WO2016141919A1 - Sensor device and monitoring system - Google Patents

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WO2016141919A1
WO2016141919A1 PCT/DE2016/100057 DE2016100057W WO2016141919A1 WO 2016141919 A1 WO2016141919 A1 WO 2016141919A1 DE 2016100057 W DE2016100057 W DE 2016100057W WO 2016141919 A1 WO2016141919 A1 WO 2016141919A1
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WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
sensor device
platform
hydrophone
sensor
hydrophone arrangement
Prior art date
Application number
PCT/DE2016/100057
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German (de)
French (fr)
Inventor
Wolfgang Dorsch
Heiko Schmidt
Original Assignee
Atlas Elektronik Gmbh
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 Atlas Elektronik Gmbh filed Critical Atlas Elektronik Gmbh
Priority to EP16716457.3A priority Critical patent/EP3265837A1/en
Publication of WO2016141919A1 publication Critical patent/WO2016141919A1/en

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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01SRADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S3/00Direction-finders for determining the direction from which infrasonic, sonic, ultrasonic, or electromagnetic waves, or particle emission, not having a directional significance, are being received
    • G01S3/80Direction-finders for determining the direction from which infrasonic, sonic, ultrasonic, or electromagnetic waves, or particle emission, not having a directional significance, are being received using ultrasonic, sonic or infrasonic waves
    • G01S3/801Details
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01HMEASUREMENT OF MECHANICAL VIBRATIONS OR ULTRASONIC, SONIC OR INFRASONIC WAVES
    • G01H3/00Measuring characteristics of vibrations by using a detector in a fluid
    • G01H3/10Amplitude; Power
    • GPHYSICS
    • G10MUSICAL INSTRUMENTS; ACOUSTICS
    • G10KSOUND-PRODUCING DEVICES; METHODS OR DEVICES FOR PROTECTING AGAINST, OR FOR DAMPING, NOISE OR OTHER ACOUSTIC WAVES IN GENERAL; ACOUSTICS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G10K11/00Methods or devices for transmitting, conducting or directing sound in general; Methods or devices for protecting against, or for damping, noise or other acoustic waves in general
    • G10K11/004Mounting transducers, e.g. provided with mechanical moving or orienting device
    • G10K11/006Transducer mounting in underwater equipment, e.g. sonobuoys
    • GPHYSICS
    • G10MUSICAL INSTRUMENTS; ACOUSTICS
    • G10KSOUND-PRODUCING DEVICES; METHODS OR DEVICES FOR PROTECTING AGAINST, OR FOR DAMPING, NOISE OR OTHER ACOUSTIC WAVES IN GENERAL; ACOUSTICS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G10K2200/00Details of methods or devices for transmitting, conducting or directing sound in general
    • G10K2200/11Underwater, e.g. transducers for generating acoustic waves underwater

Definitions

  • the invention relates to a sensor device for receiving acoustic signals under water, wherein the sensor device comprises an armature, an anchor rope and a buoyant body is held in the installed state of the buoyancy body by the anchor rope in a water column and the anchor rope is attached to the anchor , Furthermore, the invention relates to a monitoring system, in particular for monitoring shipping traffic in coastal waters.
  • Radar systems with trackers are usually used for this, with the latter combining the individual position reports of the radar into complete tracks of movement (tracks), thereby making it possible to detect the behavior and the movement pattern of an observed object.
  • round-robin radars are used to scan the relevant surveillance area for ships. If the scanning beam of the radar device hits an object, the position of the object is supplied by the radar device to the tracker. The position is usually composed of the angular position of the antenna at the time the object was discovered and the distance of the object to the radar, which can be calculated due to the duration of the radar pulse to the object and back.
  • a disadvantage of the radar system based on a tracker is that only surface ships can be discovered and the monitoring radius is limited due to the scanning beam. [06] Similar restrictions exist in the monitoring of shipping traffic from the airspace. In addition, a complex use of aircraft and / or helicopters is necessary here.
  • Underwater vessels usually use ships with corresponding sonar equipment on board. Disadvantages here are the proper motion of the surveillance vessel (underwater or surface ship) and the constant high expenditure of personnel and resources for a continuous monitoring of coastal waters.
  • Sonarbojen are usually dropped by aircraft (or helicopters), the impact is released by the hydrophone and falls to a wire in a given depth of water. A decoupling of the movement of the hydrophone from the sea is achieved by a stretchable rubber band in the wire. The signals received by the buoy are sent to the aircraft in the FM band. To characterize the ship type, a frequency analysis on board the aircraft can be performed. An estimate of the position, For example, a ship, can only be achieved by the elaborate dropping of multiple sonar buoys.
  • the disadvantage is that with multiple sonar buoys only the approximate position and after prolonged observation, if necessary, the course and the journey of the target can be determined.
  • the object of the invention is to improve the state of the art.
  • a sensor device for receiving acoustic signals under water, wherein the sensor device, an anchor, an anchor rope and a Having buoyant body, is held in the installed state of the buoyancy body by the anchor rope in a water column and the anchor rope is attached to the anchor, wherein the sensor device comprises a hydrophone arrangement for bearing of underwater noise.
  • the sensor device or the sensor devices are stationary installed on the seabed, so that a continuous monitoring of a
  • the sensor device can be positioned by the buoyant body in a defined position in the water column.
  • An essential idea of the invention is based on the fact that, contrary to the cited prior art, a sensor device with a hydrophone arrangement for bearing of underwater noise is stationarily positioned on the seabed via a buoyant body and an anchor rope to an anchor, the position of the Hydrophone arrangement in the water column is adjustable.
  • a “sensor device” is, in particular, a device for recording acoustic signals underwater, In particular, the sensor device allows a recording, identification and / or bearing of underwater noise by means of a hydrophone arrangement.
  • An anchor is in particular a device by means of which an anchor rope secures the further components of the sensor device to the seabed in order not to be driven off by wind, current, waves or other influences
  • an anchor may be, in particular, a heavy stone or concrete block
  • An anchor may in particular be the usual anchor used in shipping, such as corrosion-resistant metals
  • the anchor is a foundation, as is commonly used in the offshore industry.
  • An “anchor rope” is, in particular, an elongated, pliable, elastic element consisting of twisted natural or synthetic fibers or wires, which element is used in particular for connecting the components of the sensor device and for transmitting tensile forces conventional rope, a leash and / or a metal chain act in.
  • the anchor rope on one Rope end to be anchored to the anchor and at the other end of the rope on the buoyancy body of the sensor device.
  • a buoyant body (also referred to as a buoyant body) is in particular an object which, owing to its buoyancy, is self-buoyant by displacement according to the Archimedes' principle
  • a buoyant body may in particular comprise material capable of buoyancy, such as wood or cork or is hollow, wherein the cavity is often filled with air or with a light solid, such as a closed-cell as possible plastic foam.
  • Established state is understood to mean, in particular, the connection of the buoyant body via an anchor rope with an anchor in the water so that the buoyancy body occupies, in particular, a specific position in a water column.
  • water column refers in particular to the vertical orientation of an underwater body from the surface of the water to the bottom (seabed).
  • hydrophone arrangement is, in particular, the spatial arrangement of several hydrophones, where “hydrophone arrangement” is understood in particular to mean that several
  • (Single) hydrophones are placed at a certain distance together, so that, for example, forms a long hydrophone chain.
  • the hydrophone arrangement may take on different shapes such as a stretched chain or a circle.
  • hydrophone is understood as meaning, in particular, a device for the conversion of waterborne sound into an electrical voltage corresponding to the sound pressure.
  • hydrophones are used in particular in the sea to record waterborne noise between about 10 Hz and 1 MHz.
  • hydrophones are also usable as underwater sound source, so that in particular an active bearing can be made.
  • a hydrophone can be used in particular both as a sound transmitter and as a sound receiver or individual hydrophones can be used as a sound transmitter and others as a sound receiver.
  • a hydrophone has in particular as a component to an acoustic transducer element which converts acoustic signals as sound pressure changes in electrical voltage or vice versa converts electrical voltage into acoustic signals.
  • Piezo ceramics and piezocomposite ceramics are used in particular as the acoustic transducer element.
  • Bearing is understood to mean, in particular, a method by which the angle between the direction of a specular object and a reference direction is measured, and, in particular, the determined angle itself can be referred to as a bearing In the present case, directions and bearings are to be understood as synonymous.
  • Underwater sounds are in particular sounds which are emitted by natural or artificial objects under water as sound waves, for example, it may be the propulsion of a ship
  • Underwater sounds may also be previously transmitted underwater signals that have been reflected on objects under water.
  • the sensor device has a holder, wherein the holder with the buoyant body is connected and has the hydrophone arrangement.
  • the holder of the hydrophone arrangement can impose a defined shape.
  • the hydrophones can be attached to the holder, but the holder also gives the hydrophone arrangement stability and mechanical protection.
  • the holder can be designed as a metal ring.
  • the holder is connected together with the hydrophone arrangement with the buoyant body, the position of the holder and thus the hydrophone arrangement can be adjusted by means of the buoyant body.
  • the holder can be connected directly to the buoyant body, for example by means of a rope or a shackle, and / or the holder can be fastened indirectly to the buoyant body, for example by fixing the holder to a rope, which in turn leads to the buoyant body.
  • buoyant body which is in turn connected to the anchor via the anchor rope, aligns the mount and the hydrophone arrangement both horizontally and vertically.
  • buoyant body For vertical positioning, it is advantageous, for example, if the buoyant body is located approximately 100 m below the water surface in order to minimize algae growth since light for photosynthesis is attenuated by the upper water layer.
  • the holder with the hydrophone arrangement can not be mounted directly under the buoyancy body, but for example, in a buoyancy body, which sits in a water depth of 100m, the hydrophone assembly can be located in a water depth of 1,400m, while the anchor sits, for example, on the seabed at 2,000m depth.
  • the holder is a receptacle for the hydrophone arrangement, for example, the holder may be an adapter Trade metal ring or a metal bar.
  • the hydrophone arrangement has a total length of 20m to 250m, in particular from 40 m to 120 m.
  • the hydrophone arrangement is designed so that it can receive and / or send sound signals in all directions.
  • the hydrophone arrangement is designed as a circular structure, so that the entire angular range of 360 ° is acoustically covered.
  • the sensor device has a position sensor (GPS and / or gyroscope), so that a position and / or an orientation of the sensor device and / or the hydrophone arrangement can be or are determined.
  • GPS and / or gyroscope position sensor
  • the necessary position of the sensor device and / or the hydrophone arrangement can be determined for a distance measurement and a bearing. In addition, you can
  • Wave movements which despite the attachment of the hydrophone arrangement can occur on the buoyant body tensioned on the anchor rope, are detected and taken into account in the direction determination and bearing.
  • a "position sensor” is, in particular, a sensor which determines the position and / or the orientation of the sensor device and / or the hydrophone arrangement in three-dimensional space.
  • which in particular has a rapidly rotating symmetrical gyro which rotates in a movable bearing, because of the angular momentum conservation, the gyro has in particular a high inertia with respect to changes in position in the space
  • changes in direction can be measured and position determinations can be made possible by the position sensor.
  • the sensor device has a platform in addition to the buoyancy body, wherein the buoyancy body is fastened to the platform with a fastening cable.
  • a fastening cable and / or the anchor rope can be stretched more, so that there is less mobility of the buoyant body in the vertical and / or horizontal direction.
  • the necessary buoyancy corresponding to the weight of the sensor device and / or its components, in particular the hydrophone arrangement and the position sensor, can be adapted more freely.
  • the holder with the hydrophone arrangement can also be additionally tensioned upwards and / or downwards via cables, wherein the cables can be fastened below and / or above the buoyant body on the central anchor cable and / or the fastening cable.
  • a "fastening rope” is, in particular, an elongate, pliable, elastic element consisting of twisted natural or synthetic fibers or wires, which is used in particular for connecting the buoyant body to the platform
  • the fastening cable can be fastened to the buoyancy body at one end of the rope and to the platform at the other end of the rope.
  • the holder and / or the hydrophone arrangement is or can be brought to a water surface via a fastening means on the buoyant body and / or on the fastening cable.
  • the holder and / or the hydrophone arrangement is or can be brought to a water surface via a fastening means on the buoyant body and / or on the fastening cable.
  • the holder and / or the hydrophone assemblies can be recovered from the water surface directly from the water depth for maintenance purposes or can.
  • the fastening means may be a shackle, via which the holder and / or a cable connected to the holder is fastened to an eyelet of the buoyant body.
  • the attachment rope may be a pulley block which fixes the attachment to the buoyant body and / or to the attachment rope.
  • the buoyant body is kept taut by the anchor rope and / or the attachment rope in position. It is given as long as loose on the supporting rope of the pulley until its length is sufficient to pull the attachment to the bracket by means of a Hochzugsseils.
  • a "fastening means" is in particular means which fixes components of the sensor device together. ⁇ br/> ⁇ br/> In particular, the fastening means is a fixed connection which at least partially restricts the mobility between two components. ⁇ br/> ⁇ br/> In particular, it is advantageous if the fastening means are loosened In a further embodiment of the sensor device, the buoyant body and / or the platform is or are set up such that the buoyant body and / or the platform is or are partially above the water surface, and Buoyancy body and / or the platform one
  • buoyant body and / or the platform is or are arranged partially above the water surface, so that on this lying in the ambient air part of the buoyancy body and / or the platform other facilities and equipment can be arranged.
  • the energy recovery device or another device is not exposed to corrosion by seawater and other influences, such as algae growth.
  • the energy recovery device recovers electrical energy without using fossil resources.
  • the sensor device can be operated autonomously when the energy recovery device uses the solar radiation, the wind and / or the wave motion for the production of electrical energy.
  • An "energy-generating device” is in particular a device which generates electrical energy, which can take place in particular by converting the energy of the solar radiation and / or the wind and / or the waves into electrical energy supplying the electrical consumers directly and / or the electrical energy can be cached.
  • the sensor device In order to buffer the electrical energy as well as to process and forward the recorded signals, the sensor device has a supply device and / or a signal processing device and / or a
  • the recovered electrical energy of the energy recovery device can be cached and the electrical load of the sensor device, regardless of the operation of the
  • the "signal processing device” can analyze the signals picked up by the hydrophone arrangement and can detect (detect) possible targets based on their noise signatures, and the bearing of the targets can be determined.
  • the measured properties of the detected targets such as the bearing with Time reference and the acoustic signatures, can over the
  • Communication device are transmitted to a monitoring system.
  • the signal processing device can process received signals from a monitoring station and pass them on to the hydrophone device, for example in order to emit an acoustic signal of a specific frequency. Conversely, the electrical signals of the hydrophones can be forwarded to the signal processing device for further processing of the signals.
  • Communication device is the signal transmission, for example, to a central monitoring station.
  • the supply device and / or the signal processing device and / or a communication device are arranged on the buoyant body and / or the platform above the water surface. Thus, they are not exposed to the mechanical stress of wind and wave motion or other physical, chemical and / or biological factors such as biological and chemical corrosion.
  • Satellite communication and / or a location such as GPS and undisturbed possible.
  • the buoyant body and / or the platform and / or the holder may comprise further devices, such as further measuring devices for determining the characteristic impedance or for measuring physical, chemical and / or biological parameters.
  • a supply device is a rechargeable battery, so that the electrical consumers are continuously and also independent of the operation of the
  • Power generating device can be powered with electricity.
  • the “signal processing device” processes the signals of the central monitoring station and / or the hydrophone arrangement as well as further measuring devices of the sensor device
  • Signal processing device are passed to the hydrophone arrangement or the electrical signals of the hydrophone arrangement are of the
  • Signal processing device further processed to the Bearing evaluate as well as to allow transmission to a central monitoring station an entire situation picture.
  • the “communication device” transmits and exchanges signals and data between the sensor device and a central monitoring station and / or another receiver
  • Communication device transmitter and / or receiver for satellite communication and a GPS receiver for determining the location.
  • the hydrophone assemblies and / or the position sensor are or are connected to the buoyancy body and / or the platform via at least one cable for power supply and / or data transmission.
  • the components of the sensor device which are arranged under water, in particular the hydrophone arrangement and the position sensor can be supplied with power by the buoyant body and / or the platform and the data can be transmitted to the signal processing device on the buoyant body and / or the platform ,
  • the electrical energy can be directly from the energy recovery device or from the
  • control commands can be sent to a central monitoring station via the signal processing device be transmitted by means of the data transmission cable to the hydrophone arrangement and conversely electrical signals of the hydrophone arrangement and / or the position sensor and / or other measuring instruments are transmitted under water to the signal processing device.
  • satellite signals may be received by the signal processing device.
  • the acoustic signals of the hydrophone arrangement recorded by means of the signal processing unit can be evaluated and / or a detection of a ship emitting acoustic signals and / or a bearing to the emitting ship can be carried out.
  • a sensor device which can perform directly by means of submerged hydrophone distance measurement and bearing of ships.
  • the sensor device can also be operated autonomously and autonomously, whereby an independent situation image of the environment can be created.
  • the object is achieved by a monitoring system, in particular for monitoring vessel traffic in a coastal water, wherein the monitoring system has at least one sensor device as described above.
  • the submerged hydrohead sensor device provides a continuous, long-range monitoring system.
  • the monitoring system can have a plurality of sensor devices under water, so that with long reach over each sensor device a correspondingly long coastline can be monitored.
  • the preprocessed data of the individual sensor devices can be combined and processed into a common situation image by the monitoring system.
  • the monitoring system processes the data already preprocessed by the sensor device into an overall situation image from the defection / identification of the ships and the bearing of the coastal waters.
  • Figure 1 is a schematic sectional view of a
  • Figure 2 is a highly schematic representation of a
  • FIG. 3 is a highly schematic, not to scale
  • a sensor device 101 has a floating ball 104, which is arranged in the sea partially above the water surface 121.
  • the floating ball 104 is attached via a chain 103 with a concrete block 102 on the seabed.
  • the swimming ball 104 is round, hollow
  • Running float and has on its surface outside the water above a solar cell 110.
  • a battery 111, a data processing computer 112 and a satellite communication 113 are arranged.
  • a hydrophone arrangement 107 is arranged on the chain 103 via a holder 106.
  • the hydrophone arrangement 107 has a multiplicity of piezoceramic sound transducers 108, with only 10 individual piezoceramic sound transducers being visible on account of the sectional illustration.
  • a gyroscope 109 is arranged on the holder 106. Via the power cable 114 and the data transmission cable 115, the gyroscope 109 and the hydrophone arrangement 107 are connected to the battery 111, to the data evaluation computer 112 and to the communication device 113.
  • the hydrophone arrangement 107 is located at 150m
  • the solar cell 110 of the floating ball 104 gains electrical energy due to solar radiation, which is conducted via a cable (not shown) to the battery 111 for intermediate storage and direct supply to the gyroscope 109 and the hydrophone assembly 107.
  • Ships receives the hydrophone array 107 reflected and emitted by unknown ships acoustic Signals.
  • the signals are transmitted via the data transmission cable 115 to the data evaluation computer 112, which analyzes the signals and detects possible unknown ships. In addition, the bearing to the unknown ships is determined.
  • the preprocessed data is transmitted by the satellite communication 113 to a central monitoring station (not shown).
  • Data analysis calculator 112 the failure of three piezoceramic transducers 108.
  • a boat goes to the sensor device 101 for maintenance. Via a pulley, not shown on the floating ball 104, the holder 106 is pulled up with the hydrophone assembly 107 to the floating ball 104 and then aboard the boat added. The three defective piezoceramic sound transducers 108 are replaced on site and then the holder 106 is lowered with the hydrophone assembly 107 again with the pulley, not shown to the original depth, so when function of all piezoceramic transducers 108 again a complete picture is taken.
  • a sensor device 201 has a floating one
  • Signal processing device 212 and a
  • Communication device 213 arranged side by side. On top of these devices is a solar cell 210.
  • Attachment rope 216 the hollow ball 204 mounted under water.
  • the hollow ball 204 is connected to a gravity foundation 202 via a steel wire 203, wherein the gravity foundation 202 sits on the seabed 220.
  • the tube antenna 206 has a
  • the tube antenna 206 is guided in a circle around the steel wire 203 (not shown due to the sectional view). Furthermore, the tube antenna 206 has a gyroscope 209.
  • the hose antenna 206 and the gyroscope 209 are connected to the platform 205 via a power cable 214 and a data transmission cable 215.
  • the power cable 214 and the communication cable 215 are guided on the platform 205 slightly covered to prevent twisting of the power cable 214 and the data transmission cable 215 with the attachment cable 216 and the anchor rope 203.
  • the battery 211 energizes the underwater microphone assembly 207 and the gyroscope 209 via the power cable 214.
  • the entire environment of the sensor unit 201 can be acoustically monitored.
  • acoustic signals are received by the piezocomposite transducers 208.
  • the signals are transmitted via the data transmission cable 215 to the data evaluation computer 212 on the floating platform 205.
  • the data evaluation computer 212 executes a
  • the sensor devices 101 and 201 are components of a surveillance system of the coastal section between Lübeck and Ueckermünde.
  • the sensor device 101 and the two identical sensor devices 331 and 341 are installed under water in the coastal waters 342 at a mean distance of 15 km from the coastline 240.
  • the sensor device 210 and the identical sensor device 351 are arranged under water.
  • On land at coastline 340 is a monitoring station 370.
  • the sensor devices 101, 331 and 341 have one
  • Both sensor devices 210 and 351 have a range of 200km. Both sensor devices 210 and 351 receive emitted acoustic signals from the container vessel 350 that runs onto the shoreline 340 and from the bulker 360 that is removed from the shoreline 340.
  • the recorded acoustic signals are preprocessed by the sensor devices 210 and 351, a bearing to the container vessel 350 and the bulker 360 is performed, and on the basis of the recorded acoustic signals, the vessel types are identified as container ship 350 and bulker 360.
  • the preprocessed data is transmitted from the sensor devices 210 and 351 to the monitoring station 370 via satellite communication.
  • the sensor devices 101, 331 and 341 do not report any detections in their range to the monitoring station 370.
  • the monitoring station 370 generates from the preprocessed data of all the sensor devices 101, 201, 331, 341 and 351 gives an overall picture of the ship traffic on coastline 340.

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  • Testing Or Calibration Of Command Recording Devices (AREA)

Abstract

The invention relates to a sensor device for recording acoustic signals underwater, wherein the sensor device has an anchor, an anchor cable, and a buoyancy body, the buoyancy body is held in a water column by the anchor cable and the anchor cable is fastened to the anchor in the set-up state, wherein the sensor device has a hydrophone assembly for capturing underwater sounds. The invention further relates to a monitoring system, in particular for monitoring ship traffic in coastal waters.

Description

Sensorvorrichtung und Überwachungssystem  Sensor device and monitoring system
[Ol] Die Erfindung betrifft eine Sensorvorrichtung zur Aufnahme von akustischen Signalen unter Wasser, wobei die Sensorvorrichtung einen Anker, ein Ankerseil und einen Auftriebskörper aufweist, im eingerichteten Zustand der Auftriebskörper durch das Ankerseil in einer Wassersäule gehalten wird und das Ankerseil an dem Anker befestigt ist. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Überwachungssystem, insbesondere zur Überwachung von Schiffsverkehr in einem Küstengewässer . The invention relates to a sensor device for receiving acoustic signals under water, wherein the sensor device comprises an armature, an anchor rope and a buoyant body is held in the installed state of the buoyancy body by the anchor rope in a water column and the anchor rope is attached to the anchor , Furthermore, the invention relates to a monitoring system, in particular for monitoring shipping traffic in coastal waters.
[02] International ist es in vielen Ländern üblich, eine Küstenüberwachung durchzuführen. Diese hat insbesondere eine verkehrsregelnde und -überwachende Funktion. [02] Internationally, it is common practice in many countries to carry out coastal surveillance. This has in particular a traffic-regulating and -monitoring function.
[03] Üblicherweise werden hierzu Radarsysteme mit Tracker eingesetzt, wobei letztere die einzelnen Positionsmeldungen des Radars zu kompletten Bewegungsspuren (Tracks) zusammensetzen und dadurch ermöglichen, das Verhalten und das Bewegungsmuster eines beobachteten Objekts zu erkennen. [03] Radar systems with trackers are usually used for this, with the latter combining the individual position reports of the radar into complete tracks of movement (tracks), thereby making it possible to detect the behavior and the movement pattern of an observed object.
[04] Hierzu werden typischer Weise Rundsuch-Radargeräte eingesetzt, um das relevante Überwachungsgebiet nach Schiffen abzusuchen. Trifft der Abtaststrahl des Radargerätes auf ein Objekt, wird die Position des Objektes vom Radargerät zum Tracker geliefert. Dabei setzt sich die Positionsangabe üblicherweise zusammen aus der Winkelstellung der Antenne zum Zeitpunkt zu dem das Objekt entdeckt wurde und der Entfernung des Objektes zum Radar, welche aufgrund der Laufzeit des Radarpulses zum Objekt und zurück berechnet werden kann. [0002] Typically, round-robin radars are used to scan the relevant surveillance area for ships. If the scanning beam of the radar device hits an object, the position of the object is supplied by the radar device to the tracker. The position is usually composed of the angular position of the antenna at the time the object was discovered and the distance of the object to the radar, which can be calculated due to the duration of the radar pulse to the object and back.
[05] Nachteilig am Radarsystem basierend auf einen Tracker ist, dass nur Überwasserschiffe entdeckt werden können und der Überwachungsradius aufgrund des AbtastStrahls begrenzt ist. [06] Ähnliche Beschränkungen bestehen bei der Überwachung des Schiffsverkehrs aus dem Luftraum heraus. Zudem ist hier auch ein aufwändiger Einsatz von Flugzeugen und/oder Hubschraubern notwendig . A disadvantage of the radar system based on a tracker is that only surface ships can be discovered and the monitoring radius is limited due to the scanning beam. [06] Similar restrictions exist in the monitoring of shipping traffic from the airspace. In addition, a complex use of aircraft and / or helicopters is necessary here.
[07] Um Überwasserschiffe und insbesondere auch[07] To surface ships and especially
Unterwasserschiffe zu überwachen, werden üblicherweise Schiffe mit entsprechenden Sonaranlagen an Bord eingesetzt. Nachteilig sind hierbei die Eigenbewegung des Überwachungsschiffes (Unter- oder Überwasserschiff) und der ständige hohe Aufwand an Personal- und Betriebsmitteln für eine kontinuierliche Überwachung von Küstengewässern. Underwater vessels usually use ships with corresponding sonar equipment on board. Disadvantages here are the proper motion of the surveillance vessel (underwater or surface ship) and the constant high expenditure of personnel and resources for a continuous monitoring of coastal waters.
[08] Allgemein ist die Detektion eines Objektes von einem Unterwasserschiff oder -fahrzeug aus schwierig durchzuführen, da sowohl die Entfernung als auch die Peilung (Richtung) bestimmt werden müssen. Je weiter entfernt das zu defektierende Objekt ist, desto größer wirken sich etwaige Fehler in der Bestimmung des PeilungswinkelsIn general, the detection of an object from an underwater vessel or craft is difficult to perform, since both the range and the bearing (direction) must be determined. The farther away the object to be defective is, the greater are any errors in the determination of the bearing angle
(Richtungswinkels) aus. (Direction angle).
[09] Des Weiteren besteht die Möglichkeit, lokal Sonarbojen einzusetzen. Hierbei handelt es sich um spezielle Bojen, welche mit Hydrophonen (Unterwassermikrofonen) ausgestattet sind, um Schiffe oder andere Schallquellen unter Wasser aufzuspüren . [09] Furthermore, it is possible to use local sonar buoys. These are special buoys equipped with hydrophones (underwater microphones) to detect ships or other sound sources under water.
[10] Sonarbojen werden meist von Flugzeugen (oder Hubschraubern) abgeworfen, wobei durch den Aufschlag das Hydrophon freigegeben wird und an einen Draht in eine vorgegebene Wassertiefe fällt. Eine Entkopplung der Bewegung des Hydrophons vom Seegang wird durch ein dehnbares Gummiband im Draht erzielt. Die von der Boje empfangenen Signale werden im UKW-Bereich an das Flugzeug gesendet. Zur Charakterisierung des Schiffstyps kann eine Frequenzanalyse an Bord des Flugzeuges durchgeführt werden. Eine Abschätzung der Position, beispielsweise eines Schiffes, kann nur durch den aufwändigen Abwurf mehrerer Sonarbojen erreicht werden. Sonarbojen are usually dropped by aircraft (or helicopters), the impact is released by the hydrophone and falls to a wire in a given depth of water. A decoupling of the movement of the hydrophone from the sea is achieved by a stretchable rubber band in the wire. The signals received by the buoy are sent to the aircraft in the FM band. To characterize the ship type, a frequency analysis on board the aircraft can be performed. An estimate of the position, For example, a ship, can only be achieved by the elaborate dropping of multiple sonar buoys.
[11] Nachteilig ist, dass mit mehreren Sonarbojen lediglich die ungefähre Position und nach längerer Beobachtung gegebenenfalls auch der Kurs und die Fahrt des Ziels bestimmt werden können. The disadvantage is that with multiple sonar buoys only the approximate position and after prolonged observation, if necessary, the course and the journey of the target can be determined.
[12] Neben dem aufwändigen Einsatz von mehreren Bojen, ist auch der Einsatz eines Flugzeuges (oder Hubschraubers) bei der Überwachung nachteilig, da dadurch höhere Kosten und logistische Aufwände entstehen. In addition to the complex use of multiple buoys, the use of an aircraft (or helicopter) in the monitoring is disadvantageous, as this results in higher costs and logistical expenses.
[13] Des weiterem ist der zeitliche Einsatz eines Luftfahrzeuges begrenzt, sodass eine kontinuierliche Überwachung einen Einsatz von mehreren Luftfahrzeugen mit einer entsprechenden Logistik erfordert. Furthermore, the temporal use of an aircraft is limited, so that a continuous monitoring requires the use of multiple aircraft with a corresponding logistics.
[14] Zudem wird immer nur ein lokales und temporäres Lagebild erstellt, wie dies auch durch ein Schiff mit eigener Trackerfunktion erzeugt werden kann. Hierbei ist die Reichweite und somit das Lagebild der Umgebung eingeschränkt. In addition, only a local and temporary situation image is created, as can be generated by a ship with its own tracker function. Here, the range and thus the situation image of the environment is limited.
[15] Häufig reicht die Reichweite somit nicht aus, um mehrere kilometerlange Küstenabschnitte zu überwachen und ein einziges Lagebild zu erzeugen. Often, the range is therefore not enough to monitor several miles of coastline and create a single picture of the situation.
[16] Zudem werden in den genannten Verfahren mobile Überwachungsgeräte wie Sonarbojen oder Fahrzeuge eingesetzt, deren Eigenbewegungen, insbesondere bei einer gewünschten zusätzlichen Peilung, korrigiert werden müssen. [16] In addition, mobile monitoring devices such as sonar buoys or vehicles are used in the aforementioned methods, whose proper movements, especially in the case of a desired additional bearing, must be corrected.
[17] Aufgabe der Erfindung ist es, den Stand der Technik zu verbessern . [17] The object of the invention is to improve the state of the art.
[18] Gelöst wird die Aufgabe durch eine Sensorvorrichtung zur Aufnahme von akustischen Signalen unter Wasser, wobei die Sensorvorrichtung einen Anker, ein Ankerseil und einen Auftriebskörper aufweist, im eingerichteten Zustand der Auftriebskörper durch das Ankerseil in einer Wassersäule gehalten wird und das Ankerseil an dem Anker befestigt ist, wobei die Sensorvorrichtung eine Hydrophon-Anordnung zur Peilung von Unterwassergeräuschen aufweist. The problem is solved by a sensor device for receiving acoustic signals under water, wherein the sensor device, an anchor, an anchor rope and a Having buoyant body, is held in the installed state of the buoyancy body by the anchor rope in a water column and the anchor rope is attached to the anchor, wherein the sensor device comprises a hydrophone arrangement for bearing of underwater noise.
[19] Dadurch kann in einer Sensorvorrichtung unter Wasser mittels Hydrophon-Anordnung direkt eine Peilung von Unterwassergeräuschen durchgeführt werden. As a result, a bearing of underwater noise can be performed directly in a sensor device under water by means of hydrophone arrangement.
[20] Zudem kann über die räumliche Anordnung von Hydrophonen die Reichweite und die Peilungsqualität verbessert werden. In addition, the spatial arrangement of hydrophones, the range and the bearing quality can be improved.
[21] Folglich kann mit einer Sensorvorrichtung oder mehreren Sensorvorrichtungen unter Wasser eine Küstenüberwachung erfolgen . [21] Consequently, coastal monitoring can be carried out with one or more sensor devices underwater.
[22] Vorteilhaft ist die Sensorvorrichtung oder sind die Sensorvorrichtungen stationär am Meeresgrund installiert, sodass eine kontinuierliche Überwachung eines[22] Advantageously, the sensor device or the sensor devices are stationary installed on the seabed, so that a continuous monitoring of a
Küstenabschnittes ermöglicht wird. Dadurch wird ein weitreichendes und gesamtes Lagebild des Küstenabschnittes möglich . Coastal section is made possible. As a result, a far-reaching and complete picture of the situation of the coastline becomes possible.
[23] Zudem kann die Sensorvorrichtung durch den Auftriebskörper in einer definierten Position in der Wassersäule positioniert werden . In addition, the sensor device can be positioned by the buoyant body in a defined position in the water column.
[24] Es ist vorteilhaft, dass keine Unter- oder Überwasserfahrzeuge oder Luftfahrzeuge zur Küstenüberwachung eingesetzt werden müssen, welche beständig einen hohen Personal- und Betriebsmittelbedarf aufweisen. It is advantageous that no underwater or surface vehicles or aircraft for coastal surveillance must be used, which consistently have a high staff and equipment requirements.
[25] Somit ist ein Orten, Verfolgen und Klassifizieren von Wasserfahrzeugen über eine einmal installierteThus, locating, tracking and classifying vessels over a once installed one
Sensorvorrichtung unter Wasser möglich. [26] Ein wesentlicher Gedanke der Erfindung beruht darauf, dass, entgegen dem angegebenen Stand der Technik, eine Sensorvorrichtung mit einer Hydrophon-Anordnung zur Peilung von Unterwassergeräuschen stationär am Meeresgrund über einen Auftriebskörper und ein Ankerseil an einem Anker positioniert wird, wobei die Position der Hydrophon-Anordnung in der Wassersäule einstellbar ist. Sensor device under water possible. An essential idea of the invention is based on the fact that, contrary to the cited prior art, a sensor device with a hydrophone arrangement for bearing of underwater noise is stationarily positioned on the seabed via a buoyant body and an anchor rope to an anchor, the position of the Hydrophone arrangement in the water column is adjustable.
[27] Folgendes Begriffliche sei erläutert: [27] The following terminology is explained:
[28] Eine „Sensorvorrichtung" ist insbesondere eine Vorrichtung zur Aufnahme von akustischen Signalen unter Wasser. Insbesondere erlaubt die Sensorvorrichtung durch eine Hydrophon-Anordnung eine Aufnahme, Identifikation und/oder Peilung von Unterwassergeräuschen. [28] A "sensor device" is, in particular, a device for recording acoustic signals underwater, In particular, the sensor device allows a recording, identification and / or bearing of underwater noise by means of a hydrophone arrangement.
[29] Ein „Anker" ist insbesondere eine Einrichtung, mit der über ein Ankerseil die weiteren Bestandteile der Sensorvorrichtung auf dem Meeresgrund festgemacht werden, um nicht durch Wind, Strömung, Wellen oder anderen Einflüssen abgetrieben zu werden. Ein Anker erfüllt seine Funktion insbesondere aufgrund seines Gewichts und/oder seiner Form. Im einfachsten Fall kann ein Anker insbesondere ein schwerer Stein oder Betonklotz sein. Bei einem Anker kann es sich insbesondere auch um die üblichen in der Schifffahrt eingesetzten Anker handeln, wie zum Beispiel aus korrosionsbeständigen Metallen. Auch kann es sich beim Anker insbesondere um ein Fundament handeln, wie dies üblicherweise in der Offshore-Industrie eingesetzt wird. An anchor is in particular a device by means of which an anchor rope secures the further components of the sensor device to the seabed in order not to be driven off by wind, current, waves or other influences In the simplest case, an anchor may be, in particular, a heavy stone or concrete block An anchor may in particular be the usual anchor used in shipping, such as corrosion-resistant metals In particular, the anchor is a foundation, as is commonly used in the offshore industry.
[30] Ein „Ankerseil" ist insbesondere ein aus zusammengedrehten Natur- oder Kunstfasern oder Drähten bestehendes, längliches, biegeschlaffes, elastisches Element, welches insbesondere zur Verbindung der Bestandteile der Sensorvorrichtung und zur Übertragung von Zugkräften verwendet wird. Beim Ankerseil kann es sich um ein herkömmliches Seil, eine Leine und/oder eine Metallkette handeln. Insbesondere kann das Ankerseil am einen Seilende am Anker und am anderen Seilende am Auftriebskörper der Sensorvorrichtung befestigt sein. [30] An "anchor rope" is, in particular, an elongated, pliable, elastic element consisting of twisted natural or synthetic fibers or wires, which element is used in particular for connecting the components of the sensor device and for transmitting tensile forces conventional rope, a leash and / or a metal chain act in. In particular, the anchor rope on one Rope end to be anchored to the anchor and at the other end of the rope on the buoyancy body of the sensor device.
[31] Bei einem „Auftriebskörper" (auch Schwimmkörper genannt) handelt es sich insbesondere um einen Gegenstand, welcher aufgrund seines Auftriebs durch Verdrängung nach dem archimedischen Prinzip selbstständig schwimmfähig ist. Ein Auftriebskörper kann insbesondere an sich schwimmfähiges Material, wie Holz oder Kork, aufweisen oder ist hohl ausgeführt, wobei der Hohlraum häufig mit Luft oder mit einem leichten Feststoff, beispielsweise einem möglichst geschlossenporigen Kunststoffschäum, gefüllt ist. [31] A "buoyancy body" (also referred to as a buoyant body) is in particular an object which, owing to its buoyancy, is self-buoyant by displacement according to the Archimedes' principle A buoyant body may in particular comprise material capable of buoyancy, such as wood or cork or is hollow, wherein the cavity is often filled with air or with a light solid, such as a closed-cell as possible plastic foam.
[32] Unter „eingerichteten Zustand" wird insbesondere die Verbindung des Auftriebskörpers über ein Ankerseil mit einem Anker im Wasser verstanden, sodass der Auftriebskörper insbesondere eine bestimmte Position in einer Wassersäule einnimmt . [32] "Established state" is understood to mean, in particular, the connection of the buoyant body via an anchor rope with an anchor in the water so that the buoyancy body occupies, in particular, a specific position in a water column.
[33] Unter „Wassersäule" wird insbesondere die vertikale Ausrichtung eines Unterwasserkörpers von der Wasseroberfläche bis zu dem Grund (Meeresboden) bezeichnet. [33] The term "water column" refers in particular to the vertical orientation of an underwater body from the surface of the water to the bottom (seabed).
[34] Eine „Hydrophon-Anordnung" ist insbesondere die räumliche Anordnung von mehreren Hydrophonen. Hierbei wird unter Hydrophon-Anordnung insbesondere verstanden, dass mehrere[34] A "hydrophone arrangement" is, in particular, the spatial arrangement of several hydrophones, where "hydrophone arrangement" is understood in particular to mean that several
( Einzel- ) Hydrophone in einem bestimmten Abstand aneinander gesetzt werden, sodass sich beispielsweise eine lange Hydrophonkette bildet. Die Hydrophon-Anordnung kann insbesondere unterschiedliche Formen wie eine gestreckte Kette oder einen Kreis annehmen. (Single) hydrophones are placed at a certain distance together, so that, for example, forms a long hydrophone chain. In particular, the hydrophone arrangement may take on different shapes such as a stretched chain or a circle.
[35] Als „Hydrophon" wird insbesondere ein Gerät zur Wandlung von Wasserschall in eine dem Schalldruck entsprechende elektrische Spannung verstanden. Hydrophone werden insbesondere im Meer eingesetzt, um dort Wasserschallgeräusche aufzunehmen. Der verwendete Frequenzbereich im Meer liegt zwischen ca. 10 Hz und 1 MHz. Insbesondere sind Hydrophone aber auch als Unterwasserschallquelle nutzbar, sodass insbesondere auch eine aktive Peilung erfolgen kann. Hierzu kann ein Hydrophon insbesondere sowohl als Schallsender als auch als Schallempfänger genutzt werden oder einzelne Hydrophone können als Schallsender und andere als Schallempfänger genutzt werden. Ein Hydrophon weist insbesondere als Bauteil ein akustisches Wandlerelement auf, welches akustische Signale als Schallwechseldrücke in elektrische Spannung umwandelt oder umgekehrt elektrische Spannung in akustische Signale umwandelt. Als akustisches Wandlerelement werden insbesondere Piezokeramiken und Piezokompositkeramiken eingesetzt . [35] The term "hydrophone" is understood as meaning, in particular, a device for the conversion of waterborne sound into an electrical voltage corresponding to the sound pressure. <br/><br/> Hydrophones are used in particular in the sea to record waterborne noise between about 10 Hz and 1 MHz. In particular, hydrophones are also usable as underwater sound source, so that in particular an active bearing can be made. For this purpose, a hydrophone can be used in particular both as a sound transmitter and as a sound receiver or individual hydrophones can be used as a sound transmitter and others as a sound receiver. A hydrophone has in particular as a component to an acoustic transducer element which converts acoustic signals as sound pressure changes in electrical voltage or vice versa converts electrical voltage into acoustic signals. Piezo ceramics and piezocomposite ceramics are used in particular as the acoustic transducer element.
[36] Je größer die Anzahl der Hydrophone in der Hydrophon- Anordnung ist, desto besser können Frequenzen und/oder Richtungen aufgelöst werden. [36] The larger the number of hydrophones in the hydrophone arrangement, the better the frequencies and / or directions can be resolved.
[37] Als „Peilung" wird insbesondere eine Methode verstanden, mit welcher der Winkel zwischen der Richtung nach einem gepeilten Objekt und einer Bezugsrichtung gemessen wird. Auch kann insbesondere der ermittelte Winkel selbst als Peilung bezeichnet werden. Somit wird insbesondere zu einem Bezugspunkt die Richtung zur Unterwasserschallquelle bestimmt. Vorliegend sind Richtungen sowie Peilungen synonym zu verstehen . [37] "Bearing" is understood to mean, in particular, a method by which the angle between the direction of a specular object and a reference direction is measured, and, in particular, the determined angle itself can be referred to as a bearing In the present case, directions and bearings are to be understood as synonymous.
[38] „Unterwassergeräusche" sind insbesondere Geräusche, welche von natürlichen oder künstlichen Gegenständen unter Wasser als Schallwellen ausgesendet werden. Beispielsweise kann es sich um den Antrieb eines Schiffes handeln. Bei[38] "Underwater sounds" are in particular sounds which are emitted by natural or artificial objects under water as sound waves, for example, it may be the propulsion of a ship
Unterwassergeräuschen kann es sich aber auch um zuvor ausgesandte Unterwassersignale handeln, welche an Gegenständen unter Wasser reflektiert wurden. Underwater sounds may also be previously transmitted underwater signals that have been reflected on objects under water.
[39] In einer weiteren Ausführungsform weist die Sensorvorrichtung eine Halterung auf, wobei die Halterung mit dem Auftriebskörper verbunden ist und die Hydrophon-Anordnung aufweist . In a further embodiment, the sensor device has a holder, wherein the holder with the buoyant body is connected and has the hydrophone arrangement.
[40] Somit kann die Halterung der Hydrophon-Anordnung eine definierte Form aufprägen. [40] Thus, the holder of the hydrophone arrangement can impose a defined shape.
[41] An der Halterung können nicht nur die Hydrophone befestigt werden, sondern die Halterung gibt der Hydrophon-Anordnung auch Stabilität und mechanischen Schutz. Beispielsweise kann die Halterung als Metallring ausgeführt werden. [41] Not only the hydrophones can be attached to the holder, but the holder also gives the hydrophone arrangement stability and mechanical protection. For example, the holder can be designed as a metal ring.
[42] Dadurch, dass die Halterung zusammen mit der Hydrophon- Anordnung mit dem Auftriebskörper verbunden ist, kann die Position der Halterung und somit der Hydrophon-Anordnung mittels des Auftriebskörpers eingestellt werden. Hierbei kann die Halterung direkt beispielsweise mittels eines Seils oder Schäkels mit dem Auftriebskörper verbunden sein und/oder die Halterung kann indirekt am Auftriebskörper befestigt sein, indem beispielsweise die Halterung an einem Seil befestigt ist, welches wiederum zum Auftriebskörper führt. In beiden Fällen ändert sich mit der vertikalen Position des Auftriebskörpers auch die vertikale Position der Halterung mit der Hydrophon-Anordnung. [42] The fact that the holder is connected together with the hydrophone arrangement with the buoyant body, the position of the holder and thus the hydrophone arrangement can be adjusted by means of the buoyant body. In this case, the holder can be connected directly to the buoyant body, for example by means of a rope or a shackle, and / or the holder can be fastened indirectly to the buoyant body, for example by fixing the holder to a rope, which in turn leads to the buoyant body. In both cases, changes with the vertical position of the buoyant body and the vertical position of the holder with the hydrophone arrangement.
[43] Zudem richtet der Auftriebskörper , welcher über das Ankerseil wiederrum mit dem Anker verbunden ist, die Halterung und die Hydrophon-Anordnung sowohl horizontal als auch vertikal aus . [43] In addition, the buoyant body, which is in turn connected to the anchor via the anchor rope, aligns the mount and the hydrophone arrangement both horizontally and vertically.
[44] Zur vertikalen Positionierung ist es beispielsweise vorteilhaft, wenn der Auftriebskörper sich ca. 100m unter der Wasseroberfläche befindet, um ein Algenaufwuchs zu minimieren, da Licht für die Photosynthese durch die obere Wasserschicht abgeschwächt wird. For vertical positioning, it is advantageous, for example, if the buoyant body is located approximately 100 m below the water surface in order to minimize algae growth since light for photosynthesis is attenuated by the upper water layer.
[45] Auch kann die Halterung mit der Hydrophon-Anordnung nicht direkt unter dem Auftriebskörper befestigt sein, sondern beispielsweise bei einem Auftriebskörper , welcher in einer Wassertiefe von 100m sitzt, kann sich die Hydrophon-Anordnung in einer Wassertiefe von 1.400m befinden, während der Anker beispielsweise auf dem Meeresgrund in 2.000m Tiefe sitzt. [45] Also, the holder with the hydrophone arrangement can not be mounted directly under the buoyancy body, but For example, in a buoyancy body, which sits in a water depth of 100m, the hydrophone assembly can be located in a water depth of 1,400m, while the anchor sits, for example, on the seabed at 2,000m depth.
[46] Durch eine tiefe Positionierung in der Wassersäule, insbesondere tiefer als 20m von der Wasseroberfläche, können Störgeräusche vermieden werden, wie diese beispielsweise durch den Wellenschlag verursacht werden. By deep positioning in the water column, especially deeper than 20m from the water surface, noise can be avoided, as caused for example by the wave impact.
[47] Bei einer „Halterung" handelt es sich insbesondere um ein Verbindungselement, welche andere Bauteile in einer bestimmten Position hält. Insbesondere handelt es sich bei der Halterung um eine Aufnahme für die Hydrophon-Anordnung. Beispielsweise kann es sich bei der Halterung um einen Metallring oder einen Metallstab handeln. In particular, the holder is a receptacle for the hydrophone arrangement, for example, the holder may be an adapter Trade metal ring or a metal bar.
[48] Um eine hohe Reichweite bei der Peilung zu erzielen, weist die Hydrophon-Anordnung eine Gesamtlänge von 20m bis 250m insbesondere von 40 m bis 120 m auf. In order to achieve a long range in the bearing, the hydrophone arrangement has a total length of 20m to 250m, in particular from 40 m to 120 m.
[49] Je länger eine Hydrophon-Anordnung ist, desto tiefere Frequenzen können empfangen werden. [49] The longer a hydrophone arrangement is, the lower frequencies can be received.
[50] Zudem steigt mit der Länge der Hydrophon-Anordnung bei gleichartiger Bauweise der einzelnen Hydrophone auch die Anzahl der Hydrophone. Je mehr Hydrophone auf einer Halterung eingesetzt werden können, desto besser können die Frequenzen und/oder die Richtungen aufgelöst werden. In addition, increases with the length of the hydrophone arrangement with similar construction of the individual hydrophones and the number of hydrophones. The more hydrophones that can be used on a bracket, the better the frequencies and / or the directions can be resolved.
[51] Zudem ist es vorteilhaft, dass die Hydrophon-Anordnung so ausgeführt ist, dass diese in alle Richtungen Schallsignale empfangen und/oder aussenden kann. Beispielsweise ist die Hydrophon-Anordnung als Kreisgebilde ausgeführt, sodass der gesamte Winkelbereich von 360° akustisch abgedeckt wird. [51] In addition, it is advantageous that the hydrophone arrangement is designed so that it can receive and / or send sound signals in all directions. For example, the hydrophone arrangement is designed as a circular structure, so that the entire angular range of 360 ° is acoustically covered.
[52] In einer weiteren Ausführungsform weist die Sensorvorrichtung ein Lagesensor (GPS und/oder Gyroskop) auf, sodass eine Position und/oder eine Ausrichtung der Sensorvorrichtung und/oder der Hydrophon-Anordnung bestimmbar ist oder sind. [52] In a further embodiment, the sensor device has a position sensor (GPS and / or gyroscope), so that a position and / or an orientation of the sensor device and / or the hydrophone arrangement can be or are determined.
[53] Dadurch sind die geographische Lage und die Ausrichtung in der Wassersäule der Sensorvorrichtung und/oder der Hydrophon- Anordnung bestimmbar. [53] As a result, the geographical position and orientation in the water column of the sensor device and / or the Hydrophon- arrangement can be determined.
[54] Zudem kann für eine Entfernungsmessung und eine Peilung die notwendige Position der Sensorvorrichtung und/oder der Hydrophon-Anordnung bestimmt werden. Zudem können[54] In addition, the necessary position of the sensor device and / or the hydrophone arrangement can be determined for a distance measurement and a bearing. In addition, you can
Wellenbewegungen, welche trotz der Befestigung der Hydrophon- Anordnung an dem am Ankerseil gespannten Auftriebskörpers auftreten können, erfasst und bei der Richtungsbestimmung und Peilung berücksichtigt werden. Wave movements, which despite the attachment of the hydrophone arrangement can occur on the buoyant body tensioned on the anchor rope, are detected and taken into account in the direction determination and bearing.
[55] Insbesondere kann dadurch auch ein Kippen und/oder Abdriften der Sensorvorrichtung frühzeitig erkannt werden, beispielsweise wenn aufgrund eines Defektes ein Befestigungsseil reißt. [55] In particular, thereby also a tilting and / or drifting of the sensor device can be detected early, for example, if due to a defect tears a fastening rope.
[56] Ein „Lagesensor" ist insbesondere ein Sensor, welcher die Position und/oder die Ausrichtung der Sensorvorrichtung und/oder der Hydrophon-Anordnung im dreidimensionalen Raum bestimmt. Bei einem Lagesensor handelt es sich insbesondere um ein Gyroskop (auch Kreiselinstrument genannt), welches insbesondere ein sich rasch drehenden symmetrischen Kreisel aufweist, welcher sich in einem beweglichen Lager dreht. Aufgrund der Drehimpulserhaltung weist der Kreisel insbesondere ein hohes Beharrungsvermögen gegenüber Lageänderungen im Raum auf. Auch kann es sich bei einem Lagesensor insbesondere um einen Drehratensensor handeln, welcher keinen Kreisel aufweist, oder um ein GPS. Durch den Lagesensor können insbesondere Richtungsänderungen gemessen und Positionsbestimmungen ermöglicht werden. [57] Um einen größeren Auftrieb zu erzielen, weist die Sensorvorrichtung ergänzend zu dem Auftriebskörper eine Plattform auf, wobei der Auftriebskörper mit einem Befestigungsseil an der Plattform befestigt ist. [56] A "position sensor" is, in particular, a sensor which determines the position and / or the orientation of the sensor device and / or the hydrophone arrangement in three-dimensional space. which in particular has a rapidly rotating symmetrical gyro which rotates in a movable bearing, because of the angular momentum conservation, the gyro has in particular a high inertia with respect to changes in position in the space In particular, changes in direction can be measured and position determinations can be made possible by the position sensor. In order to achieve greater buoyancy, the sensor device has a platform in addition to the buoyancy body, wherein the buoyancy body is fastened to the platform with a fastening cable.
[58] Dadurch kann ein Befestigungsseil und/oder das Ankerseil stärker gespannt werden, sodass weniger Beweglichkeit des Auftriebskörpers in vertikaler und/oder horizontaler Richtung besteht . As a result, a fastening cable and / or the anchor rope can be stretched more, so that there is less mobility of the buoyant body in the vertical and / or horizontal direction.
[59] Zudem kann durch den zusätzlichen Auftriebskörper einer Plattform der notwendige Auftrieb entsprechend des Gewichtes der Sensorvorrichtung und/oder seiner Bestandteile, insbesondere der Hydrophon-Anordnung und des Lagesensors, freier angepasst werden. In addition, due to the additional buoyancy body of a platform, the necessary buoyancy corresponding to the weight of the sensor device and / or its components, in particular the hydrophone arrangement and the position sensor, can be adapted more freely.
[60] Auch kann die Halterung mit der Hydrophon-Anordnung nach oben und/oder unten über Seile zusätzlich abgespannt sein, wobei die Seile unter- und/oder oberhalb des Auftriebskörpers am zentralen Ankerseil und/oder dem Befestigungsseil befestigt sein können. [60] The holder with the hydrophone arrangement can also be additionally tensioned upwards and / or downwards via cables, wherein the cables can be fastened below and / or above the buoyant body on the central anchor cable and / or the fastening cable.
[61] Ein „Befestigungsseil" ist insbesondere ein aus zusammengedrehten Natur- oder Kunstfasern oder Drähten bestehendes, längliches, biegeschlaffes, elastisches Element, welches insbesondere zur Verbindung des Auftriebskörpers mit der Plattform verwendet wird. Beim Befestigungsseil kann es sich um ein herkömmliches Seil, eine Leine und/oder eine Metallkette handeln. Insbesondere kann das Befestigungsseil am einen Seilende am Auftriebskörper und am anderen Seilende an der Plattform befestigt sein. [61] A "fastening rope" is, in particular, an elongate, pliable, elastic element consisting of twisted natural or synthetic fibers or wires, which is used in particular for connecting the buoyant body to the platform In particular, the fastening cable can be fastened to the buoyancy body at one end of the rope and to the platform at the other end of the rope.
[62] Für Wartungs zwecke ist oder sind die Halterung und/oder die Hydrophon-Anordnung über ein Befestigungsmittel an dem Auftriebskörper und/oder an dem Befestigungsseil an eine Wasseroberfläche verbringbar. [63] Dadurch kann die Halterung und/oder die Hydrophon-[62] For maintenance purposes, the holder and / or the hydrophone arrangement is or can be brought to a water surface via a fastening means on the buoyant body and / or on the fastening cable. [63] As a result, the holder and / or the hydrophone
Anordnung derart mit dem Auftriebskörper verbunden sein, dass über ein Befestigungsmittel die Halterung und/oder die Hydrophon-Anordnungen von der Wasseroberfläche aus direkt aus der Wassertiefe zu Wartungszwecken geborgen werden kann oder können . Arrangement be so connected to the buoyant body that via a fastening means, the holder and / or the hydrophone assemblies can be recovered from the water surface directly from the water depth for maintenance purposes or can.
[64] Bei einem auf der Wasseroberfläche schwimmenden Auftriebskörper kann beispielsweise das Befestigungsmittel ein Schäkel sein, über den die Halterung und/oder ein mit der Halterung verbundenes Seil an einer Öse des Auftriebskörpers befestigt ist. In the case of a buoyant body floating on the water surface, for example, the fastening means may be a shackle, via which the holder and / or a cable connected to the holder is fastened to an eyelet of the buoyant body.
[65] Im Falle eines getauchten Auftriebskörpers kann beispielsweise das Befestigungsseil ein Flaschenzug sein, welcher die Halterung am Auftriebskörper und/oder am Befestigungsseil befestigt. Zur Bergung der Halterung und der Hydrophon-Anordnung wird dann von der Wasseroberfläche aus Lose auf den Flaschenzug gegeben, während der Auftriebskörper durch das Ankerseil und/oder das Befestigungsseil in seiner Position gespannt gehalten wird. Es wird solange Lose auf das tragende Seil des Flaschenzuges gegeben, bis dessen Länge ausreicht, um die Befestigung an der Halterung mittels eines Hochziehseils hochzuziehen. [65] In the case of a submerged buoyant body, for example, the attachment rope may be a pulley block which fixes the attachment to the buoyant body and / or to the attachment rope. For recovery of the holder and the hydrophone assembly is then given from the water surface of lots on the pulley, while the buoyant body is kept taut by the anchor rope and / or the attachment rope in position. It is given as long as loose on the supporting rope of the pulley until its length is sufficient to pull the attachment to the bracket by means of a Hochzugsseils.
[66] Ein „Befestigungsmittel" ist insbesondere Mittel, welches Bauteile der Sensorvorrichtung miteinander befestigt. Insbesondere handelt es sich bei dem Befestigungsmittel um eine feste Verbindung, welche die Beweglichkeit zwischen zwei Bauteilen zumindest teilweise einschränken. Insbesondere ist es vorteilhaft, wenn das Befestigungsmittel gelöst werden kann, beispielsweise zu Wartungszwecken. In einer weiteren Ausführungsform der Sensorvorrichtung ist oder sind der Auftriebskörper und/oder die Plattform derart eingerichtet, dass der Auftriebskörper und/oder die Plattform teilweise oberhalb der Wasseroberfläche ist oder sind, und der Auftriebskörper und/oder die Plattform eine[66] A "fastening means" is in particular means which fixes components of the sensor device together. <br/><br/> In particular, the fastening means is a fixed connection which at least partially restricts the mobility between two components. <br/><br/> In particular, it is advantageous if the fastening means are loosened In a further embodiment of the sensor device, the buoyant body and / or the platform is or are set up such that the buoyant body and / or the platform is or are partially above the water surface, and Buoyancy body and / or the platform one
Energiegewinnungseinrichtung aufweist oder aufweisen. Have or have energy recovery device.
[67] Dadurch wird sichergestellt, dass der Auftriebskörper und/oder die Plattform teilweise oberhalb der Wasseroberfläche angeordnet ist oder sind, sodass auf diesem in der Umgebungsluft liegenden Teiles des Auftriebskörpers und/oder der Plattform weitere Einrichtungen und Geräte angeordnet werden können. This ensures that the buoyant body and / or the platform is or are arranged partially above the water surface, so that on this lying in the ambient air part of the buoyancy body and / or the platform other facilities and equipment can be arranged.
[68] Insbesondere kann dadurch eine Energiegewinnungseinrichtung oberhalb der Wasseroberfläche angeordnet werden. Bei einer Solarzelle als Energiegewinnungseinrichtung wird somit eine optimale Sonnenbestrahlung ermöglicht. [68] In particular, this makes it possible to arrange an energy-generating device above the water surface. In a solar cell as an energy recovery device optimal solar irradiation is thus possible.
[69] Somit ist die Energiegewinnungseinrichtung oder eine weitere Einrichtung nicht der Korrosion durch Meerwasser sowie anderen Einflüssen, wie beispielsweise Algenbewuchs, ausgesetzt . [69] Thus, the energy recovery device or another device is not exposed to corrosion by seawater and other influences, such as algae growth.
[70] Es ist vorteilhaft, wenn die Energiegewinnungseinrichtung elektrische Energie ohne Verwendung von fossilen Rohstoffen gewinnt. Insbesondere kann die Sensorvorrichtung autark betrieben werden, wenn die Energiegewinnungseinrichtung die Sonnenstrahlung, den Wind und/oder die Wellenbewegung zur Gewinnung von elektrischer Energie verwendet. [70] It is advantageous if the energy recovery device recovers electrical energy without using fossil resources. In particular, the sensor device can be operated autonomously when the energy recovery device uses the solar radiation, the wind and / or the wave motion for the production of electrical energy.
[71] Somit können elektrische Verbraucher, wie beispielsweise die Hydrophon-Anordnung, innerhalb der Sensorvorrichtung mit Strom versorgt werden. [71] Thus, electrical consumers, such as the hydrophone assembly, can be powered within the sensor device.
[72] Eine „Energiegewinnungseinrichtung" ist insbesondere eine Einrichtung, welche elektrische Energie erzeugt. Dies kann insbesondere durch Umwandlung der Energie der Sonnenstrahlung und/oder des Windes und/oder der Wellen in elektrische Energie erfolgen. Die Energiegewinnungseinrichtung kann insbesondere die elektrischen Verbraucher direkt versorgen und/oder die elektrische Energie kann zwischengespeichert werden. [72] An "energy-generating device" is in particular a device which generates electrical energy, which can take place in particular by converting the energy of the solar radiation and / or the wind and / or the waves into electrical energy supplying the electrical consumers directly and / or the electrical energy can be cached.
[73] Um die elektrische Energie zwischenzuspeichern sowie die aufgenommenen Signale zu verarbeiten und weiterzuleiten, weist die Sensorvorrichtung eine Versorgungseinrichtung und/oder eine Signalverarbeitungseinrichtung und/oder eine[73] In order to buffer the electrical energy as well as to process and forward the recorded signals, the sensor device has a supply device and / or a signal processing device and / or a
Kommunikationseinrichtung auf. Communication device on.
[74] Durch die „Versorgungseinrichtung", beispielsweise eine wiederaufladbare Batterie, kann die gewonnene elektrische Energie der Energiegewinnungseinrichtung zwischengespeichert werden und die elektrischen Verbraucher der Sensorvorrichtung können unabhängig von dem Betrieb derBy the "supply device", for example, a rechargeable battery, the recovered electrical energy of the energy recovery device can be cached and the electrical load of the sensor device, regardless of the operation of the
Energiegewinnungseinrichtung versorgt werden. Energy recovery device are supplied.
[75] Die „Signalverarbeitungseinrichtung" kann die von der Hydrophon-Anordnung aufgenommenen Signale analysieren und kann mögliche Ziele anhand ihrer Geräuschsignaturen erkennen (detektieren) . Außerdem kann die Peilung der Ziele ermittelt werden. Die gemessenen Eigenschaften der detektierten Ziele, wie beispielsweise die Peilung mit Zeitbezug und die akustischen Signaturen, können über die[75] The "signal processing device" can analyze the signals picked up by the hydrophone arrangement and can detect (detect) possible targets based on their noise signatures, and the bearing of the targets can be determined.The measured properties of the detected targets, such as the bearing with Time reference and the acoustic signatures, can over the
Kommunikationseinrichtung an ein Überwachungssystem übertragen werden . Communication device are transmitted to a monitoring system.
[76] Die Signalverarbeitungseinrichtung kann empfangene Signale einer Überwachungsstation verarbeiten und an die Hydrophon- Einrichtung weitergeben, zum Beispiel um ein akustisches Signal einer bestimmten Frequenz auszusenden. Umgekehrt können die elektrischen Signale der Hydrophone an die Signalverarbeitungseinrichtung zur weiteren Verarbeitung der Signale weitergegeben werden. Über die[76] The signal processing device can process received signals from a monitoring station and pass them on to the hydrophone device, for example in order to emit an acoustic signal of a specific frequency. Conversely, the electrical signals of the hydrophones can be forwarded to the signal processing device for further processing of the signals. About the
„Kommunikationseinrichtung" erfolgt die Signalübertragung, beispielsweise zu einer zentralen Überwachungsstation. [77] Es ist vorteilhaft, wenn die Versorgungseinrichtung und/oder die Signalverarbeitungseinrichtung und/oder eine Kommunikationseinrichtung auf dem Auftriebskörper und/oder der Plattform oberhalb der Wasseroberfläche angeordnet sind. Somit sind diese nicht der mechanischen Belastung durch den Wind und die Wellenbewegung oder weiteren physikalischen, chemischen und/oder biologischen Einflussfaktoren ausgesetzt, wie beispielsweise biologischer und chemischer Korrosion. "Communication device" is the signal transmission, for example, to a central monitoring station. [77] It is advantageous if the supply device and / or the signal processing device and / or a communication device are arranged on the buoyant body and / or the platform above the water surface. Thus, they are not exposed to the mechanical stress of wind and wave motion or other physical, chemical and / or biological factors such as biological and chemical corrosion.
[78] Des Weiteren ist durch die Anordnung oberhalb der Wasseroberfläche eine Kommunikation, beispielsweise[78] Furthermore, the arrangement above the water surface communication, for example
Satellitenkommunikation, und/oder eine Ortung wie GPS und ungestörter möglich. Satellite communication, and / or a location such as GPS and undisturbed possible.
[79] Des Weiteren können der Auftriebskörper und/oder die Plattform und/oder die Halterung weitere Einrichtungen aufweisen, wie beispielsweise weitere Messgeräte zur Bestimmung des Wellenwiderstandes oder zur Messung von physikalischen, chemischen und/oder biologischen Parametern. [79] Furthermore, the buoyant body and / or the platform and / or the holder may comprise further devices, such as further measuring devices for determining the characteristic impedance or for measuring physical, chemical and / or biological parameters.
[80] Eine „Versorgungseinrichtung" versorgt insbesondere die elektrischen Verbraucher der Sensorvorrichtung mit den notwendigen Betriebsmitteln. Insbesondere handelt es sich bei einer Versorgungseinrichtung um eine wiederaufladbare Batterie, sodass die elektrischen Verbraucher kontinuierlich und auch unabhängig vom Betrieb der[80] In particular, a supply device is a rechargeable battery, so that the electrical consumers are continuously and also independent of the operation of the
Energiegewinnungseinrichtung mit Strom versorgt werden können. Power generating device can be powered with electricity.
[81] Die „Signalverarbeitungseinrichtung" verarbeitet insbesondere die Signale der zentralen Überwachungsstation und/oder der Hydrophon-Anordnung sowie weiterer Messgeräte der Sensorvorrichtung. Somit können insbesondere Steuerbefehle der zentralen Überwachungsstation über die[81] In particular, the "signal processing device" processes the signals of the central monitoring station and / or the hydrophone arrangement as well as further measuring devices of the sensor device
Signalverarbeitungseinrichtung an die Hydrophon-Anordnung weitergegeben werden oder die elektrischen Signale der Hydrophon-Anordnung werden von derSignal processing device are passed to the hydrophone arrangement or the electrical signals of the hydrophone arrangement are of the
Signalverarbeitungseinrichtung weiterverarbeitet, um die Peilung auszuwerten sowie nach Übertragung an eine zentrale Überwachungsstation ein gesamtes Lagebild zu ermöglichen. Signal processing device further processed to the Bearing evaluate as well as to allow transmission to a central monitoring station an entire situation picture.
[82] Die „Kommunikationseinrichtung" überträgt und tauscht insbesondere Signale und Daten zwischen der Sensorvorrichtung und einer zentralen Überwachungsstation und/oder einem anderen Empfänger aus. Insbesondere weist die[82] In particular, the "communication device" transmits and exchanges signals and data between the sensor device and a central monitoring station and / or another receiver
Kommunikationseinrichtung Sender und/oder Empfänger zur Satellitenkommunikation und einen GPS-Empfänger zum Bestimmen des Ortes auf. Communication device transmitter and / or receiver for satellite communication and a GPS receiver for determining the location.
[83] In einer weiteren Ausführungsform ist oder sind die Hydrophon-Anordnungen und/oder der Lagesensor über mindestens ein Kabel zur Stromversorgung und/oder Datenübertragung mit dem Auftriebskörper und/oder mit der Plattform verbunden. [83] In another embodiment, the hydrophone assemblies and / or the position sensor are or are connected to the buoyancy body and / or the platform via at least one cable for power supply and / or data transmission.
[84] Somit können die Bauteile der Sensorvorrichtung, welche unter Wasser angeordnet sind, insbesondere die Hydrophon- Anordnung und der Lagesensor von dem Auftriebskörper und/oder der Plattform mit Strom versorgt und die Daten zur Signalverarbeitungseinrichtung auf dem Auftriebskörper und/oder der Plattform übertragen werden. [84] Thus, the components of the sensor device which are arranged under water, in particular the hydrophone arrangement and the position sensor can be supplied with power by the buoyant body and / or the platform and the data can be transmitted to the signal processing device on the buoyant body and / or the platform ,
[85] Um ein Verdrillen mit dem Ankerseil und/oder Befestigungsseil unter Wasser zu vermeiden, ist es vorteilhaft, wenn das Kabel oder die Kabel an dem Auftriebskörper und/oder der Plattform unter leichter Zugspannung gehalten werden. [85] In order to avoid twisting with the anchor rope and / or rope underwater, it is advantageous if the cable or cables are held under slight tension on the buoyant body and / or the platform.
[86] Somit kann die elektrische Energie direkt von der Energiegewinnungseinrichtung oder von der[86] Thus, the electrical energy can be directly from the energy recovery device or from the
Versorgungseinrichtung über ein Stromkabel zu den Verbrauchern unter Wasser, insbesondere der Hydrophon-Anordnung und dem Lagesensor, geführt werden. Supply device via a power cable to the consumers under water, in particular the hydrophone assembly and the position sensor, are performed.
[87] Des Weiteren können Steuerungsbefehle einer zentralen Überwachungsstation über die Signalverarbeitungseinrichtung mittels des Datenübertragungskabels an die Hydrophon-Anordnung weitergegeben werden und umgekehrt elektrische Signale der Hydrophon-Anordnung und/oder des Lagesensors und/oder anderer Messgeräte unter Wasser an die Signalverarbeitungseinrichtung übertragen werden. Des Weiteren können Satellitensignale von der Signalverarbeitungseinrichtung empfangen werden. [87] Furthermore, control commands can be sent to a central monitoring station via the signal processing device be transmitted by means of the data transmission cable to the hydrophone arrangement and conversely electrical signals of the hydrophone arrangement and / or the position sensor and / or other measuring instruments are transmitted under water to the signal processing device. Furthermore, satellite signals may be received by the signal processing device.
[88] Damit die Sensorvorrichtung autark eine Peilung vornehmen kann, sind die mittels der Signalverarbeitungseinheit aufgenommenen akustischen Signale der Hydrophon-Anordnung auswertbar und/oder ist eine Detektion eines akustische Signale aussendenden Schiffes und/oder eine Peilung zu dem aussendenden Schiff durchführbar. [88] In order for the sensor device to perform a bearing autonomously, the acoustic signals of the hydrophone arrangement recorded by means of the signal processing unit can be evaluated and / or a detection of a ship emitting acoustic signals and / or a bearing to the emitting ship can be carried out.
[89] Somit wird eine Sensorvorrichtung bereitgestellt, welche mittels unter Wasser angeordneten Hydrophon direkt eine Entfernungsmessung und Peilung von Schiffen durchführen kann. [89] Thus, a sensor device is provided which can perform directly by means of submerged hydrophone distance measurement and bearing of ships.
[90] Dadurch kann sie Sensorvorrichtung auch autark und autonom betrieben werden, wobei ein eigenständiges Lagebild der Umgebung erstellt werden kann. As a result, the sensor device can also be operated autonomously and autonomously, whereby an independent situation image of the environment can be created.
[91] In einem weiteren Aspekt der Erfindung wird die Aufgabe gelöst durch ein Überwachungssystem, insbesondere zur Überwachung von Schiffsverkehr in einem Küstengewässer, wobei das Überwachungssystem mindestens eine Sensorvorrichtung wie zuvor beschrieben aufweist. [91] In a further aspect of the invention, the object is achieved by a monitoring system, in particular for monitoring vessel traffic in a coastal water, wherein the monitoring system has at least one sensor device as described above.
[92] Dadurch kann ein Überwachungssystem mit stationären Sensorvorrichtungen unter Wasser bereitgestellt werden. Zudem sind Luftfahrzeuge, Über- und Unterwasserfahrzeuge für die Funktion des Überwachungssystems nicht notwendig. [92] This can provide a monitoring system with stationary sensor devices under water. In addition, aircraft, over- and underwater vehicles are not necessary for the functioning of the monitoring system.
[93] Durch die Sensorvorrichtung mit Hydrophon-Anordnung unter Wasser steht ein kontinuierliches Überwachungssystem mit langer Reichweite zur Verfügung. [94] Insbesondere kann das Überwachungssystem mehrere Sensorvorrichtungen unter Wasser aufweisen, sodass bei langer Reichweite über jede Sensorvorrichtung ein entsprechend langer Küstenabschnitt überwacht werden kann. [93] The submerged hydrohead sensor device provides a continuous, long-range monitoring system. [94] In particular, the monitoring system can have a plurality of sensor devices under water, so that with long reach over each sensor device a correspondingly long coastline can be monitored.
[95] Hierbei können die vorverarbeiteten Daten der einzelnen Sensorvorrichtungen zusammengefasst und zu einem gemeinsamen Lagebild durch das Überwachungssystem verarbeitet werden. [95] In this case, the preprocessed data of the individual sensor devices can be combined and processed into a common situation image by the monitoring system.
[96] Folglich kann ein weitreichendes Gesamtlagebild des Schiffsverkehrs erzeugt werden. [96] Consequently, a far-reaching overall picture of shipping traffic can be generated.
[97] Das „Überwachungssystem" dient insbesondere der Überwachung von Schiffsverkehr in einem Küstengewässer, wobei das Überwachungssystem mindestens eine Sensorvorrichtung aufweist. Insbesondere verarbeitet das Überwachungssystem die bereits durch die Sensorvorrichtung vorverarbeitete Daten um aus der Defektion/ Identifikation der Schiffe und der Peilung ein gesamtes Lagebild des Küstengewässers zu erstellen. In particular, the monitoring system processes the data already preprocessed by the sensor device into an overall situation image from the defection / identification of the ships and the bearing of the coastal waters.
[98] Im Weiteren wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen erläutert. Es zeigen [98] In the following, the invention will be explained with reference to exemplary embodiments. Show it
Figur 1 eine schematische Schnittdarstellung einer Figure 1 is a schematic sectional view of a
Sensorvorrichtung mit einer teilweise oberhalb einer Wasseroberfläche angeordneten Schwimmkugel ,  Sensor device with a floating ball arranged partly above a water surface,
Figur 2 eine stark schematische Darstellung einer Figure 2 is a highly schematic representation of a
Sensorvorrichtung mit einer Hohlkugel unter Wasser und einer teilweise oberhalb der Wasseroberfläche angeordneten, schwimmenden Plattform und  Sensor device with a hollow sphere under water and a partially above the water surface arranged, floating platform and
Figur 3 eine stark schematische, nicht maßstabgetreue Figure 3 is a highly schematic, not to scale
Darstellung eines Küstenüberwachungssystems. [99] Eine Sensoreinrichtung 101 weist eine Schwimmkugel 104 auf, welche im Meer teilweise oberhalb der Wasseroberfläche 121 angeordnet ist. Die Schwimmkugel 104 ist über eine Kette 103 mit einem Betonklotz 102 am Meeresboden befestigt. Illustration of a coastal surveillance system. [99] A sensor device 101 has a floating ball 104, which is arranged in the sea partially above the water surface 121. The floating ball 104 is attached via a chain 103 with a concrete block 102 on the seabed.
[100] Die Schwimmkugel 104 ist als runder, hohler[100] The swimming ball 104 is round, hollow
Schwimmkörper ausgeführt und weist auf seiner Oberfläche außerhalb des Wassers oben eine Solarzelle 110 auf. Innerhalb der Schwimmkugel 104 sind eine Batterie 111, ein Datenauswerterechner 112 und eine Satellitenkommunikation 113 angeordnet . Running float and has on its surface outside the water above a solar cell 110. Within the floating ball 104, a battery 111, a data processing computer 112 and a satellite communication 113 are arranged.
[101] Unterhalb der Schwimmkugel 104 ist an der Kette 103 eine Hydrophon-Anordnung 107 über eine Halterung 106 angeordnet. Die Hydrophon-Anordnung 107 weist eine Vielzahl von Piezokeramischen Schallwandlern 108 auf, wobei aufgrund der Schnittdarstellung nur 10 einzelne Piezokeramische Schallwandler sichtbar sind. An der Halterung 106 ist ein Gyroskop 109 angeordnet. Über das Stromkabel 114 und das Datenübertragungskabel 115 sind das Gyroskop 109 und die Hydrophon-Anordnung 107 mit der Batterie 111, mit der Datenauswerterechner 112 und der Kommunikationseinrichtung 113 verbunden . [101] Below the floating ball 104, a hydrophone arrangement 107 is arranged on the chain 103 via a holder 106. The hydrophone arrangement 107 has a multiplicity of piezoceramic sound transducers 108, with only 10 individual piezoceramic sound transducers being visible on account of the sectional illustration. On the holder 106, a gyroscope 109 is arranged. Via the power cable 114 and the data transmission cable 115, the gyroscope 109 and the hydrophone arrangement 107 are connected to the battery 111, to the data evaluation computer 112 and to the communication device 113.
[102] Die Hydrophon-Anordnung 107 befindet sich in 150m[102] The hydrophone arrangement 107 is located at 150m
Tiefe und der Betonklotz 102 in 750m Wassertiefe auf dem Meeresgrund 120 aufliegend. Depth and the concrete block 102 in 750m water depth on the seabed 120 resting.
[103] Die Solarzelle 110 der Schwimmkugel 104 gewinnt aufgrund der Sonneneinstrahlung elektrische Energie, welche über ein nicht gezeigtes Kabel zu der Batterie 111 zwecks Zwischenspeicherung sowie direkten Versorgung des Gyroskops 109 und der Hydrophon-Anordnung 107 geleitet wird. The solar cell 110 of the floating ball 104 gains electrical energy due to solar radiation, which is conducted via a cable (not shown) to the battery 111 for intermediate storage and direct supply to the gyroscope 109 and the hydrophone assembly 107.
[104] Zwecks Entfernungsmessung und Peilung unbekannter[104] For distance measurement and bearing unknown
Schiffe empfängt die Hydrophon-Anordnung 107 reflektierte sowie von unbekannten Schiffen ausgesendete akustische Signale. Die Signale werden über das Datenübertragungskabel 115 an den Datenauswerterechner 112 übertragen, welche die Signale analysiert und mögliche unbekannten Schiffe detektiert. Außerdem wird die Peilung zu den unbekannten Schiffen ermittelt. Die vorverarbeiteten Daten werden von der Satellitenkommunikation 113 an eine nicht gezeigte zentrale Überwachungsstation übermittelt. Ships receives the hydrophone array 107 reflected and emitted by unknown ships acoustic Signals. The signals are transmitted via the data transmission cable 115 to the data evaluation computer 112, which analyzes the signals and detects possible unknown ships. In addition, the bearing to the unknown ships is determined. The preprocessed data is transmitted by the satellite communication 113 to a central monitoring station (not shown).
[105] Nach drei Monaten Betriebszeit registriert der[105] After three months of operation the registered
Datenauswerterechner 112 den Ausfall von drei Piezokeramischen Schallwandlern 108. Ein Boot fährt zur Wartung zur Sensorvorrichtung 101. Über einen nicht gezeigten Flaschenzug an der Schwimmkugel 104 wird die Halterung 106 mit der Hydrophon-Anordnung 107 bis an die Schwimmkugel 104 hochgezogen und anschließend an Bord des Bootes aufgenommen. Die drei defekten Piezokeramischen Schallwandlern 108 werden vor Ort ausgetauscht und anschließend wird die Halterung 106 mit der Hydrophon-Anordnung 107 wieder mit dem nicht gezeigten Flaschenzug auf die ursprüngliche Wassertiefe abgelassen, sodass bei Funktion aller Piezokeramischen Schallwandlern 108 wieder ein vollständiges Lagebild aufgenommen wird. Data analysis calculator 112 the failure of three piezoceramic transducers 108. A boat goes to the sensor device 101 for maintenance. Via a pulley, not shown on the floating ball 104, the holder 106 is pulled up with the hydrophone assembly 107 to the floating ball 104 and then aboard the boat added. The three defective piezoceramic sound transducers 108 are replaced on site and then the holder 106 is lowered with the hydrophone assembly 107 again with the pulley, not shown to the original depth, so when function of all piezoceramic transducers 108 again a complete picture is taken.
[106] Eine Sensorvorrichtung 201 weist eine schwimmende[106] A sensor device 201 has a floating one
Plattform 205 und eine Hohlkugel 204 unterhalb der Wasseroberfläche 221 auf. Platform 205 and a hollow ball 204 below the water surface 221 on.
[107] Auf der schwimmenden Plattform sind oberhalb der[107] On the floating platform are above the
Wasseroberfläche 221 eine Batterie 211, eineWater surface 221 a battery 211, a
Signalverarbeitungseinrichtung 212 und eineSignal processing device 212 and a
Kommunikationseinrichtung 213 nebeneinander angeordnet. Oben auf diesen Einrichtungen ist eine Solarzelle 210 angeordnet. Communication device 213 arranged side by side. On top of these devices is a solar cell 210.
[108] An der Plattform 205 ist mittels eines[108] At the platform 205 is by means of a
Befestigungsseils 216 die Hohlkugel 204 unter Wasser befestigt. Auf der Unterseite ist die Hohlkugel 204 über einen Stahldraht 203 mit einem Schwerkraftfundament 202 verbunden, wobei das Schwerkraftfundament 202 auf dem Meeresgrund 220 sitzt . Attachment rope 216, the hollow ball 204 mounted under water. On the underside, the hollow ball 204 is connected to a gravity foundation 202 via a steel wire 203, wherein the gravity foundation 202 sits on the seabed 220.
[109] Oberhalb der Hohlkugel 204 ist an dem[109] Above the hollow sphere 204 is on the
Befestigungsseil 216 eine Schlauchantenne 206 befestigt, wobei die Schlauchantenne 206 selbst unterhalb des Auftriebskörpers 204 angeordnet ist. Attaching cable 216 a hose antenna 206 attached, wherein the hose antenna 206 itself is disposed below the buoyant body 204.
[110] Die Schlauchantenne 206 weist eine[110] The tube antenna 206 has a
Unterwassermikrophon-Anordnung 207 auf mit 70 Piezokomposit- Schallwandlern 208. Die Schlauchantenne 206 ist kreisförmig um den Stahldraht 203 geführt (nicht gezeigt aufgrund der Schnittdarstellung) . Des Weiteren weist die Schlauchantenne 206 ein Gyroskop 209 auf. Zur Versorgung mit elektrischer Energie und zur Datenübertragung ist die Schlauchantenne 206 und das Gyroskop 209 über ein Stromkabel 214 und ein Datenübertragungskabel 215 mit der Plattform 205 verbunden. Das Stromkabel 214 und das Datenübertragungskabel 215 werden auf der Plattform 205 leicht bespannt geführt, um ein Verdrillen des Stromkabels 214 und den Datenübertragungskabels 215 mit dem Befestigungsseil 216 und dem Ankerseil 203 zu vermeiden . Underwater microphone assembly 207 on with 70 piezocomposite transducers 208. The tube antenna 206 is guided in a circle around the steel wire 203 (not shown due to the sectional view). Furthermore, the tube antenna 206 has a gyroscope 209. For supplying electrical power and for data transmission, the hose antenna 206 and the gyroscope 209 are connected to the platform 205 via a power cable 214 and a data transmission cable 215. The power cable 214 and the communication cable 215 are guided on the platform 205 slightly covered to prevent twisting of the power cable 214 and the data transmission cable 215 with the attachment cable 216 and the anchor rope 203.
[111] Über die Solarzelle 210 wird aufgrund der[111] About the solar cell 210 is due to the
Sonneneinstrahlung elektrische Energie gewonnen, welche in der Batterie 211 zwischengespeichert wird. Die Batterie 211 versorgt die Unterwassermikrophon-Anordnung 207 und das Gyroskop 209 über das Stromkabel 214 mit Spannung. Solar radiation obtained electrical energy, which is stored in the battery 211. The battery 211 energizes the underwater microphone assembly 207 and the gyroscope 209 via the power cable 214.
[112] Aufgrund der 3600 -Anordnung der Schlauchantenne 206 kann die gesamte Umgebung der Sensoreinheit 201 akustisch überwacht werden. Zur Entfernungsbestimmung und Peilung werden von den Piezokomposit-Schallwandlern 208 akustische Signale empfangen. Die Signale werden über das Datenübertragungskabel 215 zur Datenauswerterechner 212 auf der schwimmenden Plattform 205 übertragen. [113] Die Datenauswerterechner 212 führt eine[112] Due to the 360 0 arrangement of the hose antenna 206, the entire environment of the sensor unit 201 can be acoustically monitored. To determine the distance and the bearing, acoustic signals are received by the piezocomposite transducers 208. The signals are transmitted via the data transmission cable 215 to the data evaluation computer 212 on the floating platform 205. [113] The data evaluation computer 212 executes a
Vorverarbeitung der Signale durch, sodass einePreprocessing of the signals, so that a
Entfernungsbestimmung eines möglichen Ziels und eine Peilung erfolgt. Mittels der Satellitenkommunikation 213 werden über die Daten an ein nicht gezeigtes Überwachungssystem zur Erstellung einer Gesamtlage des Schiffsverkehrs übertragen. Distance determination of a possible destination and a bearing takes place. By means of the satellite communication 213 are transmitted via the data to a not shown monitoring system for the creation of an overall position of the shipping traffic.
[114] Die Sensorvorrichtungen 101 und 201 sind Bestandteile eines Überwachungssystems des Küstenabschnittes zwischen Lübeck und Ueckermünde. Entlang der Küstenlinie 340 sind in einem mittleren Abstand von 15km von der Küstenlinie 240 die Sensorvorrichtung 101 und die beiden baugleichen Sensorvorrichtungen 331 und 341 unter Wasser im Küstengewässer 342 installiert. Weiter entfernt in einem mittleren Abstand von 50km sind die Sensorvorrichtung 210 und die baugleiche Sensorvorrichtung 351 unter Wasser angeordnet. An Land an der Küstenlinie 340 befindet sich eine Überwachungsstation 370. [114] The sensor devices 101 and 201 are components of a surveillance system of the coastal section between Lübeck and Ueckermünde. Along the coastline 340, the sensor device 101 and the two identical sensor devices 331 and 341 are installed under water in the coastal waters 342 at a mean distance of 15 km from the coastline 240. Farther away at a mean distance of 50 km, the sensor device 210 and the identical sensor device 351 are arranged under water. On land at coastline 340 is a monitoring station 370.
[115] Die Sensorvorrichtungen 101, 331 und 341 haben eine[115] The sensor devices 101, 331 and 341 have one
Reichweite von 20km, während die Sensorvorrichtungen 210 und 351 eine Reichweite von 200km aufweisen. Beide Sensorvorrichtungen 210 und 351 nehmen ausgesandte akustische Signale des auf die Küstenlinie 340 zulaufenden Containerschiffes 350 und des sich von der Küstenlinie 340 entfernenden Bulkers 360 auf. Die aufgenommenen akustischen Signale werden von den Sensorvorrichtungen 210 und 351 vorverarbeitet, eine Peilung zu dem Containerschiffes 350 und dem Bulker 360 wird durchgeführt und aufgrund der aufgenommenen akustischen Signale werden die Schiffstypen als Containerschiff 350 und Bulker 360 identifiziert. Die vorverarbeiteten Daten werden von den Sensorvorrichtungen 210 und 351 per Satellitenkommunikation an die Überwachungsstation 370 übertragen. Die Sensorvorrichtungen 101, 331 und 341 melden keine Ortungen in ihrer Reichweite an die Überwachungsstation 370. Die Überwachungsstation 370 erstellt aus den vorverarbeiteten Daten aller Sensorvorrichtungen 101, 201, 331, 341 und 351 ein Gesamtlagebild des Schiff erkehrs an der Küstenlinie 340. Range of 20km, while the sensor devices 210 and 351 have a range of 200km. Both sensor devices 210 and 351 receive emitted acoustic signals from the container vessel 350 that runs onto the shoreline 340 and from the bulker 360 that is removed from the shoreline 340. The recorded acoustic signals are preprocessed by the sensor devices 210 and 351, a bearing to the container vessel 350 and the bulker 360 is performed, and on the basis of the recorded acoustic signals, the vessel types are identified as container ship 350 and bulker 360. The preprocessed data is transmitted from the sensor devices 210 and 351 to the monitoring station 370 via satellite communication. The sensor devices 101, 331 and 341 do not report any detections in their range to the monitoring station 370. The monitoring station 370 generates from the preprocessed data of all the sensor devices 101, 201, 331, 341 and 351 gives an overall picture of the ship traffic on coastline 340.
Bezugs zeichenliste Reference sign list
101 Sensorvorrichtung  101 sensor device
102 Betonklotz  102 concrete block
103 Kette  103 chain
104 Schwimmkugel  104 swimming ball
106 Halterung  106 bracket
107 Hydrophon-Anordnung  107 hydrophone arrangement
108 Piezokeramische Schallwandler 108 piezoceramic transducers
109 Gyroskop 109 gyroscope
110 Solarzelle  110 solar cell
111 Batterie  111 battery
112 Datenauswerterechner  112 data evaluation computer
113 Satellitenkommunikation 113 satellite communications
114 Stromkabel 114 power cables
115 Datenübertragungskabel  115 data transmission cable
120 Meeresgrund  120 seabed
121 Wasseroberfläche  121 water surface
201 Sensorvorrichtung  201 sensor device
202 Schwerkraftfundament  202 Gravity foundation
203 Stahldraht  203 steel wire
204 Hohlkugel  204 hollow sphere
205 schwimmende Plattform 206 Schlauchantenne 205 floating platform 206 hose antenna
207 Unterwassermikrophon-Anordnung 207 underwater microphone arrangement
208 Piezokomposit-Schallwandler208 piezo composite transducers
209 Gyroskop 209 Gyroscope
210 Solarzelle  210 solar cell
211 Batterie  211 battery
212 Datenauswerterechner  212 data evaluation computer
213 Satelittenkommunikation  213 Satellite communication
214 Stromkabel  214 power cables
215 Datenübertragungskabel  215 data transmission cable
216 Befestigungsseil  216 fastening rope
220 Meeresgrund  220 seabed
221 Wasseroberfläche  221 water surface
331 Sensorvor ichtung 331 Sensor preparation
340 Küstenlinie  340 shoreline
341 Sensorvorrichtung  341 sensor device
342 Küstengewässer  342 coastal waters
350 Containerschiff  350 container ship
351 Sensorvorrichtung  351 sensor device
360 Bulker 360 bulkers
370 Überwachungsstation  370 monitoring station

Claims

Patentansprüche : Claims:
1. Sensorvorrichtung (101, 201) zur Aufnahme von akustischen Signalen unter Wasser, wobei die Sensorvorrichtung einen Anker (102, 202), ein Ankerseil (103, 203) und einen Auftriebskörper (104, 204) aufweist, im eingerichteten Zustand der Auftriebskörper durch das Ankerseil in einer Wassersäule gehalten wird und das Ankerseil an dem Anker befestigt ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensorvorrichtung eine Hydrophon-Anordnung (107, 207) zur Peilung von Unterwassergeräuschen aufweist. 1. Sensor device (101, 201) for receiving acoustic signals under water, wherein the sensor device comprises an armature (102, 202), an anchor rope (103, 203) and a buoyancy body (104, 204) in the installed state of the buoyancy body the anchor rope is held in a water column and the anchor rope is attached to the anchor, characterized in that the sensor device comprises a hydrophone arrangement (107, 207) for bearing underwater sounds.
2. Sensorvorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Halterung (106, 206), wobei die Halterung mit dem Auftriebskörper verbunden ist und die Hydrophon-Anordnung aufweist . 2. Sensor device according to claim 1, characterized by a holder (106, 206), wherein the holder is connected to the buoyant body and having the hydrophone arrangement.
3. Sensorvorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Hydrophon-Anordnung eine Gesamtlänge von 20m bis 250m, insbesondere von 40m bis 120m, aufweist. 3. Sensor device according to one of the preceding claims, characterized in that the hydrophone arrangement has a total length of 20m to 250m, in particular from 40m to 120m.
4. Sensorvorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, gekennzeichnet durch einen Lagesensor (109, 209), sodass eine Position und/oder eine Ausrichtung der Sensorvorrichtung und/oder der Hydrophon-Anordnung bestimmbar ist oder sind. 4. Sensor device according to one of the preceding claims, characterized by a position sensor (109, 209), so that a position and / or orientation of the sensor device and / or the hydrophone arrangement can be determined or are.
5. Sensorvorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensorvorrichtung ergänzend zu dem Auftriebskörper eine Plattform (205) aufweist, wobei der Auftriebskörper mit einem Befestigungsseil (216) an der Plattform befestigt ist. 5. Sensor device according to one of the preceding claims, characterized in that the sensor device in addition to the buoyancy body has a platform (205), wherein the buoyancy body with a fastening cable (216) is attached to the platform.
6. Sensorvorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Halterung und/oder die Hydrophon-Anordnung über ein Befestigungsmittel an dem Auftriebskörper und/oder an dem Befestigungsseil an eine Wasseroberfläche verbringbar ist oder sind. 6. Sensor device according to one of the preceding claims, characterized in that the holder and / or the hydrophone arrangement via a fastening means on the Buoyancy and / or on the attachment rope to a water surface is or can be brought.
7. Sensorvorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Auftriebskörper und/oder die Plattform derart eingerichtet ist oder sind, dass der Auftriebskörper und/oder die Plattform teilweise oberhalb der Wasseroberfläche ist oder sind, und der Auftriebskörper und/oder die Plattform eine Energiegewinnungseinrichtung (110, 210) aufweist oder aufweisen . 7. Sensor device according to one of the preceding claims, characterized in that the buoyant body and / or the platform is set up or are such that the buoyant body and / or the platform is or are partially above the water surface, and the buoyancy body and / or the platform an energy recovery device (110, 210) comprises or have.
8. Sensorvorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Versorgungseinrichtung (111,8. Sensor device according to one of the preceding claims, characterized by a supply device (111,
211) und/oder eine Signalverarbeitungseinrichtung (112,211) and / or a signal processing device (112,
212) und/oder eine Kommunikationseinrichtung (113, 213) . 212) and / or a communication device (113, 213).
9. Sensorvorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Hydrophon-Anordnung und/oder der Lagesensor über mindestens ein Kabel zur Stromversorgung (114, 214) und/oder Datenübertragung (115, 215) mit dem Auftriebskörper und/oder mit der Plattform verbunden ist oder sind. 9. Sensor device according to one of the preceding claims, characterized in that the hydrophone arrangement and / or the position sensor via at least one cable for power supply (114, 214) and / or data transmission (115, 215) with the buoyant body and / or with the Platform is connected or are.
10. Sensorvorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mittels der Signalverarbeitungseinheit die aufgenommenen akustischen Signale der Hydrophon-Anordnung auswertbar sind und/oder eine Detektion eines akustische Signale aussendenden Schiffes und/oder eine Peilung zu dem aussendenden Schiff durchführbar ist. 10. Sensor device according to one of the preceding claims, characterized in that by means of the signal processing unit, the recorded acoustic signals of the hydrophone arrangement can be evaluated and / or a detection of an acoustic signal emitting vessel and / or a bearing to the emitting ship is feasible.
11. Überwachungssystem, insbesondere zur Überwachung von Schiffsverkehr in einem Küstengewässer, gekennzeichnet durch mindestens eine Sensorvorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche. 11. Monitoring system, in particular for monitoring shipping traffic in a coastal waters, characterized by at least one sensor device according to one of the preceding claims.
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