodynamische Wirbelschleppensignaturen zur Klassifizierung unbekannter Wirbelschleppen aus Signalmessungen schließt dieses ein.
Propeller noises (PN) sind Kavitation und Schallabstrahlung des Propellers. Im unteren Frequenzbereich treten die Drehfrequenzen des Antriebsmotors und Blattdrehfrequenzen auf. Propellerblätter geraten in Resonanz durch breitbandige Anregung der Strömung. Bei synchroner Anregung, aufgrund der Strömungs-Blatt- Wechselwirkung entsteht eine selbsterhaltende Schwingung mit sehr hohem Pegel (Singen). Das kontinuierliche Spektrum wird direkt im Wasser erzeugt und ist von der Drehzahl und der Wassertiefe abhängig. Der Propeller wird auch durch die hydrodynamische Interaktion, das heißt durch schwankende Nachstromfelder des Wasserfahrzeugs beeinflusst. Die variierenden Druckfelder haben einen Einfluss auf das Verhalten des Hinterschiffs. Propeller-Kavitation sind Vakuumblasen, die aufgrund eines starken Druckabfalls an der Grenzfläche zwischen Flüssigkeit und Oberfläche zerplatzen beziehungsweise kollabieren, sobald sie wieder normalen Drücken ausgesetzt sind. Ein solcher Vorgang erzeugt eine akustische und seismische "Schockwelle", die benachbarte Strukturen beschädigen kann. Quellen für diese Signatur ist der Propeller des Aktivelements aus der Gruppe der schiffstechnischen Systeme.
Maßnahmen zur Reduzierung von Propeller Noises (Kavitation und Eigenfrequenzen) sind beispielsweise eine geänderte Propellergeometrie, Geschwindigkeitsreduzierung, Kavitationskontroller, größere Tauchtiefe, kleine Ruderlagen oder kleine Kurs- und Tiefenmanöver sowie Einstellwinkel der Ruderblätter. Überwassereinheiten können beispielsweise durch Zuschalten eines sogenannten „Prairie-Masker-System“ abgestrahlte Geräusche vermindern und ihre Propeller-Blattkonfiguration maskieren. Dadurch wird ihre Signatur verringert.
Hierzu weist das Modul für die akustische Signatur beispielsweise und bevorzugt eine Datenbank auf, auch mit historischen Informationen aus früheren Konstruktionen, in welche Maßnahmen zur Reduzierung der akustischen Signatur und deren Wirkung erfasst sind.
Structure Borne Noises (SBN) sind Maschinengeräusche. Sie entstehen durch Antriebsund Hilfsmaschinen und werden als Vibrationen über den Schiffskörper in das Wasser übertragen. Die Maschinen erzeugen vorwiegend Schwingungen bei Einzelfrequenzen oder harmonischen Grundfrequenzen. Diese Linien sind zeitlich sehr stabil und werden als Klassifizierungsmittel verwendet. Ursachen für Maschinengeräusche sind rotierende Unwuchten in Aggregaten, Reibung der Welle, Stoßanregungen in Aggregaten, Kavitation in Pumpen, Rohrleitungen und Ventilen sowie Transienten der Ruderanlage und mechanische Defekte. Ursachen sind auch von der Besatzung erzeugten Geräusche beispielsweise beim Wachwechsel sowie allgemeine Aktivitäten wie Bewegungen im Boot.
Quellen für diese Signatur sind beispielsweise Aktivelemente aus der Gruppe Führungsund Waffeneinsatzsystem, schiffstechnische System und Schiffs- beziehungsweise Bootsgeometrie.
Maßnahmen zur Reduzierung von Structure Borne Noises (Körperschall) sind Schalldämm-Modul, doppelt elastische Lagerungen, einzeln elastische Lagerungen, Floating Decks, flexible Schlaufen für die Verkabelung bei elastisch gelagerten Systemen und eine aktive Schallannullierung. Hierzu weist das Modul für die akustische Signatur bevorzugt eine Datenbank auf, auch mit historischen Informationen aus früheren Konstruktionen, in welche Maßnahmen zur Reduzierung der akustischen Signatur und deren Wirkung erfasst sind.
Die Strategie zur Erkennung von Körperschall basiert beispielsweise auf den nachfolgenden Datenbanken:
Datenbank für Geräuschquellen (Maschinen)
Datenbank für akustische Impedanz elastischer Lagerungen
Datenbank der Schiffsbaustruktur
Datenbank der sekundären Übertragungswege
Numerische Modelle der Schwingungsanalyse zur Modalanalyse von Schiffbaustrukturen, Abstrahlung von akustischem Lärm, Finite-Elemente-Analyse der Energie sowie statistische Energieanalyse unterstützen die Reduzierung der Signatur.
Air Borne Noises (ABN) sind Schallwellen, die durch die Raumluft aufgenommen, übertragen und an Hindernissen reflektiert werden. Quellen für diese Signatur sind beispielsweise Aktivelemente aus der Gruppe der schiffstechnischen Systeme.
Maßnahmen zur Reduzierung von Air Borne Noises (Luftschall) sind beispielsweise Schalldämpfer, floating decks und aktive Schallannullierung.
Hierzu weist das Modul für die Akustische Signatur bevorzugt eine Datenbank auf, auch mit historischen Informationen aus früheren Konstruktionen, in welche Maßnahmen zur Reduzierung der akustischen Signatur und deren Wirkung erfasst sind.
Fluid Borne Noises (FBN) tragen wesentlich zum Luftschall und Körperschall in Fluidstromsystemen bei. Fluid Borne Noises können zu Ermüdung von System komponenten führen. Durch passive und aktive Maßnahmen kann diese Signatur reduziert werden.
Hydrauliksysteme werden zur Reduzierung der Signatur in Passive- und Aktive Maßnahmen eingeteilt. Passive Maßnahmen sind beispielsweise:
Verminderung des Pumpenvolumenstroms
Verminderung der Motordrehzahl
Tuning der Schaltung um Resonanzbedingungen zu vermeiden Verwendung eines Schalldämpfers oder Pulsationsdämpfers Einsatz von Kompensatoren und Akkumulatoren
Passive Systeme wie Schalldämpfer, Pulsationsdämpfer, Akkumulatoren und Kompensatoren haben sich als wirksam erwiesen. Sie erfordern jedoch eine Abstimmung auf bestimmte Systeme. Allerdings sind diese Maßnahmen ungeeignet für Systeme mit hoher Dynamik. Sie beeinträchtigen die dynamische Reaktion.
Aktive Maßnahmen umfasst beispielsweise:
Steuergeräte
Quellen für diese Signatur sind beispielsweise Aktivelemente aus der Gruppe der schiffstechnischen Systeme.
Die akustische Zielmaß-Signatur ist ein Rückstreuphänomen, welches von der Geometrie des Objektes abhängig ist. Die akustische Zielmaß-Signatur, auch Target Echo Strength genannt, hat einen wesentlichen Einfluss ob ein Wasserfahrzeug mit einer Aktivsonaranlage detektiert werden kann. Primäre Bedrohungen für Unterwassereinheiten sind beispielsweise Überwassereinheiten, die mit Sonaranlagen im hohen, mittleren und/oder niedrigen Frequenzbereich ausgestattet sind. Auch Seeminen können mit einer kleinen aktiven Sonaranlage ausgestattet sein. Dabei ist es ist nicht zwingend erforderlich, dass sich der Sender am Ort des Empfängers befindet (mono- bzw. multistatisches Prinzip). Der Nachteil einer aktiven Sensorik ist der Energieverbrauch und der Eigenverrat, wenn die Anlage ständig aktiv ist.
Anlaufende Leicht- und Schwergewichtstorpedos mit ihrem aktiven Torpedosonar sind eine weitere Bedrohung, sowohl für Überwasser- als auch Unterwassereinheiten. Durch den Einsatz neuer bi-/multistatischer Sonarortungsverfahren ändert sich die Bedrohungslage für Unterwassereinheiten. Das bi-/multistatische Ortungsverfahren ist eine Entkopplung von Sender (TX) und Empfänger (RX). Die verdeckt operierende Einheit ist der eigentliche Nutznießer dieses Verfahrens. Von ihm geht die größte Gefahr aus (silent shooter). Durch Algorithmen des bistatischen Empfängers wird dieser dazu befähigt, neben der Ortung des direkten Schalleinfalls (direct blast) auch den aus dem Umfeld reflektierten und zeitversetzt eintreffenden bistatischen Schall zu detektieren. Diese beiden Signale werden mit dem ursprünglichen gesendeten Aktivsignal korreliert und Echos erkannt. Das bi-/multistatische Ortungsverfahren erhöht die Detektionsreichweite. Somit ändert sich das operative Umfeld für das Unterseeboot. U- Jagdeinheiten operieren entweder im kooperativen oder nicht-kooperativen Verfahren. Im kooperativen Verfahren agieren die U-Jagd-Überwassereinheit und die U-Jagd- Unterwassereinheit als koordinierter U-Jagdverband. Im nicht-kooperativen Verfahren operiert die Unterwassereinheit unabhängig und nutzt den bistatischen Schalleinfall zur bistatischen Ortung (Ping Steel). Dieses Verfahren steht sowohl einem freundlichen als auch einer feindlichen Unterwassereinheit Verfügung.
Mögliche Maßnahmen um die akustische Zielmaß-Signatur zu reduzieren sind beispielsweise für eine Unterwassereinheit eine geänderte Bootsgeometrie mit reflexionsmindernde Beschichtung (Tarnkappenkonzept). Das Tarnkappenkonzept reduziert die Detektionswahrscheinlichkeit wesentlich. Möglich wäre auch eine reflexionsmindernde Beschichtung oder schallannullierende Beschichtung, ohne die Bootsgeometrie zu verändern. Das Prinzip der aktiven Schallannullierung (Active Cancellation) beruht darauf, dass der ankommende Schall am Ziel überwacht wird. Mit Hilfe einer eigenen Schallquelle am Zielkörper wird ein identisches, um 180 ° phasenverschobenes Signal erzeugt. Beide Schallsignale überlagern sich (destruktive Interferenz) und löschen sich im besten Falle gegenseitig aus. Der Schall wird somit am Ziel vernichtet, es findet theoretisch keine Reflexion statt. Das Verfahren erfordert schnelle, kostenintensive Mess-, Regelungs- und Wandlertechnik am Zielkörper und ist für die Verringerung von Reflexionen an großen und komplexen Sonarzielen daher nicht von Bedeutung. Die hydrodynamischen/seismischen Signatur, auch Drucksignatur genannt, wird erzeugt durch ein fahrendes Wasserfahrzeug. Das Wasserfahrzeug erzeugt ein dynamisches Strömungssystem, wobei durch eine Strömung ein Unterdrück erzeugt wird. Die Verdrängung führt zur Beschleunigung der Wasserteilchen (Strömung) und führt zur Verminderung des Drucks. Der entstehende Unterdrück ist proportional zur Größe und Geschwindigkeit des Wasserfahrzeugs.
Eine ändernde Propellerbelastung erzeugt ein schwankendes Nachstromfeld am Hinterschiff des Wasserfahrzeugs. Es werden variierende Druckfelder erzeugt, die sich auf das Hinterschiff auswirken (Hydrodynamische Interaktion).
Der dynamische Druckverlauf den ein Wasserfahrzeug erzeugt, beispielsweise eine Überwassereinheit, ist von Wellenbewegungen überlagert. In großen Wassertiefen ist die Wellenbewegung denen eines Wasserfahrzeugs sehr ähnlich (Dünungssee). Diese Signatur hängt ab von der Schiffs- beziehungsweise Bootsgeometrie, Tiefgang, Tauchtiefe, Roll, Pitch, Geschwindigkeit, Seegang und Eigenschiffs- beziehungsweise Bootsmanövern.
Beispielhafte Ausführungsformen des Moduls für die Bedrohungsanalyse sollen im Folgenden dargestellt werden.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist das Signaturmanagementsystem ein Modul für die Bedrohungsanalyse auf. Hierdurch ist es möglich, die Zieldaten, Klassifizierungsdaten und Bedrohungsanalysedaten aus dem Führungs- und Waffeneinsatzsystem in das Modul für die Bedrohungsanalyse zu übertragen. Die Vorbedingung für die Übertragung der Daten ist, dass der Kontakt und/oder die Kontakte als feindlich klassifiziert worden sind. Das Modul für die Bedrohungsanalyse führt selbstständig und unabhängig eine Bedrohungsanalyse durch, die es mit den übertragenen Daten und mit den Inhalten eigener Datenbanken vergleicht. Daraus folgt die Berechnung der Entfernung (Gefahrenkreis), auf der das eigene Wasserfahrzeug detektiert werden kann unter Einsatz eigner Datenbanken, in denen Daten der Empfindlichkeit gegnerischer Sensoriken, Effektoren und Detektions- und Waffeneinsatzreichweiten gespeichert sind. Bedrohungsanalyse bedeutet, dass einem Kontakt Fähigkeitswerte zugeordnet werden. Ist beispielsweise ein Kontakt als feindliche U-Jagdeinheit klassifiziert worden, so ist davon auszugehen, dass diese U-Jagdeinheit eine bessere Sonarperformance aufweist als beispielsweise ein Einsatzgruppenversorger. Daher wäre in diesem Fall eine Umgehung des Gegners zu wählen oder die Signatur deutlich zu reduzieren, um einer Entdeckung zu entgehen. Insbesondere im Bereich der nicht-akustischen Signatur wird hierbei die Bewertung gegnerischer Uberwasser- und Unterwassereinheiten sowie luftgestützter Einheiten zunehmend komplexer. Eine besondere Bedrohung sind Seeminen sowie Sonarbojen und anlaufende Leicht- und Schwergewichtstorpedos.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist das Modul für die Bedrohungsanalyse die den nachfolgenden Datenbanken auf:
Datenbank mit Informationen zur Empfindlichkeit gegnerischer Sensoriken
Datenbank mit Informationen zu gegnerischen Detektionsreichweiten
Datenbank mit Informationen zu gegnerischen Waffeneinsatzreichweiten
Datenbank mit Informationen zu gegnerischen Effektoren (Seeminen, Leicht- und Schwergewichtstorpedos, Sonarbojen)
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist das Modul für die Bedrohungsanalyse für eine oder mehrere, bevorzugt alle, der nachfolgenden Aufgaben ausgebildet: a) Übernahme der Ausbreitungsbedingungen aus dem Aktivelement b) Übernahme der Zieldaten, Klassifizierungsdaten und Bedrohungsanalysedaten aus dem Aktivelement c) Automatische Bedrohungsanalyse und Vergleich mit den Inhalten eigener Datenbanken und Vergleich der übertragenen Daten aus dem Aktivelement d) Automatische Berechnung der Entfernung (Gefahrenkreis) auf der das eigene Schiff/ Boot detektiert werden kann. e) Die Ausgabe der Bedrohungsanalyse erfolgt in das Modul für die Visulisierung, Überwachung und Steuerung Beispielhafte Ausführungsformen des Moduls für die Visualisierung, Überwachung und Steuerung sollen im Folgenden dargestellt werden.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist das Signaturmanagementsystem ein Modul für die Visualisierung, Überwachung und Steuerung auf. Hierdurch ist die Visualisierung der Analyse- und Berechnungsergebnisse aus den weiteren Modulen und die Bewertung der Analyse- und Berechnungsergebnisse für eine verbesserte Entscheidungsfindung sowie die Überwachung und Steuerung der Aktivelemente. Das Modul für die Visualisierung, Überwachung und Steuerung ist eine Interaktionskomponente zur Interaktion zwischen Besatzung und dem Signaturmanagementsystem.
Die Darstellung der Analyse- und Berechnungsergebnisse aus den weiteren Modulen erfolgt bevorzugt in einem umschaltbaren 2D/3D Modell, unterlegt mit grafischen und numerischen Daten sowie unterlegter elektronischer Seekarte, um Gefährdungspotentiale im Nah- und Fernfeld zu präsentieren.
Ein wesentliches Merkmal des Moduls für die Visualisierung, Überwachung und Steuerung ist es, eine automatische Prognose zu berechnen, für die Dauer der Maßnahmen die ergriffen werden können zur Reduzierung der Eigensignatur, um sich der Detektion des Gegners zu entziehen. Der Anwender entscheidet im operationellen Betrieb, insbesondere in Bedrohungslagen, wie das Signaturmanagementsystem zur Steuerung der Aktivelemente reagieren soll oder kann selber darauf reagieren. Hierbei hat der Anwender die Möglichkeit im Signaturmanagementsystem zwischen der Betriebsart „Automatik“ oder „Semi- Automatik“ (Veto Recht) auszuwählen. Dies ist notwendig, beispielsweise in Gefechtslagen oder in besonderen Sicherheitslagen.
In der Betriebsart „Automatik“ führt das Signaturmanagementsystem die notwendigen Maßnahmen zur Steuerung der Aktivelemente selbstständig aus, um beispielsweise Energiereserven einzusparen und/oder Eigensignaturen zur reduzieren. Dementsprechend werden Warn- und Alarm-Meldungen im Modul für die Visualisierung, Überwachung und Steuerung generiert und die Maßnahmen, die vom Signaturmanagementsystem ergriffen worden sind. Wenn die Funktion „Automatik“ gewählt worden ist, ist ein Umschalten auf die Funktion „Semi- Automatik“ (Veto Recht) jederzeit möglich, was dazu führt, dass es zu einem Abbruch eingeleiteter Maßnahmen kommt und veränderte Betriebs- und Einschaltzustände in den Aktivelementen automatisch wiederherstellt werden.
Die Funktion „Semi-Automatik“ kann notwendig sein, wenn gewisse Umstände, beispielsweise in besonderen Bedrohungslagen, es nicht zulassen, dass das Signaturmanagementsystem automatisch Betriebs- und Einschaltzustände der Aktivelemente verändert, um beispielsweise Energiereserven einzusparen und/oder Eigensignaturen zur reduzieren. Dementsprechend werden Warn- und Alarm Meldungen im Modul für die Visualisierung, Überwachung und Steuerung generiert und die Maßnahmen, die hätten ergriffen werden können.
Die Vergabe der Funktion „Automatik“ und/oder „Semi- Automatik“ (Veto Recht) ist für eine automatische oder semi- automatische Teilsteuerung ausgesuchter Aktivelemente möglich.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist das Modul für die Visualisierung, Überwachung und Steuerung für eine, mehrere oder alle der nachfolgenden Aufgaben ausgebildet: a) Übertragung der Ausbreitungsdaten Umwelt aus dem Aktivelement in das Modul für die Bedrohungsanalyse b) Übertragung der Ziel-, Klassifizierungs- und Bedrohungsanalysedaten aus dem Aktivelement in das Modul für die Bedrohungsanalyse c) Übertragung der Ausbreitungsdaten Umwelt aus dem Modul für die Bedrohungsanalyse in das Modul für Visualisierung, Überwachung und Steuerung d) Übertragung der Ziel-, Klassifizierungs- und Bedrohungsanalysedaten aus dem Modul für die Bedrohungsanalyse in das Modul für Visualisierung, Überwachung und Steuerung e) Berechnung der Bedrohungsanalyse in Modul für die Bedrohungsanalyse und Übertragung in das Modul für Visualisierung, Überwachung und Steuerung f) Berechnung des Fahrbereichs-, Betriebs- und Einschaltzustand in Modul für die Missionsplanung und Übertragung in das Modul für Visualisierung, Überwachung und Steuerung g) Berechnung und Soll-Ist-Vergleich der nicht-akustischen Signatur mit den zuvor eingestellten Schwellenparametern in Modul für die nicht-akustische Signatur und die Übertragung des Soll-Ist-Vergleichs der nicht-akustischen Signatur und die Übertragung vorgeschlagener Maßnahmen bei Überschreitung der Signaturen, in das Modul für Visualisierung, Überwachung und Steuerung h) Berechnung und Soll-Ist-Vergleich der akustischen Signatur mit den zuvor eingestellten Schwellenparametern in Modul für die akustische Signatur und die Übertragung des Soll-Ist-Vergleichs der akustischen Signatur und vorgeschlagener Maßnahmen bei Überschreitung der Signaturen, in das Modul für Visualisierung, Überwachung und Steuerung i) Berechnung zukünftiger Anwendungen in Modul für zukünftige Anwendungen und Übertragung in das Modul für Visualisierung, Überwachung und Steuerung j) Visualisierung der Analyse- und Berechnungsergebnisse in Modul für die Visualisierung, Überwachung und Steuerung, aus den weiteren Modulen k) Automatische und/oder manuelle Bewertung der Analyse- und Berechnungsergebnisse zur Entscheidungsfindung, in Modul für die Visualisierung, Überwachung und Steuerung l) Generierung von Warn- und Alarm-Meldungen bei Bedrohung oder Sofortbedrohung, in Modul für die Visualisierung, Überwachung und Steuerung m) Generierung von Warn- und Alarm-Meldungen, wenn Energiereserven nicht mehr ausreichend sind, in Modul für die Visualisierung, Überwachung und Steuerung n) Generierung von Warn- und Alarm-Meldungen, wenn zuvor festgelegte Schwellenparameter der nicht-akustischen Signatur überschritten werden, in Modul für die Visualisierung, Überwachung und Steuerung o) Generierung von Warn- und Alarm-Meldungen, wenn zuvor festgelegte Schwellenparameter der nicht- akustischen Signatur überschritten werden, in Modul für die Visualisierung, Überwachung und Steuerung p) Automatische Steuerung der Aktivelemente in Modul für die Visualisierung, Überwachung und Steuerung, mit der Funktion „Automatik“, wenn das Signaturmanagementsystem notwendige Maßnahmen selbstständig ausführen soll q) Semi-automatische Steuerung der Aktivelemente in Modul für die Visualisierung, Überwachung und Steuerung, mit der Funktion „Semi-Automatik“ (Veto Recht), wenn das Signaturmanagementsystem notwendige Maßnahmen nicht selbstständig ausführen soll r) Umschaltung von der Funktion „Automatik“ nach „Semi-Automatik“ (Veto Recht) in Modul für die Visualisierung, Überwachung und Steuerung, wenn es die Situation es erfordert, was dazu führt, dass es zu einem Abbruch eingeleiteter Maßnahmen kommt und veränderte Betriebs- und Einschaltzustände in den Aktivelementen automatisch in Modul für die Visualisierung, Überwachung und Steuerung, wiederhergestellt werden s) Automatische und/ oder semi-automatische Steuerung ausgesuchter Teilsysteme der Aktivelemente in Modul für die Visualisierung, Überwachung und Steuerung, mit der Funktion „Automatik“ und/oder „Semi- Automatik“ t) Darstellung der Analyse- und Berechnungsergebnisse aus den weiteren Modulen, in einem umschaltbaren 2D/3D Modell, unterlegt mit grafischen und numerischen Daten sowie unterlegter elektronischer Seekarte um Gefährdungspotentiale im Nah- und Fernfeld zu präsentieren, in Modul für die Visualisierung, Überwachung und Steuerung.
Zusätzlich kann ein Modul für zukünftige Anwendungen vorgesehen sein. Für die Auslegung eines Gesamtsystems einer Überwasser- und Unterwassereinheit ist es unabdingbar, eine genaue Anforderungsanalyse durchzuführen, um zielorientierte Lösungen anzubieten. Wichtig ist in diesem Zusammenhang, laufend die Gültigkeit angenommener Anforderungen zu hinterfragen. Mit diesem Modul ist es möglich besondere Kunden Anforderungen und sich ändernde Bedrohungslagen umzusetzen.
Das Signaturmanagementsystem ist beispielsweise mit dem Führungs- und Waffeneinsatzsystem, dem schiffstechnischen System und der Schiffs- und Bootsgeometrie verbunden ist. Das Signaturmanagementsystem ist für die Überlebensfähigkeit und den Missionserfolg von Bedeutung. Ein wesentliches Ergebnis ist beispielsweise Berechnung einer Prognose für die Dauer der Maßnahmen die ergriffen werden können, zur Reduzierung der Eigensignatur, um sich der Detektion des Gegners zu entziehen. Dazu verarbeitet das Signaturmanagementsystem die zuvor in den verschiedenen Modulen berechneten Prozesse und visualisiert die Analyse- und Berechnungsergebnisse in Modul für die Visualisierung, Überwachung und Steuerung zur weiteren Analyse und Bewertung für eine verbesserte Entscheidungsfindung. Warn- und Alarm-Meldungen erscheinen, wenn Energiereserven nicht mehr ausreichend sind, wenn zuvor festgelegte Schwellen der nicht- akustischen und akustischen Signatur überschritten werden sowie bei Bedrohungen und Sofortbedrohungen. Der Anwender entscheidet im operationellen Betrieb, wie das Signaturmanagementsystem zur Steuerung der Aktivelemente reagieren soll, mit der zuvor eingestellten Betriebsart, „Automatik“ oder „Semi-Automatik“ (Veto Recht). Die Funktion „Semi-Automatik“ kann notwendig sein, wenn gewisse Umstände, beispielsweise bei besonderen Bedrohungslagen, es nicht zulassen, dass das Signaturmanagementsystem automatisch die Betriebs- und Einschaltzustände der Aktivelemente verändert, um beispielsweise Energiereserven einzusparen und/oder Eigensignaturen zur reduzieren. Dementsprechend erscheinen Warn- und Alarm-Meldungen im Modul für die Visualisierung, Überwachung und Steuerung. In der Betriebsart „Automatik“ führt das Signaturmanagementsystem die notwendigen Maßnahmen zur Steuerung der Aktivelemente selbstständig aus, um beispielsweise Energiereserven einzusparen und/oder Eigensignaturen zur reduzieren. Dementsprechend erscheinen Warn- und Alarm Meldungen im Modul für die Visualisierung, Überwachung und Steuerung, welche Maßnahmen vom Signaturmanagementsystem ergriffen werden und worden sind. Wenn die Funktion „Automatik“ ausgewählt worden ist, ist ein Umschalten auf die Funktion „Semi- Automatik“ jederzeit möglich, was dazu führt, dass es zu einem Abbruch eingeleiteter Maßnahmen kommt und veränderte Betriebs- und Einschaltzustände in den Aktivelementen automatisch wiederherstellt werden, beispielsweise in besonderen Situationen. Die Vergabe der Funktion „Automatik“ und/oder „Semi-Automatik“ (Veto Recht) kann für eine automatische oder semi-automatische Steuerung der Aktivelemente im operationellen Betrieb einzeln vergeben werden. Sämtliche Module des Signaturmanagementsystems dienen der Erfassung, Verarbeitung, Berechnung, Speicherung und Verteilung von Daten. Für individuelle Signaturen werden Kenngrößen ermittelt, hinsichtlich Änderung, Anfälligkeit und Empfindlichkeit. Die in Echtzeit durchgeführten Berechnungen aktueller Signaturwerte, Anfälligkeit und Empfindlichkeit extensiver Kenngrößen basiert auf Informationen über Umwelt, Betriebs- und Einschaltzustand und der Signatur mit dem Ziel, die Signatur zu überwachen und an die taktische Situation anzupassen. Das Signaturmanagementsystem umfasst insbesondere eine ausgewogene Berücksichtigung aller relevanten Signaturen, die Kontrolle und die Reduzierung der Signaturen während des gesamten Lebenszyklus unter Berücksichtigung der Operation, Aufgabe, Fähigkeit, Seegebiet und Umweltbedingungen.
Beispielsweis ist das Signaturmanagementsystems die Nutzung eigener Datenbanken ausgelegt. Die Datenbanken sind für die Speicherung aktueller Signalmessungen und für die Vergleichsmöglichkeiten aktueller und historischer Signalmessungen ausgelegt, beispielsweise:
Datenbank Geräuschquellen (Maschinen)
Datenbank akustische Impedanz elastischer Lagerungen
Datenbank der Schiffsbaustruktur
Datenbank der sekundären Übertragungswege
Weiter beispielsweise ist Signaturmanagementsystems für die Nutzung eigner Modelle und Analyseapplikationen ausgelegt, beispielsweise:
Strömungsmodell
Numerisches Modell der Schwingungsanalyse zur Modalanalyse von Schiffbaustrukturen
Analyse Applikation für Abstrahlung von akustischem Lärm
Analyse Applikation für die Finite-Elemente-Analyse der Energie
Analyse Applikation für die Statistische Energieanalyse
Weiter beispielsweise ist das Signaturmanagementsystem ausgelegt für die Nutzung eigener Datenbanken für die Speicherung aktueller Zielparameter und für Vergleichsmöglichkeiten aktueller und historisch abgespeicherten Zieldaten, beispielsweise:
Datenbank mit Informationen zur Empfindlichkeit gegnerischer Sensoriken, Datenbank mit Informationen zu gegnerischer Detektionsreichweiten, Datenbank mit Informationen zu gegnerischer Waffeneinsatzreichweiten, Datenbank mit Informationen zu gegnerischer Effektoren (Seeminen, Leicht- und Schwergewichtstorpedos, Sonarbojen). In einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben eines Wasserfahrzeugs mit einem Signaturmanagementsystem. Das Verfahren weist die folgenden Schritte auf: a) Vorgeben einer maximal zulässigen Detektionswahrscheinlichkeit, b) Ermitteln der Zustände der Aktivelemente, c) Abschätzen der eigenen Signatur, d) Vergleich der eigenen Signatur nach Schritt c) mit der in Schritt a) vorgegebenen Detektionswahrscheinlichkeit, e) Beim Feststellen der Überschreitung in Schritt d) Anpassen der Zustände der Aktivelemente zur Anpassung der Signatur zur Unterschreitung der maximal zulässigen Detektionswahrscheinlichkeit.
Wesentlich ist also die gezielte Anpassung der Zustände zur Unterschreitung einer Detektionswahrscheinlichkeit. Somit dient das Verfahren dazu, die eigene Signatur an eine externe Lage (beispielsweise Abstand und Fähigkeit fremder Fahrzeuge) anzupassen, um eienr Entdeckung wahrscheinlich zu entgehen.
Hierbei kann das Signaturmanagement diese Schritte kontinuierlich durchführen. Diese Schritte können auch bei einer Situationsänderung, beispielsweise bei einem neuen Kontakt zu einem anderen Wasserfahrzeug oder Flugzeug, durchgeführt werden. Alternativ oder bevorzugt zusätzlich können die Schritte b) bis e) auch prädiktiv durchgeführt werden. Somit wird zum Beispiel im Rahmen einer Routenplanung festgelegt, welche Aktivelemente wann und in welchem Umfang benutzt werden.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird prädiktiv in der Missionsplanung eine Einschaltplanung der Aktivelemente erstellt. Dieses hat den Vorteil., dass beispielweise bei einem Kühlraum Zeiten geplant werden können, in denen dieser abgeschaltet werden kann, insbesondere außerhalb der Essenszubereitungszeiten. Alternativ oder zusätzlich kann die Route so geplant werden, dass ein größerer Abstand zu potentiellen Gegnern eingehalten wird, wenn beispielsweise der Kühlraum wieder gekühlt werden muss. Es kommt also bevorzugt zu einer Wechselwirkung zwischen Einschaltplanung und Routenplanung. In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung erfolgt im Schritt e) ein Anpassen der thermischen Signatur durch Änderung der Fahrtrichtung. Dieses kann in zwei Weisen erfolgen. Zum einen kann vermieden werden, dass eine Seite ständig der Sonne zugewandt ist, sodass diese zu stark erhitzt wird, insbesondere, dass Bug oder Heck zur Sonne zeigen, um die Absorption der Sonnenstrahlung zu minimieren. Zum anderen kann eine von der Sonne aufgeheizte Seite im Fall einer Bedrohung von dieser Bedrohung weggedreht werden.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung erfolgt im Schritt e) ein Anpassen des Radarquerschnitts durch ein Verschließen von Öffnungen, insbesondere durch Tore.
In einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben eines Wasserfahrzeugs mit einem Signaturmanagementsystem. Das Verfahren weist die folgenden Schritte auf: a) Vorgeben einer maximal zulässigen Detektionswahrscheinlichkeit, b) Ermitteln der Zustände der Aktivelemente, c) Abschätzen der eigenen Signatur, d) Vergleich der eigenen Signatur nach Schritt c) mit der in Schritt a) vorgegebenen Detektionswahrscheinlichkeit, e) Beim Feststellen der Überschreitung in Schritt d) Anpassen der Aktivelemente zur Unterschreitung, wobei die Schritte a) bis e) insbesondere einzelne, mehrere oder alle der folgenden Schritte aufweisen können.
Insbesondere umfasst Abschätzen der eigenen Signatur in Schritt c) und der Vergleich der eigenen Signatur nach Schritt c) mit der in Schritt a) vorgegebenen Detektionswahrscheinlichkeit in Schritt d):
I. Übertragung der Ziel-, Klassifizierungs- und Bedrohungsanalysedaten aus dem Aktivelement in das Modul für die Bedrohungsanalyse,
II. Übertragung der Ausbreitungsdaten Umwelt aus dem Modul für die Bedrohungsanalyse in das Modul für Visualisierung, Überwachung und Steuerung, III. Übertragung der Ziel-, Klassifizierungs- und Bedrohungsanalysedaten aus dem Modul für die Bedrohungsanalyse in das Modul für Visualisierung, Überwachung und Steuerung,
IV. Berechnung der Bedrohungsanalyse in Modul für die Bedrohungsanalyse und Übertragung in das Modul für Visualisierung, Überwachung und Steuerung,
V. Berechnung des Fahrbereichs-, Betriebs- und Einschaltzustand in Modul für die Missionsplanung und Übertragung in das Modul für Visualisierung, Überwachung und Steuerung,
VI. Berechnung und Soll-Ist-Vergleich der nicht-akustischen Signatur mit den zuvor eingestellten Schwellenparametern in Modul für die nicht-akustische Signatur und die Übertragung des Soll-Ist-Vergleichs der nicht-akustischen Signatur und die Übertragung vorgeschlagener Maßnahmen bei Überschreitung der Signaturen, in das Modul für Visualisierung, Überwachung und Steuerung,
VII. Berechnung und Soll-Ist-Vergleich der akustischen Signatur mit den zuvor eingestellten Schwellenparametern in Modul für die akustische Signatur und die Übertragung des Soll-Ist- Vergleichs der akustischen Signatur und vorgeschlagener Maßnahmen bei Überschreitung der Signaturen, in das Modul für Visualisierung, Überwachung und Steuerung,
VIII. Berechnung zukünftiger Anwendungen in Modul für zukünftige Anwendungen und Übertragung in das Modul für Visualisierung, Überwachung und Steuerung,
Zusätzlich kann das Verfahren einen oder mehrere der folgenden Schritte aufweisen:
IX. Visualisierung der Analyse- und Berechnungsergebnisse in Modul für die Visualisierung, Überwachung und Steuerung, aus den weiteren Modulen,
X. Automatische und/oder manuelle Bewertung der Analyse- und Berechnungsergebnisse zur Entscheidungsfindung, in Modul für die Visualisierung, Überwachung und Steuerung,
XI. Generierung von Warn- und Alarm-Meldungen bei Bedrohung oder Sofortbedrohung, in Modul für die Visualisierung, Überwachung und Steuerung, XII. Generierung von Warn- und Alarm-Meldungen, wenn Energiereserven nicht mehr ausreichend sind, in Modul für die Visualisierung, Überwachung und Steuerung,
XIII. Generierung von Warn- und Alarm-Meldungen, wenn zuvor festgelegte Schwellenparameter der nicht-akustischen Signatur überschritten werden, in Modul für die Visualisierung, Überwachung und Steuerung,
XIV. Generierung von Warn- und Alarm-Meldungen, wenn zuvor festgelegte Schwellenparameter der nicht-akustischen Signatur überschritten werden, in Modul für die Visualisierung, Überwachung und Steuerung,
Beim Feststellen der Überschreitung in Schritt d) kann das Anpassen der Aktivelemente zur Unterschreitung in Schritt e) beispielsweise einen oder mehrere der folgenden Schritte aufweisen:
XV. Automatische Steuerung der Aktivelemente in Modul für die Visualisierung, Überwachung und Steuerung, mit der Funktion „Automatik“, wenn das Signaturmanagementsystem notwendige Maßnahmen selbstständig ausführen soll,
XVI. Semi-automatische Steuerung der Aktivelemente in Modul für die Visualisierung, Überwachung und Steuerung, mit der Funktion „Semi- Automatik“ (Veto Recht), wenn das Signaturmanagementsystem notwendige Maßnahmen nicht selbstständig ausführen soll,
XVII. Umschaltung von der Funktion „Automatik“ nach „Semi-Automatik“ (Veto Recht) in Modul für die Visualisierung, Überwachung und Steuerung, wenn es die Situation es erfordert, was dazu führt, dass es zu einem Abbruch eingeleiteter Maßnahmen kommt und veränderte Betriebs- und Einschaltzustände in den Aktivelementen automatisch in Modul für die Visualisierung, Überwachung und Steuerung, wiederhergestellt werden,
XVIII. Automatische und/oder semi-automatische Steuerung ausgesuchter Teilsysteme der Aktivelemente in Modul für die Visualisierung, Überwachung und Steuerung, mit der Funktion „Automatik“ und/oder „Semi- Automatik“,
XIX. Darstellung der Analyse- und Berechnungsergebnisse aus den verschiedenen Modulen, in einem umschaltbaren 2D/3D Modell, unterlegt mit grafischen und numerischen Daten sowie unterlegter elektronischer Seekarte um Gefährdungspotentiale im Nah- und Fernfeld zu präsentieren, in Modul für die Visualisierung, Überwachung und Steuerung.
Nachfolgend ist das erfindungsgemäße Wasserfahrzeug anhand eines in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.
Fig. 1 Wasserfahrzeug
Fig. 2 System zur elektronischen Datenverarbeitung
Fig. 3 Unterseeboot
In Fig. 1 ist ein beispielhaftes Wasserfahrzeug 10 gezeigt, im gezeigten Beispiel ein Überwasserschiff. Das Wasserfahrzeug 10 weist ein System zur elektronischen Datenverarbeitung 20 auf. Dieses kann sich über das gesamte Wasserfahrzeug 10 erstrecken, wobei große Teile üblicherweise im Bereich der Brücke angeordnet sind. Das Wasserfahrzeuge 10 weist Sensoren. Beispielhaft sind hier ein Sonar 32 und ein Radar 34 gezeigt. Die von den Sensoren erfassten Daten werden an ein Sensorsystem 50 innerhalb des Systems zur elektronischen Datenverarbeitung 20 übertragen und dort ausgewertet. Die Sensoren selbst können auch beispielsweise innerhalb des schwarzen Netzes, also innerhalb des Systems zur elektronischen Datenverarbeitung 20 angeordnet sein. Das Sensorsystem 50 erzeugt aus den reinen erfassten Messwerten üblicherweise klassifizierte Informationen und ist daher üblicherweise im roten Netz des Systems zur elektronischen Datenverarbeitung 20 angeordnet. Weiter weist das Wasserfahrzeug 20 Aktivelemente auf, hier beispielhaft gezeigt sind der Motor 42 mit einem Propeller 44 für den Vortrieb, ein Hangartor 46 sowie ein Effektor 48. Ein Ansteuerungssystem 60 innerhalb des Systems zur elektronischen Datenverarbeitung 20 dient zur Ansteuerung der Aktivelemente. Wesentlicher Punkt ist, dass zentral ein Signaturmanagementsystem 70 innerhalb des Systems zur elektronischen Datenverarbeitung 20 angeordnet ist, also zum einen Zugriff auf die Informationen hat, welche durch die Sensoren erfasst und das Sensorsystem 50 ausgewertet wurden und auf der anderen Seite über das Ansteuerungssystem 60 in der Lage ist, die Signatur des Wasserfahrzeugs 10 gezielt zu verändern, je nach vorliegender Bedrohungslage. Fig. 2 zeigt das System zur elektronischen Datenverarbeitung 20 mit einigen Modulen. Diese Module können bevorzugt innerhalb des Signaturmanagementsystems 70 angeordnet sein. Insbesondere sind ein Modul zur Missionsplanung 100, ein Modul für die nicht-akustische Signatur 102, Modul für die akustische Signatur 104, ein Modul zur Feindbewertung 106 und ein Visualisierungsmodul 108 vorhanden. Das Modul zur Missionsplanung 100 umfasst beispielsweise Kartenmaterialien, Modelle zur Verbrauchsberechnung und dergleichen. Weiter kann das Modul zur Missionsplanung 100 ein Wetterprognosemodul aufweisen oder mit einem Wetterprognosemodul verbunden sein. Modul für die nicht-akustische Signatur 102 dient insbesondere zur Bewertung der nicht-akustischen Signatur und zur lagebedingten Optimierung der nichtakustischen Signatur. Analog gilt dieses für das Modul für die akustische Signatur 104. Weiter ist ein Modul zur Feindbewertung 106, welches insbesondere die durch das Sensorsystem 50 erkannten Kontakte hinsichtlich deren Fähigkeit zur sensorischen Erfassung des Wasserfahrzeugs 10 bewertet, insbesondere unter Berücksichtigung von Position und bevorzugt auch von vorhergesagter Bewegung. Das Visualisierungsmodul 108 dient dazu, diese Informationen beispielsweise auf der Brücke zur Verfügung zu stellen.
In Fig. 3 ist ein weiteres Wasserfahrzeug 10 dargestellt hier. Im Gegensatz zum im Fig. 1 gezeigten Beispiel handelt es sich um ein Unterseeboot. Ansonsten gelten die zuvor gemachten Ausführungen analog.
Bezugszeichen
10 Wasserfahrzeug
20 System zur elektronischen Datenverarbeitung
32 Sonar 34 Radar 42 Motor 44 Propeller 46 Hangartor 48 Effektor 50 Sensorsystem 60 Ansteuerungssystem 70 Signaturmanagementsystem
100 Modul zur Missionsplanung
102 Modul für die nicht-akustische Signatur
104 Modul für die akustische Signatur 106 Modul zur Feindbewertung
108 Visualisierungsmodul

Claims

Patentansprüche
1. Wasserfahrzeug (10) mit einem System zur elektronischen Datenverarbeitung (20), wobei das Wasserfahrzeug (10) Sensoren (32, 34) aufweist, wobei das System zur elektronischen Datenverarbeitung (20) mit den Sensoren (32, 34) zur Übernahme der von den Sensoren (32, 34) erfassten Daten verbunden ist, wobei das Wasserfahrzeug (10) Aktivelemente (42, 44, 46, 48) aufweist, wobei das System zur elektronischen Datenverarbeitung (20) zur Ansteuerung der Aktivelemente (42, 44, 46, 48) ausgebildet ist und mit den Aktivelementen (42, 44, 46, 48) zur Ansteuerung verbunden ist, wobei die Aktivelemente wenigstens erste Zustände und zweite Zustände aufweisen, wobei die Signatur des Wasserfahrzeugs (10) in den ersten Zuständen und den zweiten Zuständen unterschiedlich ist, dadurch gekennzeichnet, dass das System zur elektronischen Datenverarbeitung (20) ein Signaturmanagementsystem aufweist, wobei das Signaturmanagementsystem zur Veränderung der Ansteuerung der Aktivelemente (42, 44, 46, 48) zur Veränderung der Signatur des Wasserfahrzeugs (10) durch Änderung der Zustände der Aktivelemente (42, 44, 46, 48) durch das System zur elektronischen Datenverarbeitung (20) ausgebildet ist.
2. Wasserfahrzeug (10) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Signaturmanagementsystem ein Modul für die nicht-akustische Signatur (102) aufweist.
3. Wasserfahrzeug (10) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Modul für die nicht-akustische Signatur (102) zur Reduzierung der thermischen Signatur ausgebildet ist zur Anpassung der Fahrtrichtung des Wasserfahrzeugs (10) und/oder zum Besprühen der Außenhaut des Wasserfahrzeugs (10) zur Kühlung.
4. Wasserfahrzeug (10) nach einem der Ansprüche 2 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Modul für die nicht-akustische Signatur (102) zur Reduzierung des Radarquerschnitts zum Verschließen von Öffnungen, insbesondere durch Tore, ausgebildet ist.
5. Wasserfahrzeug (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Signaturmanagementsystem ein Modul für die akustische Signatur (104) aufweist.
6. Wasserfahrzeug (10) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Modul für die akustische Signatur (104) zur Reduzierung der akustischen Signatur ausgebildet ist zur Anpassung oder Abschaltung von Aktivelementen (42, 44, 46, 48).
7. Wasserfahrzeug (10) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Aktivelemente (42, 44, 46, 48) ausgewählt sind aus der Gruppe umfassend Antrieb, Kompressor, Verdichter, Klima- und Wärmetechnik.
8. Wasserfahrzeug (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Signaturmanagementsystem ein Modul zur Missionsplanung (100) aufweist.
9. Wasserfahrzeug (10) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Modul zur Missionsplanung (100) zur Berechnung der Entdeckungswahrscheinlichkeit entlang einer geplanten Route und der Berücksichtigung der vorhandenen Energiereserven ausgebildet ist.
10. Wasserfahrzeug (10) nach einem der Ansprüche 8 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Modul zur Missionsplanung (100) zur Berücksichtigung die Wetterprognose bei der Routenplanung ausgebildet ist.
11 . Wasserfahrzeug (10) nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Modul zur Missionsplanung (100) zur Einschaltplanung der Aktivelemente (42, 44, 46, 48) ausgebildet ist.
12. Wasserfahrzeug (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Signaturmanagementsystem ein Modul zur Feindbewertung (106) aufweist. Wasserfahrzeug (10) nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Modul zur Feindbewertung (106) eine Datenbank aufweist, wobei die Datenbank zu Feindeinheiten vermutete Detektionsreichweiten nach Detektionsarten aufweist. Wasserfahrzeug (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das System zur elektronischen Datenverarbeitung (20) zusätzlich ein oder mehr Systeme aufweist ausgewählt aus der Gruppe Sensorsystem (50), Waffenleitsystem, Navigationssystem, Kommunikationssystem. Wasserfahrzeug (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das System zur elektronischen Datenverarbeitung (20) eine Visualisierungsvorrichtung aufweist. Wasserfahrzeug (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Modul zur Missionsplanung (100) in einem Sensorkontrollsystem integriert ist. Verfahren zum Betreiben eines Wasserfahrzeugs (10) mit einem Signaturmanagementsystem, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist: a) Vorgeben einer maximal zulässigen Detektionswahrscheinlichkeit, b) Ermitteln der Zustände der Aktivelemente (42, 44, 46, 48), c) Abschätzen der eigenen Signatur, d) Vergleich der eigenen Signatur nach Schritt c) mit der in Schritt a) vorgegebenen Detektionswahrscheinlichkeit, e) Beim Feststellen der Überschreitung in Schritt d) Anpassen der Zustände der Aktivelemente (42, 44, 46, 48) zur Anpassung der Signatur zur Unterschreitung der maximal zulässigen Detektionswahrscheinlichkeit. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Schritte b) bis e) prädiktiv durchgeführt werden. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass prädiktiv in der
Missionsplanung eine Einschaltplanung der Aktivelemente (42, 44, 46, 48) erfolgt. Verfahren nach einem der Ansprüche 17 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass im Schritt e) ein Anpassen der thermischen Signatur durch Änderung der
Fahrtrichtung erfolgt. Verfahren nach einem der Ansprüche 17 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass im Schritt e) ein Anpassen des Radarquerschnitts durch ein Verschließen von Öffnungen, insbesondere durch Tore, erfolgt.
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