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DE102024116484B3 - Sonar measuring device - Google Patents

Sonar measuring device

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Publication number
DE102024116484B3
DE102024116484B3 DE102024116484.0A DE102024116484A DE102024116484B3 DE 102024116484 B3 DE102024116484 B3 DE 102024116484B3 DE 102024116484 A DE102024116484 A DE 102024116484A DE 102024116484 B3 DE102024116484 B3 DE 102024116484B3
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
sonar
radio
measuring device
sensor
controlled aircraft
Prior art date
Legal status (The legal status 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 status listed.)
Active
Application number
DE102024116484.0A
Other languages
German (de)
Inventor
Markus Köhler
Daniel Schallowetz
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV
Original Assignee
Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV
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 Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV filed Critical Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV
Priority to DE102024116484.0A priority Critical patent/DE102024116484B3/en
Application granted granted Critical
Publication of DE102024116484B3 publication Critical patent/DE102024116484B3/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

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  • General Physics & Mathematics (AREA)
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  • Measurement Of Velocity Or Position Using Acoustic Or Ultrasonic Waves (AREA)

Abstract

Die vorliegende Erfindung offenbart eine Sonar-Messeinrichtung zur Erfassung von Strukturen unter Wasser mit einem Sonarsensor (5) und einem funkferngesteuerten Luftfahrzeug (1), wobei das funkferngesteuerte Luftfahrzeug (1) eine Plattform (2) hat und der Sonarsensor (5) mit der Plattform (2) verbunden ist. Die Sonar-Messeinrichtung weist eine Bodenempfangseinheit (11) mit einer Antenne (12), einem Satellitennavigationsempfänger (13) zur Erfassung einer stationären Referenzposition und eine mit der Antenne (12) und dem Satellitennavigationsempfänger (13) gekoppelte Messeinheit (14) auf. Die Bodenempfangseinheit (11) ist zum Funkempfang der aktuell mit dem Sonarsensor (5) beim Eintauchen in ein zu untersuchendes Gewässer (G) gemessenen Sonardaten zur Georeferenzierung dieser Sonardaten mit der stationären Referenzposition und der aktuellen Position des funkferngesteuerten Luftfahrzeugs (1) sowie zur fotorealistischen Darstellung der aktuell empfangenen und georeferenzierten Sonardaten auf einem Bildschirm ausgebildet. Ein längliches flexibles Verbindungselement (6), das eine elektrische Kabelverbindung (7) umfasst, ist an seinem ersten Ende mit der Plattform (2) des funkferngesteuerten Luftfahrzeugs (1) und an seinem gegenüberliegenden Ende eines Tauchkörpers (8) verbunden und der Sonarsensor (5) ist an dem Tauchkörper (8) angebracht, wobei der Sonarsensor (5) über die elektrische Kabelverbindung (7) mit dem funkferngesteuerten Luftfahrzeug (1) verbunden ist. The present invention discloses a sonar measuring device for detecting underwater structures, comprising a sonar sensor (5) and a radio-controlled aircraft (1), wherein the radio-controlled aircraft (1) has a platform (2), and the sonar sensor (5) is connected to the platform (2). The sonar measuring device comprises a ground receiving unit (11) with an antenna (12), a satellite navigation receiver (13) for detecting a stationary reference position, and a measuring unit (14) coupled to the antenna (12) and the satellite navigation receiver (13). The ground receiving unit (11) is designed to radio-receive the sonar data currently measured by the sonar sensor (5) upon immersion in a body of water (G) to be examined, to georeference this sonar data with the stationary reference position and the current position of the radio-controlled aircraft (1), and to photorealistically display the currently received and georeferenced sonar data on a screen. An elongate flexible connecting element (6) comprising an electrical cable connection (7) is connected at its first end to the platform (2) of the radio-controlled aircraft (1) and at its opposite end to a submersible body (8), and the sonar sensor (5) is attached to the submersible body (8), the sonar sensor (5) being connected to the radio-controlled aircraft (1) via the electrical cable connection (7).

Description

Die Erfindung betrifft eine Sonar-Messeinrichtung zur Erfassung von Strukturen unter Wasser mit einem Sonarsensor und einem funkferngesteuerten Luftfahrzeug, wobei das funkferngesteuerte Luftfahrzeug eine Plattform hat und der Sonarsensor mit der Plattform verbunden ist.The invention relates to a sonar measuring device for detecting underwater structures with a sonar sensor and a radio-controlled aircraft, wherein the radio-controlled aircraft has a platform and the sonar sensor is connected to the platform.

Zur Erfassung von Strukturen unter Wasser werden Sonarsensoren eingesetzt. Hierbei werden von einem Sonarsensor Akustiksignale emittiert und die von Strukturen reflektierten Signalantworten vom Ursprungssignal des Solarsensors empfangen und ausgewertet.Sonar sensors are used to detect underwater structures. Acoustic signals are emitted by a sonar sensor, and the signal responses reflected by the structures are received and evaluated by the original signal from the solar sensor.

Zur Aufklärung und zur bildgebenden Abbildung großer Gebiete und Landstriche werden ferngelenkte automatisierte operierende Flugzeuge genutzt. Dabei hat sich auch der Einsatz von mit Drehflügeln angetriebenen Fluggeräten etabliert. Hier kommen neben Geräten, die mit einem Propeller zur Auftriebserzeugung ausgerüstet sind, vermehrt sogenannte Multikopter zum Einsatz. Durch den Einsatz von mehreren Rotoren zeichnen sich Multikopter (auch Drohnen genannt) durch ihre stabilen Flugeigenschaften, ihre einfache Handhabung, eine hohe Traglast und die Eigenschaft zum Verharren an einer beliebigen Position aus.Remotely controlled, automated aircraft are used for reconnaissance and imaging of large areas and stretches of land. The use of rotary-wing aircraft has also become established. In addition to aircraft equipped with a propeller to generate lift, so-called multicopters are increasingly being used. Due to the use of multiple rotors, multicopters (also called drones) are characterized by their stable flight characteristics, ease of handling, high payload, and the ability to remain in any position.

Ferngelenkte oder teilautomatisiert operierende Fluggeräte können neben Kamerasystemen für den visuellen Bereich ebenfalls mit Systemen zur Abbildung des infraroten, nah-infraroten oder hyperspektralen Wellenlängenbereichs ausgerüstet werden. Der Einsatz von laserabtastenden Scannern ist ebenfalls bekannt. Solche von Fluggeräten eingesetzten bildgebenden Sensoren beschränken sich bislang auf die Abbildung von Oberflächen im Überwasserbereich. Es sind auch Multikoptersysteme bekannt, welche auf der Wasseroberfläche landen und dabei eine an der Unterseite der Plattform befestigte optische Kamera in die Wasseroberfläche eintauchen. Dies ermöglicht bei hinreichenden Sichtverhältnissen unter Wasser eine Visualisierung des Bereichs in sehr naher Umgebung zum Multikoppler.Remotely controlled or semi-automated aircraft can be equipped with camera systems for the visual range as well as systems for imaging the infrared, near-infrared, or hyperspectral wavelength range. The use of laser-based scanners is also known. Such imaging sensors used by aircraft have so far been limited to imaging surfaces above water. Multicopter systems are also known that land on the water surface and submerge an optical camera attached to the underside of the platform into the water. This allows for visualization of the area very close to the multicopter, provided visibility underwater is sufficient.

Bekannt ist auch, an der Unterseite von Hubschraubern Echolote einzusetzen, die in die Meeresoberfläche eingetaucht werden und sehr stark modulierte, langweilige Schallwellen (Beams) aussenden. Werden diese Signale von Felsformationen, von großen Meeressäugern oder von bemannten Unterwasserfahrzeugen reflektiert, so werden die durch Hydrophone aufgezeichneten und durch Sonarexperten auf Bestand bekannter Signaturen hin untersucht. Aus der reflektierten Signalstärke können die Entfernung zum Hubschrauber, eine Kompasspeilung und die Intensität errechnet werden. Bildgebende Sonarsysteme werden vorwiegend in der Hydrographie eingesetzt. An Peilschiffen fest verbaute Systeme werden zur Bestimmung der Wassertiefe oder zum regelmäßigen Überwachen von Hindernissen entlang von Zufahrtsstraßen eingesetzt. Hochauflösende Multibeam-System- bzw. Side-Scan-Sonare finden Anwendung auf autonomen robotischen Unterwasserdrohnen für die Abbildung von Wrackstellen, Formationen unter Wasser oder zur Erstellung hochgradig genauer topographischer Karten. Autonome Unterwasserfahrzeuge operieren ohne Verbindung zu einem Mutterschiff oder der Landstation. Die erhobenen Sonardaten werden nach Abschluss der Mission vom autonomen Unterwasserfahrzeug auf leistungsfähige Auswerterechner übertragen und müssen unter Verwendung von Navigationsdaten ein Postprocessing durchlaufen. Die Nutzung von solchen Systemen ist nicht echtzeitfähig. Es werden ferngelenkte Überwasserfahrzeuge genutzt, die ferngelenkt oder autonom hochauflösende Sonare im Hafengebiet oder Meeren zum Einsatz bringen. Über eine Anbindung an Satellitenübertragungssysteme oder andere drahtlose Netzwerkverbindungen können nicht prozessierte Live-Sonardaten der verbauten Sonare über weite Strecken übertragen werden. Für ihren Einsatz ist eine hinreichende Infrastruktur erforderlich, um diese Überwasserfahrzeuge zu Wasser zu bringen.It is also known to use echo sounders on the underside of helicopters. These are submerged in the sea surface and emit highly modulated, long-wave sound waves (beams). If these signals are reflected by rock formations, large marine mammals, or manned underwater vehicles, the signals are recorded by hydrophones and examined by sonar experts for the presence of known signatures. The reflected signal strength can be used to calculate the distance to the helicopter, a compass bearing, and the intensity. Imaging sonar systems are primarily used in hydrography. Systems permanently installed on sounding vessels are used to determine water depth or to regularly monitor obstacles along access roads. High-resolution multi-beam systems or side-scan sonars are used on autonomous robotic underwater drones for imaging wreck sites, underwater formations, or to create highly accurate topographical maps. Autonomous underwater vehicles operate without connection to a mother ship or land station. After the mission is completed, the collected sonar data is transferred from the autonomous underwater vehicle to powerful evaluation computers and must undergo post-processing using navigation data. Such systems are not capable of real-time operation. Remotely controlled surface vehicles are used, which deploy high-resolution sonars remotely or autonomously in harbor areas or the oceans. Unprocessed live sonar data from the installed sonars can be transmitted over long distances via a connection to satellite transmission systems or other wireless network connections. Adequate infrastructure is required to launch these surface vehicles into the water.

Im Bereich des Angelsports werden zum Teil fotorealistische abbildende 2-D-Fächerecholotsysteme eingesetzt, um Fischschwärme und einzelne Tiere aufzufinden. Die Montage der Sende- und Empfangseinheit erfolgt am Rumpf des Angelbootes selbst und wird dadurch durch das Wasser bewegt. Die Auswertung der zu interpretierenden Abbildung erfolgt in einer separaten Rechnereinheit und kann im Anschluss auf einem Bildschirm projiziert werden. Weiterhin sind multikoptergestützte Vermessungssysteme für bathymetrische Messungen bekannt, dabei wird ein an einem Drehflügler angehängter Sonarsensor in ein Gewässer eingelassen. Um eine konstante Höhe des Drehflügels über der Wasseroberfläche sicherzustellen wird ein Radar-Höhenmesser eingesetzt.In the field of fishing, photorealistic 2D multibeam echo sounder systems are sometimes used to locate schools of fish and individual animals. The transmitter and receiver unit is mounted on the hull of the fishing boat itself and is thus moved through the water. The image to be interpreted is evaluated in a separate computer unit and can then be projected onto a screen. Multicopter-based surveying systems for bathymetric measurements are also known. In these systems, a sonar sensor attached to a rotary-wing aircraft is lowered into a body of water. A radar altimeter is used to ensure a constant height of the rotary-wing aircraft above the water surface.

JP 2017-219 514 A offenbart ein Fischschwarm-Suchsystem mit einem unbemannten Flugkörper und einem Schiff, das eine Steuereinrichtung für den unbemannten Flugkörper umfasst. Die Steuereinrichtung weist eine Kommunikationseinrichtung zur Kommunikation mit einer externen Kommunikationsausrüstung über einen Kommunikationskanal auf. Der unbemannte Flugkörper umfasst eine Fotografiereinrichtung zum Fotografieren eines externen Teils einer eigenen Maschine; einen Auftriebskörper, der auf dem Meer landet und schwimmt; und eine Kommunikationseinrichtung zur Kommunikation mit der Steuereinrichtung über den Kommunikationskanal. Informationen, die von dem unbemannten Flugkörper über den Kommunikationskanal gesendet werden, umfassen Positionsinformationen des unbemannten Flugkörpers und Videoinformationen, die von der Fotografiereinrichtung fotografiert werden, und die Steuereinrichtung umfasst eine Anzeigeeinrichtung zum Anzeigen eines Videos, das auf den Videoinformationen basiert. JP 2017-219 514 A discloses a fish shoal search system with an unmanned aerial vehicle and a ship, which includes a control device for the unmanned aerial vehicle. The control device has a communication device for communicating with external communication equipment via a communication channel. The unmanned aerial vehicle includes a photographing device for photographing an external part of its own machine; a buoyancy body that lands and floats on the sea; and a communication device for communicating with the control device via the communication channel. Information transmitted from the unmanned aerial vehicle via the communication channel include position information of the unmanned aerial vehicle and video information photographed by the photographing device, and the control device includes a display device for displaying a video based on the video information.

WO 2018/070586 A1 beschreibt eine Drohne zum Erfassen eines Fischschwarms oder von sich unter Wasser bewegenden Objekten, die auf dem Wasser landet, während sie über Wasser fliegt, um einen Fischschwarm, sich unter Wasser bewegende Objekte oder verschiedene Informationen, wie z. B. die Wassertemperatur, zu erfassen, und diese an ein Depotschiff oder ein Bodenkontrollzentrum zu übertragen. Es soll eine effiziente Nutzung der Unterwasserinformationen ermöglicht werden, indem die Drohne durch einen schwimmfähigen Hauptkörper, einer Vielzahl schwimmfähiger Hilfskörper und einer Propellereinrichtung gebildet ist. Der schwimmfähige Hauptkörper ermöglicht es der Drohne, auf dem Wasser zu schwimmen. Am unteren Endteil des Hauptkörpers ist ein Wandler (Ultraschalldetektor) angebracht. Die schwimmfähigen Hilfskörper sind mit Seitenflächen des schwimmfähigen Hauptkörpers verbunden. Die Propellereinrichtung weist einen Drehflügel am oberen Endteil des schwimmfähigen Hilfskörpers auf, um das Fliegen zu ermöglichen. WO 2018/070586 A1 Describes a drone for detecting a school of fish or underwater objects. The drone lands on the water while flying over water to detect a school of fish, underwater objects, or various information, such as water temperature, and transmits this information to a depot ship or a ground control center. Efficient use of underwater information is to be enabled by the drone being formed by a buoyant main body, a plurality of auxiliary buoyant bodies, and a propeller device. The buoyant main body enables the drone to float on the water. A transducer (ultrasonic detector) is attached to the lower end of the main body. The auxiliary buoyant bodies are connected to side surfaces of the buoyant main body. The propeller device has a rotary vane at the upper end of the auxiliary buoyant body to enable flight.

JP 2021-049 985 A offenbart ein Unterwasservermessungssystem und ein Unterwasservermessungsverfahren, das in der Lage ist, eine Vermessung unter Wasser an einer Vielzahl von Positionen an verschiedenen Orten schnell und einfach durchzuführen. Das Unterwasservermessungssystem umfasst einen unbemannten Flugkörper, der in der Lage ist, durch Fernsteuerung zu fliegen; eine Messeinheit, die mit dem unbemannten Flugkörper gekoppelt ist, und einen Schwimmkörper, um den unbemannten Flugkörper und die Messeinheit auf der Wasseroberfläche schwimmen zu lassen. Die Messeinheit umfasst eine Kamera für Unterwasserfotografie, die in einem Zustand, in dem sie auf der Wasseroberfläche schwimmt, unter Wasser taucht. Die Messeinheit ist zumindest in der Lage, geografische Unterwasserinformationen einschließlich Unterwasserkamerabildern zu messen und das Messergebnis in einem auf der Wasseroberfläche schwimmenden Zustand aufzuzeichnen oder zu übertragen. Der unbemannte Flugkörper ist in der Lage, sich auf der Wasseroberfläche durch Rotation eines Drehflügels zu bewegen, wenn er auf der Wasseroberfläche schwimmt. JP 2021-049 985 A discloses an underwater surveying system and method capable of quickly and easily conducting underwater surveying at a variety of positions in various locations. The underwater surveying system includes an unmanned aerial vehicle capable of flying by remote control; a measuring unit coupled to the unmanned aerial vehicle; and a floating body for floating the unmanned aerial vehicle and the measuring unit on the water surface. The measuring unit includes a camera for underwater photography that submerges underwater while floating on the water surface. The measuring unit is at least capable of measuring underwater geographic information, including underwater camera images, and recording or transmitting the measurement result while floating on the water surface. The unmanned aerial vehicle is capable of moving on the water surface by rotating a rotary wing while floating on the water surface.

DE 10 2023 102 820 B3 offenbart eine Sonar-Messeinrichtung zur Erfassung von Strukturen unter Wasser mit einem Sonarsensor und einem funkferngesteuerten Drehflügler. Es ist eine Bodenempfangseinheit vorgesehen mit einem Satellitennavigationsempfänger zur Erfassung einer stationären Referenzposition. Die Bodenempfangseinheit ist zum Funkempfang der aktuell mit dem Sonarsensor beim Eintauchen in ein zu untersuchendes Gewässer gemessenen Sonardaten, zur Georeferenzierung der Sonardaten mit der stationären Referenzposition und der aktuellen Position des Drhflüglers und zur fotorealistischen Darstellung der aktuell empfangenen und georeferenzierten Sonardaten auf einem Bildschirm ausgebildet. Sonarmessungen erfolgen in einem temporär stationären Zustand durch Landung des Drehflüglers auf der Wasseroberfläche, wobei die Rotoren mit einer reduzierten Leistung weiterlaufen. DE 10 2023 102 820 B3 discloses a sonar measuring device for detecting underwater structures using a sonar sensor and a radio-controlled rotary-wing aircraft. A ground receiving unit is provided with a satellite navigation receiver for detecting a stationary reference position. The ground receiving unit is designed to radio-receive the sonar data currently measured by the sonar sensor when immersed in a body of water to be examined, to georeference the sonar data with the stationary reference position and the current position of the rotary-wing aircraft, and to photorealistically display the currently received and georeferenced sonar data on a screen. Sonar measurements are taken in a temporarily stationary state by landing the rotary-wing aircraft on the water surface, with the rotors continuing to run at reduced power.

JP 2021-054 378 A offenbart ein Gerät zur Messung der Gewässergrundform, das durch Positionieren eines Teils zur Messung der dreidimensionalen Form zum Erzeugen von dreidimensionalen Forminformationen eine dreidimensionale Form eines Gewässerbodens misst und durch einen Teil zur Erzeugung von Gewässerbodenforminformationen auf der Grundlage der dreidimensionalen Forminformationen und der Positionierungsinformationen eine Form des Gewässerbodens als Gewässerbodenforminformationen erzeugt, die durch eine Koordinatenposition auf der Erde angegeben werden. Ein Gehäuse, in dem der Teil zur dreidimensionalen Formmessung untergebracht ist, weist einen Schwimmkörper auf, der Auftrieb ausübt. Der Auftrieb des Schwimmkörpers wird gesteuert. Beim Schwimmen eines Unterwasserteils einschließlich des Gehäuses auf einem Wasserspiegel durch einen unbemannten Flugkörper und Bewegen des Unterwasserteils entlang des Wasserspiegels kann durch Reduzieren des auf den unbemannten Flugkörper ausgeübten Gewichts des Gehäuses durch den Auftrieb des Schwimmkörpers eine auf den unbemannten Flugkörper ausgeübte Last im Vergleich zu einem Fall reduziert werden, in dem das Unterwasserteil einschließlich des Gehäuses durch den unbemannten Flugkörper in einem in der Luft positionierten Zustand bewegt wird. JP 2021-054 378 A discloses a water bottom shape measuring device that measures a three-dimensional shape of a water bottom by positioning a three-dimensional shape measuring part to generate three-dimensional shape information, and generates a water bottom shape as water bottom shape information indicated by a coordinate position on the earth by a water bottom shape information generating part based on the three-dimensional shape information and the positioning information. A housing in which the three-dimensional shape measuring part is housed has a floating body that exerts buoyancy. The buoyancy of the floating body is controlled. When an underwater part including the housing floats on a water surface by an unmanned aerial vehicle and moves the underwater part along the water surface, by reducing the weight of the housing exerted on the unmanned aerial vehicle by the buoyancy of the floating body, a load exerted on the unmanned aerial vehicle can be reduced compared to a case where the underwater part including the housing is moved by the unmanned aerial vehicle in a state positioned in the air.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine verbesserte Sonar-Messeinrichtung zur Erfassung von Strukturen unter Wasser mit einem Sonarsensor und einem ferngesteuerten Drehflügler zu schaffen.The object of the present invention is to provide an improved sonar measuring device for detecting underwater structures with a sonar sensor and a remote-controlled rotary-wing aircraft.

Die Aufgabe wird mit der Sonar-Messeinrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen beschrieben.The object is achieved with the sonar measuring device having the features of claim 1. Advantageous embodiments are described in the subclaims.

Es wird vorgeschlagen, dass die Sonar-Messeinrichtung eine Bodenempfangseinheit mit einer Antenne, einem Satellitennavigationsempfänger zur Erfassung einer stationären Referenzposition und eine mit der Antenne und dem Satellitennavigationsempfänger gekoppelte Messeinheit aufweist, wobei die Bodenempfangseinheit zum Funkempfang der aktuell mit dem Sonarsensor beim Eintauchen in ein zu untersuchendes Gewässer gemessenen Sonardaten zur Georeferenzierung dieser Sonardaten mit der stationären Referenzposition und der aktuellen Position des funkferngesteuerten Luftfahrzeugs und zur fotorealistischen Darstellung der aktuell empfangenen und georeferenzierten Sonardaten auf einem Bildschirm ausgebildet ist.It is proposed that the sonar measuring device comprises a ground receiving unit with an antenna, a satellite navigation receiver for detecting a stationary reference position and a measuring unit coupled to the antenna and the satellite navigation receiver, wherein the ground receiving unit is designed for radio reception of the sonar data currently measured with the sonar sensor when immersed in a body of water to be examined, for georeferencing this sonar data with the stationary reference position and the current position of the radio-controlled aircraft and for photorealistic display of the currently received and georeferenced sonar data on a screen.

Ein längliches flexibles Verbindungselement, das eine elektrische Kabelverbindung umfasst, ist an seinem ersten Ende mit der Plattform des funkferngesteuerten Luftfahrzeugs und an seinem gegenüberliegenden Ende mit einem Tauchkörper verbunden. Der Sonarsensor ist an dem Tauchkörper angebracht, wobei der Sonarsensor über die elektrische Kabelverbindung mit dem funkferngesteuerten Luftfahrzeug verbunden ist.An elongated flexible connector comprising an electrical cable connection is connected at its first end to the platform of the radio-controlled aircraft and at its opposite end to a submersible. The sonar sensor is attached to the submersible, and the sonar sensor is connected to the radio-controlled aircraft via the electrical cable connection.

Das funkferngesteuerte Luftfahrzeug wird gesteuert über die Bodeneinheit zum Einsatzort transportiert, wo der an dem Tauchkörper angeordnete Sonarsensor in das Wasser eingetaucht wird. Dabei hängt der Tauchkörper an einem flexiblen Verbindungselement, das beispielsweise eine Leine oder ein Draht sein kann, und ein elektrisches Kabel mit elektrischen Leitungen umfasst. Der Sonarsensor ist dabei kabelgebunden mit einer Elektronik auf der Plattform verbunden, um die Sonarsensordaten an die Elektronik drahtgebunden zu übertragen und von dort drahtlos in Echtzeit an die Bodenempfangseinheit weiterzuleiten. Der Tauchkörper sorgt dafür, dass der Sonarsensor in das Wasser eintaucht. Hierzu kann der Tauchkörper bevorzugt eine Dichte kleiner 1 g/cm3 haben und/oder ein Hohlkörper, wie bspw. ein beidseits offenes und im Innenraum hohles Rohr sein.The radio-controlled aircraft is transported via the ground unit to the deployment site, where the sonar sensor attached to the submersible body is submerged in the water. The submersible body hangs from a flexible connecting element, which can be a line or wire, for example, and includes an electrical cable with electrical leads. The sonar sensor is connected by cable to electronics on the platform in order to transmit the sonar sensor data to the electronics via wire and from there wirelessly forward it in real time to the ground receiving unit. The submersible body ensures that the sonar sensor is submerged in the water. For this purpose, the submersible body can preferably have a density of less than 1 g/ cm³ and/or be a hollow body, such as a tube that is open on both sides and has a hollow interior.

Die interaktive Steuerung des funkferngesteuerten Luftfahrzeugs gelingt dadurch, dass die Sonar-Messeinrichtung eine Bodenempfangseinheit mit einer Antenne, einem Satellitennavigationsempfänger zur Erfassung einer stationären Referenzposition und mit einer mit der Antenne und dem Satellitennavigationsempfänger gekoppelten Messeinheit aufweist. Die Bodenempfangseinheit ist zum Funkempfang der aktuell mit dem Sonarsensor beim Eintauchen in ein zu untersuchendes Gewässer gemessenen Sonardaten, zur Georeferenzierung dieser Sonardaten mit der Referenzposition und der aktuellen Position des funkferngesteuerten Luftfahrzeugs und zur fotorealistischen Darstellung der aktuell empfangenen und georeferenzierten Sonardaten auf einem Bildschirm ausgebildet.The interactive control of the radio-controlled aircraft is achieved by the sonar measuring system comprising a ground receiving unit with an antenna, a satellite navigation receiver for detecting a stationary reference position, and a measuring unit coupled to the antenna and the satellite navigation receiver. The ground receiving unit is designed to radio-receive the sonar data currently measured by the sonar sensor when immersed in a body of water to be examined, to georeference this sonar data with the reference position and the current position of the radio-controlled aircraft, and to photorealistically display the currently received and georeferenced sonar data on a screen.

Durch die Bodenempfangseinheit und der stationären Referenzposition gelingt es, die aktuelle Position und/oder Lage des funkferngesteuerten Luftfahrzeugs hochgenau zu erfassen. Damit können insbesondere die durch Oberflächenbewegungen des Gewässers verursachten Bewegungen genauer, als mit einem einfachen Radar-Höhenmeter erfasst und ausgeglichen werden. Die so hochgenau georeferenzierten Sonardaten können von dem funkferngesteuerten Luftfahrzeug durch Funkdatensignalübertragung in Echtzeit an die Messeinheit der Bodenempfangseinheit übertragen und dort sofort eingespeist und ausgewertet werden.The ground receiving unit and the stationary reference position enable the current position and/or attitude of the radio-controlled aircraft to be recorded with high precision. This allows movements caused by surface movements of the water to be recorded and compensated for more accurately than with a simple radar altimeter. The highly precisely georeferenced sonar data can be transmitted from the radio-controlled aircraft to the measuring unit of the ground receiving unit in real time via radio data signal transmission, where it can be immediately input and evaluated.

Damit gelingt eine bessere Steuerung des funkferngesteuerten Luftfahrzeugs, indem die ausgewerteten fotorealistischen Sonardaten als Regelgröße von der Bodenempfangseinheit in Steuersignale rückgekoppelt werden, die über die Antenne der Bodenempfangseinheit an den funkferngesteuerten Luftfahrzeugs übertragen werden, um so die Position und/oder Lage des Luftfahrzeugs zu ändern.This enables better control of the radio-controlled aircraft by feeding the evaluated photorealistic sonar data back as a control variable from the ground receiving unit into control signals that are transmitted to the radio-controlled aircraft via the antenna of the ground receiving unit in order to change the position and/or attitude of the aircraft.

Durch die Nutzung eines fotorealistisch abbildenden Sonarsensors, bei dem eine Gruppen von Pulsen mit unterschiedlichen Frequenzen ausgesendet und damit die Sonarmessung mit einer größeren Bandbreite durchgeführt werden kann, ist es möglich, die Unterwasserstrukturen fotorealistisch zu erkennen. Ein fachkundiges optisches Auswerten von interpretationsbedürftigen Sonarsignaturen ist damit nicht erforderlich. Vielmehr können die aktuelle gemessenen Unterwasserstrukturen sofort auf einem Bildschirm angezeigt, vom Bediener unmittelbar erkannt und für die interaktive Steuerung des funkferngesteuerten Luftfahrzeugs zum effizienten Verbringen der Sonarsonde an eine nachfolgende Messposition genutzt werden.By using a photorealistic imaging sonar sensor, which emits groups of pulses at different frequencies, allowing sonar measurements to be performed with a wider bandwidth, it is possible to detect underwater structures in photorealistic detail. This eliminates the need for expert optical analysis of sonar signatures that require interpretation. Instead, the currently measured underwater structures can be immediately displayed on a screen, immediately recognized by the operator, and used for interactive control of the radio-controlled aircraft to efficiently move the sonar probe to a subsequent measurement position.

Das funkferngesteuerte Luftfahrzeug kann einen Positions- und/oder Lagesensor haben und zur automatischen Echtzeiterfassung der aktuellen Position des Luftfahrzeugs aus der mit dem Positions- und/oder Lagesensor aktuell gemessenen Position und/oder Lage mit Bezug auf die stationäre Referenzposition eingerichtet sein. Mit Hilfe der stationären Referenzposition kann die Genauigkeit der Positions- und/oder Lagebestimmung des Luftfahrzeugs verbessert werden, indem diese Referenzposition als Bezugsgröße für die lokal im Luftfahrzeug mit seinem Positions- und/oder Lagesensor gemessenen Kenngrößen genutzt wird.The radio-controlled aircraft may have a position and/or attitude sensor and be configured to automatically determine the current position of the aircraft in real time from the position and/or attitude currently measured with the position and/or attitude sensor with reference to the stationary reference position. Using the stationary reference position, the accuracy of the aircraft's position and/or attitude determination can be improved by using this reference position as a reference value for the parameters measured locally in the aircraft with its position and/or attitude sensor.

So können beispielsweise mit einer sogenannten Echtzeitkinematik (RTK - „Real-Time Kinematic“) ein oder mehrere geodätische Empfänger zur Bestimmung von stationären Referenzpunkten aufgestellt werden, die von dem funkferngesteuerten Luftfahrzeug als Referenzpunkte genutzt werden. Hierbei kann es sich um Satellitennavigationsempfänger (z. B. GPS, GLONASS etc.) handeln, die bevorzugt mehrere von den Navigationssatelliten ausgestrahlte Frequenzen empfangen, um auf diese Weise den Einfluss der Ionosphäre auf das Satellitensignal und den dadurch verursachten Positionsfehler zu bestimmen. Durch Übertragung des Positionsfehlers von der Bodenempfangseinheit an das funkferngesteuerte Luftfahrzeug oder eines mit Hilfe des Positionsfehlers korrigierten Positionssignals lässt sich die Präzision der Bestimmung von Position und/oder Lage im Luftfahrzeug deutlich verbessen, indem der Positionsfehler und/oder ein damit korrigiertes Positionssignal auf die im Luftfahrzeug gemessenen Positions- und/oder Lagesignale angewendet wird.For example, with a so-called real-time kinematics (RTK), one or more geodetic receivers can be set up to determine stationary reference points, which are used by the radio-controlled aircraft as reference points. These can be satellite navigation receivers (e.g., GPS, GLONASS, etc.), preferably using several of the navigation satellites. Received frequencies are transmitted to determine the influence of the ionosphere on the satellite signal and the resulting position error. By transmitting the position error from the ground receiving unit to the radio-controlled aircraft, or a position signal corrected using the position error, the precision of the determination of the position and/or attitude in the aircraft can be significantly improved by applying the position error and/or a position signal corrected using the position error to the position and/or attitude signals measured in the aircraft.

Die Bodenempfangseinheit kann eine Funk-Basisstation und die Plattform des funkferngesteuerten Luftfahrzeugs eine Funk-Kommunikationseinheit haben. Die Funk-Kommunikationseinheit und die Funk-Basisstation können hierbei zur bidirektionalen Funkkommunikation eingerichtet sein, um Steuerbefehle von der Messeinheit an das funkferngesteuerte Luftfahrzeug zu senden und gemessene Sensordaten und Position- und/oder Lagedaten des Luftfahrzeuges von dem Luftfahrzeug an die Basisstation zu senden. Damit kann das Luftfahrzeug von der Bodenempfangseinheit funkferngesteuert werden, wobei die bidirektionale Übertragung eine zeitverzugslose Auswertung der gemessenen Sensordaten in der Bodenempfangseinheit bzw. nach Darstellung auf einem dortigen Bildschirm durch den fernsteuernden Bediener und damit eine Rückkoppelung zur bedarfsgerechten Steuerung von Position und/oder Lage des Luftfahrzeuges und der daran angehängten Sonarsonde ermöglicht.The ground receiving unit can have a radio base station, and the platform of the radio-controlled aircraft can have a radio communication unit. The radio communication unit and the radio base station can be configured for bidirectional radio communication in order to send control commands from the measuring unit to the radio-controlled aircraft and to send measured sensor data and position and/or attitude data of the aircraft from the aircraft to the base station. This allows the aircraft to be remotely controlled by radio from the ground receiving unit. The bidirectional transmission enables instantaneous evaluation of the measured sensor data in the ground receiving unit or after display on a screen there by the remote-controlling operator, thus providing feedback for the needs-based control of the position and/or attitude of the aircraft and the attached sonar probe.

Das funkferngesteuerte Luftfahrzeug kann ein Drehflügler sein, der eine Anzahl von Rotoren an der Oberseite der Plattform und eine Ladestruktur an der Unterseite der Plattform aufweist. Damit kann ein stabiles, leichtes und mit Funkfernsteuerung zuverlässig beherrschbares Luftfahrzeug genutzt.The radio-controlled aircraft can be a rotary-wing aircraft with a number of rotors on top of the platform and a loading structure on the bottom of the platform. This allows for the use of a stable, lightweight, and reliably controllable aircraft using radio control.

Der Drehflügler kann an seiner Landestruktur Auftriebskörper haben. Durch die Auftriebskörper wird sichergestellt, dass der Drehflügler bei Wasserberührung nicht außer Kontrolle gerät, sondern auf mit Hilfe der Auftriebskörper auf der Wasseroberfläche getragen wird. Dies gilt nicht nur in ruhigen Gewässern ohne nennenswerten Wellenschlag, sondern auch bei größeren Oberflächenbewegungen der Wasseroberfläche oder sporadischen Störereignissen.The rotorcraft may have buoyancy devices attached to its landing structure. These devices ensure that the rotorcraft does not lose control upon contact with water, but is instead carried along the water surface by the buoyancy devices. This applies not only in calm waters without significant wave action, but also during larger surface movements or sporadic disturbances.

Die Sonar-Messeinrichtung kann zur Steuerung des ferngesteuerten Luftfahrzeugs so eingerichtet sein, dass Sonarmessungen im Schleppflug erfolgen. Damit kann der Tauchkörper mit dem daran angeordneten Sonarsensor auch bei höherer Windbelastung, bei Wellengang und größeren Wasserströmungen durch das Wasser gezogen werden, um Bereiche des Unterwassergebietes zu untersuchen.The sonar measuring system can be configured to control the remotely piloted aircraft so that sonar measurements are taken while towed. This allows the submersible body with its attached sonar sensor to be towed through the water, even in high winds, waves, and strong water currents, to examine underwater areas.

Der Tauchkörper kann ein stabförmiges Gewichtselement sein. Die Dichte des Gewichtselementes sollte kleiner als 1 g/cm3 sein, so dass bereits damit ein Eintauchen mit reduzierter Auftriebskraft sichergestellt ist. Das stabförmige Gewichtselement kann ein Vollstab sein. Denkbar ist aber auch ein im Innenraum hohles Rohr, das den Vorteil hat, im eingetauchten Zustand vom Wasser durchströmt zu werden. Damit wird die Lage unter Wasser, insbesondere nahe zur Wasseroberfläche beim Schleppen durch das Gewässer stabilisiert. Dies ist insbesondere bei höheren Schlepp- und/oder Strömungsgeschwindigkeiten besonders vorteilhaft.The submersible body can be a rod-shaped weight element. The density of the weight element should be less than 1 g/ cm³ , thus ensuring submersion with reduced buoyancy. The rod-shaped weight element can be a solid rod. A hollow tube is also conceivable, which has the advantage of allowing water to flow through it when submerged. This stabilizes the underwater position, especially close to the water surface when towing through the water. This is particularly advantageous at higher towing and/or current speeds.

Der Sonarsensor kann beabstandet zu dem Tauchkörper angeordnet sein. Hierzu kann der Sonarsensor mit mindestens einem Steg an dem Tauchkörper befestigt sein. Der Steg kann beispielsweise eine Finne sein, d. h. eine vom Tauchkörper abragende Platte. Damit wird der Tauchkörper mit dem daran angebundenen Sonarsensor beim Schleppen durch das Wasser durch die beidseitige Anströmfläche in Querrichtung stabilisiert und in Schwerkraftrichtung gewichtsstabilisiert, so dass der Sonarkörper möglichst in Richtung der Schwerkraft vom Tauchkörper nach unten zur Wasseroberfläche hin abragt. Der Sonarkörper kann dabei als eine Art Kielbombe der als Kiel des Tauchkörpers wirkenden Finne dienen.The sonar sensor can be arranged at a distance from the submersible. For this purpose, the sonar sensor can be attached to the submersible by at least one web. The web can, for example, be a fin, i.e., a plate protruding from the submersible. This stabilizes the submersible, with the attached sonar sensor, in the transverse direction as it is towed through the water by the inflow surface on both sides, and stabilizes its weight in the direction of gravity, so that the sonar body protrudes downwards from the submersible toward the water surface, as far as possible in the direction of gravity. The sonar body can serve as a kind of keel bulb for the fin, which acts as the keel of the submersible.

Die Finne kann an der Vorderkante, die dem länglichen Verbindungselement zugewandt ist, abgeschrägt sein. Damit werden die Anströmbedingungen verbessert.The fin can be chamfered at the leading edge facing the elongated connecting element. This improves the airflow conditions.

Vorteilhaft ist es, wenn im Übergang zwischen Sonarsensor und Steg, wie bspw. einer Finne, ein nach außen hin offener, im eingetauchten Zustand mit Wasser gefluteter Hohlraum vorhanden ist. Damit wird sichergestellt, dass der Sonarsensor abtaucht und die Gewichtskraft im Vergleich zu einem gefüllten Ballastkörper so gering bleibt, dass der Tauchkörper unter der Wasseroberfläche schwimmt und bei Zug über das längliche Verbindungselement nicht auftaucht oder zum Gewässergrund hin abtaucht.It is advantageous if the transition between the sonar sensor and the bridge, such as a fin, has an outwardly open cavity that is flooded with water when submerged. This ensures that the sonar sensor submerges, and the weight force remains so low compared to a filled ballast body that the submerged body floats below the water surface and, when pulled over the elongated connecting element, does not surface or sink to the bottom of the water.

Das stabförmige Gewichtselement kann ein erstes stirnseitiges Ende und ein diametral gegenüberliegendes zweites stirnseitiges Ende haben. Das längliche flexible Verbindungselement kann an dem ersten stirnseitigen Ende des stabförmigen Gewichtselementes befestigt sein. Damit wird eine Zugkraft in Längserstreckungsrichtung des Tauchkörpers ausgeübt, durch die der Tauchkörper auch unter Strömungseinfluss auf einer stabilen Bahn durch das Wasser gezogen werden kann.The rod-shaped weight element can have a first end face and a diametrically opposite second end face. The elongated, flexible connecting element can be attached to the first end face of the rod-shaped weight element. This exerts a tensile force in the longitudinal direction of the submersible body, allowing the submersible body to be pulled through the water on a stable path even under the influence of currents.

Der Tauchkörper kann mindestens ein Strömungsleitelement haben. Damit gelingt eine stabile Führung des Sonarsensor durch das Wasser auch bei stärkerer Strömung, bei Wellengang und höheren Windbelastungen. Ein Strömungsleitelement kann an einem stirnseitigen Ende des Tauchkörpers angeordnet sein. Das Strömungsleitelement kann bspw. einen von Wasser in Zugrichtung des Tauchkörpers durchströmten Hohlraum haben.The submersible body can have at least one flow guide element. This ensures stable guidance of the sonar sensor through the water, even in strong currents, waves, and high wind loads. A flow guide element can be located at one end of the submersible body. The flow guide element can, for example, have a cavity through which water flows in the direction of travel of the submersible body.

Denkbar ist, dass an einem hohlen rohrförmigen Tauchkörper ein kürzeres hohles Strömungsleitrohr parallel zum Tauchkörper angebracht ist. Das Strömungsleitrohr kann an der dem Sonarsensor abgewandten Seite, der dem Sonarsensor zugewandten Seite und/oder beidseits quer zum Steg bzw. der Finne angeordnet sein.It is conceivable that a shorter hollow flow guide tube is attached to a hollow tubular submersible body, parallel to the submersible body. The flow guide tube can be arranged on the side facing away from the sonar sensor, the side facing the sonar sensor, and/or on both sides perpendicular to the web or fin.

An dem vorderen Bereich des Tauchkörpers können benachbart zum Befestigungsbereich des länglichen Verbindungselementes quer zur Erstreckungsrichtung zwischen Tauchkörper und Sonarsensor beidseits Strömungsleitflächen als Strömungsleitelemente abragen. Hierzu können beispielsweise zwei Befestigungsarme in diametral voneinander wegweisende Richtungen vom Tauchkörper abragen, wobei die Strömungsleitflächen mit jeweils einem der Befestigungsarme verbunden sind.At the front of the submersible body, adjacent to the attachment area of the elongated connecting element, flow guide surfaces can protrude transversely to the extension direction between the submersible body and the sonar sensor on both sides as flow guide elements. For this purpose, for example, two attachment arms can protrude from the submersible body in diametrically opposed directions, with the flow guide surfaces each connected to one of the attachment arms.

Der Tauchkörper, der Steg, wie bspw. die Finne und/oder weitere Teile wie das Hohlgehäuse zur Anbindung des Sonarsensors an die Finne können aus kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff sein. Dieses Material ist leicht, stabil und hat eine spezifische Dichte von etwa 1,5 g/cm3, die größer als die Dichte von Wasser mit 1 g/cm3 ist, um unter die Wasseroberfläche abzutauchen. Edelstahl würde hingegen bei seinem spezifischen Gewicht (d. h. Dichte) von ca. 8 g/cm3 wesentlich stärker abtauchen und ein deutlich höheres Zuggewicht auf das längliche Verbindungselement induzieren, um knapp unter der Wasseroberfläche im Tauchzustand durch das Gewässer geschleppt zu werden.The submersible body, the bridge, such as the fin, and/or other parts such as the hollow housing for connecting the sonar sensor to the fin can be made of carbon fiber reinforced plastic. This material is lightweight, stable, and has a specific density of approximately 1.5 g/cm³, which is greater than the density of water at 1 g/ cm³ , allowing it to submerge below the water surface. Stainless steel, on the other hand, with its specific weight (i.e., density) of approximately 8 g/cm³, would submerge significantly more and induce a significantly higher tensile load on the elongated connecting element to be towed through the water just below the water surface in a submerged state.

Bevorzugt ist das längliche flexible Verbindungselement an dem ersten stirnseitigen Ende des Tauchkörpers und das Strömungsleitelement an dem diametral gegenüberliegenden zweiten stirnseitigen Ende angeordnet. Damit kann die Bewegungsbahn des Tauchkörpers durch das Wasser weiter stabilisiert werden.Preferably, the elongated, flexible connecting element is arranged at the first end face of the submersible body, and the flow guide element is arranged at the diametrically opposite second end face. This allows the movement path of the submersible body through the water to be further stabilized.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels mit der beigefügten Zeichnung näher erläutert. Es zeigt:

  • 1 - Skizze einer Sonar-Messeinrichtung;
  • 2 - schematische Seitenansicht eines Tauchkörpers mit über eine Finne daran angebundenem Sonarsensor;
  • 3 - schematische Draufsicht auf den Sonarsensor mit Tauchkörper und Strömungsleitflächen.
The invention is explained in more detail below using an exemplary embodiment with the accompanying drawing. It shows:
  • 1 - Sketch of a sonar measuring device;
  • 2 - schematic side view of a submersible with a sonar sensor attached to it via a fin;
  • 3 - schematic top view of the sonar sensor with submersible body and flow guide surfaces.

1 zeigt eine Skizze einer Sonar-Messeinrichtung, die ein funkferngesteuertes Luftfahrzeug 1 in Form eines Drehflüglers hat. Dieser Drehflügler 1 ist in dem dargestellten Ausführungsbeispiel eine Drohne mit einer Plattform 2, die an ihrer Oberseite mehrere über einen Kreisumfang verteilt angeordnete Rotoren 3 hat. Diese sind jeweils mit einem Motor angetrieben und individuell steuerbar. 1 shows a sketch of a sonar measuring device that has a radio-controlled aircraft 1 in the form of a rotary-wing aircraft. In the illustrated embodiment, this rotary-wing aircraft 1 is a drone with a platform 2, which has several rotors 3 arranged on its upper surface, distributed around a circumference. These rotors are each driven by a motor and can be individually controlled.

An der Unterseite des Drehflüglers 1 ist eine Landestruktur 4 vorhanden, auf der der Drehflügler 1 in seiner Landeposition aufgelagert ist.On the underside of the rotorcraft 1 there is a landing structure 4 on which the rotorcraft 1 is supported in its landing position.

Von dieser Unterseite der Plattform 2 ragt ein Sonarsensor 5 ab, der mit der Plattform 2 verbunden ist. Dieser Sonarsensor 5 ist mit einem länglichen flexiblen Verbindungselement 6 mit der Plattform 2 des Luftfahrzeugs 1 verbunden. Das Verbindungselement 6 kann beispielsweise eine Leine, ein Draht oder ein ähnliches biegsames Verbindungselement 6 sein. Das Verbindungselement 6 umfasst eine elektrische Kabelverbindung 7 mit Leitungen, mit denen Signale vom Sonarsensor 5 an das Luftfahrzeug 1 und optional auch elektrische Energie von einem Energiespeicher des Luftfahrzeugs 1 an den Sonarsensor 5 übertragen werden kann.A sonar sensor 5 protrudes from the underside of the platform 2 and is connected to the platform 2. This sonar sensor 5 is connected to the platform 2 of the aircraft 1 by an elongated, flexible connecting element 6. The connecting element 6 can be, for example, a rope, a wire, or a similar flexible connecting element 6. The connecting element 6 comprises an electrical cable connection 7 with lines that can be used to transmit signals from the sonar sensor 5 to the aircraft 1 and, optionally, also electrical energy from an energy storage device of the aircraft 1 to the sonar sensor 5.

Diese Landestruktur 4 kann Auftriebskörper A aufweisen. Damit kann auch bei Wasserberührung, bspw. verursacht durch Wellenschlag, ein sicheres Aufsetzen und ein Tragen des Drehflüglers 1 auf der Wasseroberfläche des Gewässers G sichergestellt werden, wenn der Flugzustand verlassen wird. Der Drehflügler 1 kann auf diese Weise auch bewusst an gewünschten Messpositionen auf der Wasseroberfläche aufgesetzt werden, um mit dem in das Gewässer G hineinragenden Sonarsensor 5 die Unterwasserumgebung zu vermessen. Durch diesen temporären stationären Zustand kann Energie eingespart werden. Für den Flugzustand ist deutlich mehr elektrische Energie erforderlich, die durch die Traglast und die beschränkte Ladekapazität der Akkumulatoren begrenzt ist. Die Vermessung in aufeinanderfolgenden, temporär stationären Zuständen, in denen der Drehflügler 1 auf der Wasseroberfläche aufgesetzt wird, erfordert einen höheren Energiebedarf dann nur in den Flugzuständen zum Verbringen des Drehflüglers 1 an eine Messposition. Diese Position kann dann schrittweise oder kontinuierlich verändert werden, um einen größeren Gewässerbereich zu erkunden. Die Positionsänderung kann bevorzugt durch einen temporären Übergang in den Flugzustand erfolgen.This landing structure 4 can have buoyancy bodies A. This ensures that the rotorcraft 1 touches down safely and remains stable on the surface of the body of water G even when the flight mode is exited, e.g., due to wave action. In this way, the rotorcraft 1 can also be deliberately landed on the water surface at desired measurement positions in order to measure the underwater environment with the sonar sensor 5 extending into the body of water G. This temporary stationary state can save energy. The flight mode requires significantly more electrical energy, which is limited by the payload and the limited charging capacity of the batteries. Surveying in successive, temporarily stationary states in which the rotorcraft 1 touches down on the water surface requires a higher energy requirement only in the flight states for moving the rotorcraft 1 to a measurement position. This position can then be changed gradually or continuously in order to explore a larger area of water. The change in position can preferably be achieved by a temporary transition to the flight state.

Damit der Drehflügler 1 wieder aus dem Ladezustand auf der Wasseroberfläche in den Flugzustand gebracht werden kann, ohne dass dies durch als Störgröße erkannte Bewegung des Drehflüglers 1, die durch die sich bewegende Wasseroberfläche induziert wird, verhindert wird, werden die Rotoren 3 mit einer Drehzahl weiterbetrieben, die energiesparend ist und kein Abheben der Drohne 1 in den Flugzustand bewirken. Das Weiterlaufenlassen der Rotoren 3 wird von der Steuerung des Drehflüglers 1 so interpretiert, dass sich der Drehflügler 1 nach wie vor im Flugzustand befindet. Damit sind die Regelmechanismen der Steuerung deaktiviert, die ein Starten eines gelandeten Drehflüglers 1 bei erkannter Bewegung des Drehflüglers 1 verhindern. Der Übergang von Startzustand in den Flugzustand von Drehflüglern 1 erfordert regelmäßig eine definierte stabile (unbewegte) Lage. Durch das Weiterlaufenlassen der Rotoren 3 bleibt der Drehflügler 1 damit in dem Flugzustand, auch wenn er nicht durch den Auftrieb der Rotoren 3, sondern durch die Auftriebskörper A an der Landestruktur 4 im nur durch die Wasserbewegung bewegbaren bzw. bewegten Zustand (d. h. für die Sonarmessung einem quasi stationären Zustand) gehalten wird.In order for the rotorcraft 1 to return from the loading state on the water surface to flight state can be brought without this being prevented by movement of the rotorcraft 1, which is detected as a disturbance and is induced by the moving water surface, the rotors 3 continue to operate at a speed that is energy-saving and does not cause the drone 1 to take off into the flight state. The control system of the rotorcraft 1 interprets the fact that the rotors 3 continue to run as meaning that the rotorcraft 1 is still in the flight state. This deactivates the control mechanisms of the control system which prevent a landed rotorcraft 1 from taking off when movement of the rotorcraft 1 is detected. The transition from the takeoff state to the flight state of rotorcraft 1 regularly requires a defined stable (stationary) position. By continuing to run the rotors 3, the rotorcraft 1 remains in the flight state, even if it is not held by the lift of the rotors 3, but by the buoyancy bodies A on the landing structure 4 in a state that can only be moved or moved by the water movement (ie a quasi-stationary state for the sonar measurement).

Wenn die Sonarmessung planmäßig im Flugzustand erfolgt, dann stellen die Auftriebskörper A weiterhin sicher, dass der Drehflügler 1 auch bei ungeplanter Wasserberührung in einem stabilen Zustand ist, von dem der Flugzustand durch Weiterbetrieb der Rotoren 3 und Abheben mittels Drehzahlerhöhung der Rotoren 3 wieder erreichbar ist.If the sonar measurement is carried out as planned in the flight condition, the buoyancy bodies A continue to ensure that the rotorcraft 1 is in a stable condition even in the event of unplanned contact with water, from which the flight condition can be reached again by continuing to operate the rotors 3 and taking off by increasing the speed of the rotors 3.

Die Sonar-Messeinrichtung ist zur Durchführung einer Schleppmessung eingerichtet.The sonar measuring device is designed to carry out a towed measurement.

Hierzu ist ein längliches flexibles Verbindungselement 6, das eine elektrische Kabelverbindung 7 umfasst, an seinem ersten Ende mit der Plattform 2 des funkferngesteuerten Luftfahrzeugs 1 und an seinem gegenüberliegenden Ende eines Tauchkörpers 8 verbunden ist. Der Sonarsensor 5 ist an dem Tauchkörper 8 angebracht. Der Sonarsensor 5 ist über die elektrische Kabelverbindung 7 mit dem funkferngesteuerten Luftfahrzeug 1 verbunden.For this purpose, an elongated flexible connecting element 6, which includes an electrical cable connection 7, is connected at its first end to the platform 2 of the radio-controlled aircraft 1 and at its opposite end to a submersible body 8. The sonar sensor 5 is attached to the submersible body 8. The sonar sensor 5 is connected to the radio-controlled aircraft 1 via the electrical cable connection 7.

Der Tauchkörper 8 kann wie dargestellt als ein stabförmiges Gewichtselement ausgebildet sein. Damit schwimmt der Tauchkörper 8 mit seinem Sonarsensor 5 nicht im Wasser auf, sondern taucht unter.The submersible body 8 can be designed as a rod-shaped weight element, as shown. This means that the submersible body 8 with its sonar sensor 5 does not float in the water, but rather submerges.

Der Sonarsensor 5 kann wie dargestellt beabstandet zu dem Tauchkörper 8 angeordnet sein. Hierzu kann der Sonarsensor 5 mit mindestens einem Steg 9 an dem Tauchkörper 8 befestigt sein. Mit zwei voneinander beabstandeten Stegen 9 wird eine verwindungssteife Befestigung erreicht.The sonar sensor 5 can be arranged at a distance from the submersible body 8, as shown. For this purpose, the sonar sensor 5 can be attached to the submersible body 8 with at least one web 9. A torsion-resistant attachment is achieved with two webs 9 spaced apart from each other.

Der als stabförmiges Gewichtselement ausgebildete Tauchkörper 8 kann ein erstes stirnseitiges Ende und ein diametral gegenüberliegendes zweites stirnseitiges Ende haben. Damit wird ein Strömungskörper mit einer Längserstreckungsrichtung bereitgestellt, wobei der Tauchkörper 8 in Längserstreckungsrichtung auf einer stabilen Bewegungsbahn durch das Wasser gezogen werden kann.The submersible body 8, designed as a rod-shaped weight element, can have a first end face and a diametrically opposite second end face. This provides a flow body with a longitudinal extension direction, wherein the submersible body 8 can be pulled through the water in the longitudinal extension direction on a stable trajectory.

Das längliche flexible Verbindungselement 6 kann an dem ersten stirnseitigen Ende des stabförmigen Gewichtselementes befestigt sein. An dem diametral gegenüberliegenden zweiten stirnseitigen Ende kann optional bevorzugt ein Strömungsleitelement 10 angeordnet sein. Damit wird eine noch stabilere Führung des Tauchkörpers 8 durch das Wasser erreicht werden.The elongated, flexible connecting element 6 can be attached to the first end face of the rod-shaped weight element. A flow guide element 10 can optionally be arranged at the diametrically opposite second end face. This will ensure even more stable guidance of the submersible body 8 through the water.

Weiterhin hat die Sonar-Messeinrichtung eine Bodenempfangseinheit 11 mit einer Antenne 12, einem Satellitennavigationsempfänger 13 zur Erfassung einer stationären Referenzposition und eine mit der Antenne 12 und dem Satellitennavigationsempfänger 13 gekoppelten Messeinheit 14.Furthermore, the sonar measuring device has a ground receiving unit 11 with an antenna 12, a satellite navigation receiver 13 for detecting a stationary reference position and a measuring unit 14 coupled to the antenna 12 and the satellite navigation receiver 13.

Mit Hilfe des Satellitennavigationsempfängers 13 werden Zeitsignale von Navigationssatelliten N empfangen und aus den damit verbundenen Laufzeiten wird die Referenzposition des Satellitennavigationsempfängers 13 bestimmt. Wenn der mindestens eine stationäre Satellitennavigationsempfänger 13 die Zeitsignale der Navigationssatelliten N auf mehreren Frequenzen empfängt oder Zeitsignale unterschiedlicher Navigationssysteme empfängt und auswertet, lassen sich Positionsfehler korrigieren, die insbesondere durch Störungen in der Ionosphäre verursacht sind.With the help of the satellite navigation receiver 13, time signals from navigation satellites N are received, and the reference position of the satellite navigation receiver 13 is determined from the associated transit times. If the at least one stationary satellite navigation receiver 13 receives the time signals from the navigation satellites N on multiple frequencies or receives and evaluates time signals from different navigation systems, position errors caused in particular by disturbances in the ionosphere can be corrected.

Die Bodenempfangseinheit 11 ist weiterhin zum Funkempfang der aktuell mit dem Sonarsensor 5 gemessenen Sonatendaten eingerichtet, wenn der Drehflügler 1 über einem Gewässer G positioniert ist. Hierzu taucht der von dem Drehflügler 1 abragende Sonarsensor 5 in das Gewässer ein, um mittels Emission von Signalen durch den Sonarsensor 5 von Unterwasserstrukturen S oder im Gewässer vorhandenen Objekte oder Lebewesen O reflektierte Echosignale durch den Sonarsensor 5 zu erfassen. Diese Sonderdaten werden dann zeitverzugslos in Echtzeit von der Funk-Kommunikationseinheit 15 des Drehflüglers 1 an die Bodenempfangseinheit 11 übertragen.The ground receiving unit 11 is further configured to radio-receive the sonata data currently measured by the sonar sensor 5 when the rotorcraft 1 is positioned over a body of water G. For this purpose, the sonar sensor 5 protruding from the rotorcraft 1 submerges into the body of water to detect echo signals reflected by the sonar sensor 5 from underwater structures S or objects or living beings O present in the body of water by emitting signals from the sonar sensor 5. These special data are then transmitted without delay in real time from the radio communication unit 15 of the rotorcraft 1 to the ground receiving unit 11.

Die Bodenempfangseinheit 11 hat hierzu eine Funk-Basisstation 16, die zur bidirektionalen Funk-Kommunikation eingerichtet ist. Die aktuell mit dem Sonarsensor 5 beim Eintauchen in ein zu untersuchendes Gewässer gemessenen Sonardaten werden an die Bodenempfangseinheit 11 übertragen. Sie können bereits mithilfe des Position- und/oder Lagesensors 17 des Drehflüglers 1 gemessenen Positions- und/oder Lagedaten georeferenziert werden. Diese Sonardaten werden damit durch die aktuelle Position des Drehflüglers 1 und weiterhin durch die stationäre Referenzposition georeferenziert.For this purpose, the ground receiving unit 11 has a radio base station 16 configured for bidirectional radio communication. The sonar data currently measured by the sonar sensor 5 while immersing in a body of water to be examined is transmitted to the ground receiving unit 11. They can be georeferenced with the position and/or attitude data already measured using the position and/or attitude sensor 17 of the rotary-wing aircraft 1. These sonar data are thus georeferenced by the current position of rotorcraft 1 and also by the stationary reference position.

Der Drehflügler 1 hat hierzu mindestens einen Position- und/oder Lage-Sensor 17 zur Erfassung der aktuellen Position und/oder Lage des Drehflüglers 1. Hierbei kann es sich ebenfalls um einen Satellitennavigationsempfänger handeln. Denkbar ist aber auch alternativ oder zusätzlich hierzu die Bestimmung der Position und Lage mittels Beschleunigungssensoren und/oder Winkelmesssensoren, Hallsensoren und dergl., die eine relative Positions- und/oder Lageänderung bestimmen. Ausgehend von der stationären Referenzposition kann die Georeferenzierung der Sensordaten damit auch mithilfe der relativen Positions- und/oder Lageänderungen des Drehflüglers 1 bestimmt werden.For this purpose, the rotorcraft 1 has at least one position and/or attitude sensor 17 for detecting the current position and/or attitude of the rotorcraft 1. This can also be a satellite navigation receiver. Alternatively or additionally, it is also conceivable to determine the position and attitude using acceleration sensors and/or angle sensors, Hall sensors, and the like, which determine a relative position and/or attitude change. Starting from the stationary reference position, the georeferencing of the sensor data can thus also be determined using the relative position and/or attitude changes of the rotorcraft 1.

Die Bodenempfangseinheit 11 hat einen Bildschirm 18 zur Darstellung der aktuell gemessenen Sonardaten. Sie ist weiterhin zur Fernsteuerung des Drehflüglers 1 beispielsweise mit einem Joy-Stick 19 eingerichtet, um Steuerbefehle von dem Joy-Stick 19 über die Funk-Basisstation 16 an die Funk-Kommunikationseinheit 15 des Drehflüglers 1 zu übertragen.The ground receiving unit 11 has a screen 18 for displaying the currently measured sonar data. It is also configured for remote control of the rotary-wing aircraft 1, for example, using a joystick 19 to transmit control commands from the joystick 19 via the radio base station 16 to the radio communication unit 15 of the rotary-wing aircraft 1.

Mithilfe der Position- und/oder Lage Sensoren 17 des Drehflüglers 1 lässt sich weiterhin optional die Oberflächenbewegung des Gewässers G bzw. die durch die Oberflächenbewegung des Gewässers verursachten Bewegungen des Drehflüglers 1 mitsamt seiner Solarsonde 5 bestimmen. Diese sind anhand der hiermit korrelierenden Positions- und/oder Lageänderung des Drehflüglers 1 erfassbar, die sich von den durch die Steuerung und Windeinflüsse verursachten Lageänderungen unterscheiden.Using the position and/or attitude sensors 17 of the rotorcraft 1, the surface movement of the body of water G or the movements of the rotorcraft 1 together with its solar probe 5 caused by the surface movement of the body of water can optionally be determined. These can be detected based on the correlating position and/or attitude changes of the rotorcraft 1, which differ from the attitude changes caused by the control and wind influences.

Hierzu kann beispielsweise eine Frequenztransformation der Positions- und/oder LageSignale durchgeführt werden, um aus den mit der Oberflächenbewegung des Gewässers G korrelierenden Frequenzen diese Umwelteinflüsse zu bestimmen. Damit lässt sich der Drehflügler 1 so regeln, dass seine Position und Höhe über der Wasseroberfläche trotz Oberflächenbewegung des Gewässers G zur Erreichung einer gewünschten Eintauchtiefe des Solarsensors 5 angepasst werden kann.For this purpose, for example, a frequency transformation of the position and/or attitude signals can be performed in order to determine these environmental influences from the frequencies correlating with the surface movement of the body of water G. This allows the rotorcraft 1 to be controlled so that its position and altitude above the water surface can be adjusted despite the surface movement of the body of water G in order to achieve a desired immersion depth of the solar sensor 5.

Die zeitverzugslose Übertragung der Sonardaten an die Bodenempfangseinheit 10 und die Darstellung der Sonardaten auf dem Bildschirm 18 erlaubt es dem die Bediener, den Drehflügler 1 so fernzusteuern, dass die gewünschte Positionierung des Solarsensors 5 erreicht wird, um ein möglichst vollständiges und verwertbares Unterwasserbild des Gewässers G zu erhalten.The instantaneous transmission of the sonar data to the ground receiving unit 10 and the display of the sonar data on the screen 18 allows the operator to remotely control the rotary-wing aircraft 1 in such a way that the desired positioning of the solar sensor 5 is achieved in order to obtain the most complete and usable underwater image of the body of water G possible.

Damit wird ein echtzeitfähiges, bildgebendes Echolotsystem bereitgestellt, das ferngelenkt oder teilautonom über den Drehflügler 1 an den Einsatzort verbracht werden kann. Das fotorealistisch abbildende Unterwasser-Sonarsystem wird mittels funkferngesteuertem Drehflügler 1 georeferenziert ausgebracht, um damit Unterwasserstrukturen und sogar aktuelle Unterwasserereignisse schnell und effektiv zu detektieren.This provides a real-time imaging sonar system that can be deployed to the scene remotely or semi-autonomously via the rotary-wing aircraft 1. The photorealistic underwater sonar system is deployed georeferenced by the radio-controlled rotary-wing aircraft 1 to quickly and effectively detect underwater structures and even current underwater events.

Damit lassen sich komplexe Strukturen im Unterwasserbereich eines Gewässers G in Echtzeit abbilden. Aufgrund der Baugröße und Wendigkeit des Drehflüglers 1 kann die Sonar-Messeinrichtung in engen Bereichen operieren, welche mit herkömmlichen Methoden (Helikopter, Boot, etc.) nicht zu erreichen sind. Damit können selbst Bereiche an dicht bewachsenen Ufern oder innerhalb von Kraftwerksanlagen erreicht werden. Es besteht sogar die Möglichkeit, das System durch Wälder hindurch, unterhalb der Baumkronen, zum Einsatzort zu fliegen.This allows complex underwater structures in a body of water G to be imaged in real time. Due to the size and maneuverability of the rotorcraft 1, the sonar measuring system can operate in confined spaces that are inaccessible by conventional methods (helicopter, boat, etc.). This allows even areas along densely vegetated shorelines or within power plants to be reached. It is even possible to fly the system through forests, below the treetops, to the deployment site.

Dies ermöglicht einen zielsicheren Einsatz in Bereichen, in denen Gefahr für Leib und Leben besteht. Beispielsweise können überflutete Bereiche mit starker Strömung auf Hindernisse und zu bergende Personen oder Wasserflächen auch bei Belastung mit Altlasten, wie Munition und Minen, abgesucht werden. Ein Einsatz in (chemisch, biologisch, nuklear etc.) kontaminierten Gewässern G ist ebenfalls vorstellbar.This enables targeted deployment in areas where life and limb are at risk. For example, flooded areas with strong currents can be searched for obstacles and people needing rescue, or water surfaces even if contaminated with munitions and mines. Deployment in waters contaminated with chemicals, biological agents, nuclear waste, etc. is also conceivable.

Eine sichere Echtzeit-Funkübertragung der Sonardaten kann im 5 GHz-Frequenzbereich über mindestens 650 Meter erfolgen. Die Bodenempfangseinheit 11 ist dann mit ihrer Antenne 12 in maximal diesem Abstand von dem zu untersuchenden Gewässer G positioniert.Secure real-time radio transmission of sonar data can be achieved in the 5 GHz frequency range over a distance of at least 650 meters. The ground receiving unit 11, with its antenna 12, is then positioned at a maximum distance of this distance from the body of water G to be examined.

Die Funkübertragung und der Betrieb der Sonar-Messeinrichtung ist unabhängig von der Fernsteuerung oder der Spannungsversorgung des fliegenden Drehflüglers 1. Dadurch kann die Sonar-Messeinrichtung in Verbindung mit unterschiedlichen Drehflüglern 1 mit ausreichender Traglast betrieben werden.The radio transmission and operation of the sonar measuring device is independent of the remote control or the power supply of the flying rotorcraft 1. This allows the sonar measuring device to be operated in conjunction with different rotorcraft 1 with sufficient payload.

Die an der Plattform des Drehflüglers 1 angebrachte Elektronik einschließlich Funk-Kommunikationseinheit 15 und Sonarsensor 5 kann mittels Befestigungselementen lösbar an der Plattform 2 des Drehflüglers 1 angebracht werden, um auf diese Weise mit einem Messsystem bedarfsweise einen geeigneten Drehflügler 1 auszurüsten.The electronics mounted on the platform of the rotorcraft 1, including the radio communication unit 15 and the sonar sensor 5, can be detachably attached to the platform 2 of the rotorcraft 1 by means of fastening elements in order to equip a suitable rotorcraft 1 with a measuring system as required.

Die Kombination aus Drehflügler 1, beispielsweise Multikopter (Drohne), und Sonarsystem sind unabhängig von der Fernsteuerung oder der Versorgungsspannung einfach zu transportieren, schnell einsatzbereit, schnell am Detektionsort und liefert Geodaten des Standortes. Die Sonar-Messeinrichtung ist wartungsfreundlich und kostenökonomisch und reduziert die Gefahr für Leib und Leben bei der Sonarmessung in Gewässern.The combination of a rotorcraft 1, for example a multicopter (drone), and a sonar system is independent of the remote control or the supply voltage and is easy to transport, fast Ready for use, quickly arrives at the detection site, and provides geodata of the location. The sonar measuring system is easy to maintain and cost-effective, reducing the risk to life and limb during sonar measurements in waterways.

2 zeigt eine schematische Seitenansicht eines Tauchkörpers 8 mit über eine den Steg 9 bildenden Finne 22 daran angebundenem Sonarsensor 5. 2 shows a schematic side view of a diving body 8 with a sonar sensor 5 connected to it via a fin 22 forming the web 9.

Der Tauchkörper ist ein im Innenraum hohles Rohr, dass an den Stirnseiten geöffnet ist und einen von Wasser im eingetauchten Zustand durchströmbaren Hohlraum 20 bereitstellt.The immersion body is a tube which is hollow in the interior and open at the end faces, providing a cavity 20 through which water can flow when immersed.

Im Bugbereich ist das längliche flexible Verbindungselement 6, welches eine elektrische Kabelverbindung 7 umfasst, an dem Tauchkörper angebracht. Als Strömungsleitelemente 10 können zur Stabilisierung beidseits Strömungsleitflächen 21 von dem Tauchkörper 8 abragen. Damit wird bei Einwirkung einer Zugkraft durch das längliche flexible Verbindungselement 6 auf den Bug des Tauchkörpers 8 eine Auf- bzw. Abtriebskraft mit dem an den Strömungsleitflächen 21 entlang strömenden Wasserstrom erzeugt, die den Tauchkörper 8 möglichst waagerecht knapp unter der Wasseroberfläche hält.In the bow area, the elongated flexible connecting element 6, which includes an electrical cable connection 7, is attached to the submersible body. Flow guide surfaces 21 can protrude from the submersible body 8 on both sides as flow guide elements 10 for stabilization. Thus, when a tensile force is exerted by the elongated flexible connecting element 6 on the bow of the submersible body 8, a buoyancy force is generated by the water flowing along the flow guide surfaces 21, which keeps the submersible body 8 as horizontal as possible, just below the water surface.

Im Heckbereich des Tauchkörpers 8 ragt eine Finne 22 von dem Tauchkörper 8 ab. Die Finne 22 kann an der zum Bug des Tauchkörpers 8 hin gerichtete Vorderseite konisch zum Sonarsensor 5 hin verjüngt sein. Im Übergang zwischen der Finne 22 und dem Sonarsensor 5 kann ein zum Heck hin offener und mit Wasser flutbarer Hohlraum 23 vorhanden sein. Damit wird das Ausrichten des Sonarsensors 5 in Schwerkraftrichtung zum Gewässergrund unterstützt, ohne die Gewichtskraft der Tauchanordnung wesentlich zu erhöhen.In the stern area of the submersible body 8, a fin 22 protrudes from the submersible body 8. The fin 22 can be conically tapered toward the sonar sensor 5 on the front side facing the bow of the submersible body 8. A cavity 23 open toward the stern and floodable with water can be present in the transition between the fin 22 and the sonar sensor 5. This supports the alignment of the sonar sensor 5 in the direction of gravity to the waterbed without significantly increasing the weight of the submersible assembly.

Der Sonarsensor 5 ist zusammen mit dem flutbaren Hohlraum 23 zum Bug hin durch eine gekrümmte Strömungsnase 24 abgeschlossen, die sich zum Bug hin verjüngt.The sonar sensor 5, together with the floodable cavity 23, is closed off towards the bow by a curved flow nose 24 which tapers towards the bow.

Als weiteres Strömungsleitelement 10 kann im Heckbereich ein Strömungsleitrohr 25 vorhanden sein. Dieses kann an der dem Sonarsensor 5 bzw. der Finne 22 diametral gegenüberliegenden Seite des Tauchkörpers 8 an diesem angeordnet sein. Das Strömungsleitrohr 25 ist an den einander gegenüberliegenden Stirnseiten offen und wird beim Schleppen der Tauchanordnung durch das Wasser vom Wasserstrom durchströmt. Damit kann eine annähernd waagerechte Lage mit einer der Längserstreckungsrichtung des rohrförmigen Tauchkörpers 8 entsprechenden möglichst geraden Bewegungsbahn erreicht werden. Die Bewegungsbahn folgt nur bei Einwirkung von Querkräften durch das längliche flexible Verbindungselement 6 einer gekrümmten Kurvenbahn, wenn ein Richtungswechsel gewünscht ist und eingeprägt wird.A flow guide tube 25 can be provided in the stern area as a further flow guide element 10. This can be arranged on the side of the submersible body 8 diametrically opposite the sonar sensor 5 or the fin 22. The flow guide tube 25 is open at the opposite ends and is flowed through by the water as the submersible assembly is towed through the water. This allows an approximately horizontal position with a movement path that is as straight as possible, corresponding to the longitudinal direction of the tubular submersible body 8. The movement path only follows a curved path when transverse forces are applied by the elongated, flexible connecting element 6, when a change of direction is desired and imposed.

Zur Befestigung des länglichen flexiblen Verbindungselementes 6 an dem Tauchkörper 8 kann an der Oberseite des Tauchkörpers 8 ein Befestigungssteg 26 angebracht sein, Dieser Befestigungssteg erstreckt sich in Längserstreckungsrichtung des Tauchkörpers 8 vom Bug zum Heckbereich hin und kann mehrere Befestigungsöffnungen 27 im Abstand voneinander haben. Damit kann der Befestigungspunkt des Verbindungselementes 6 am Tauchkörper 8 variabel eingestellt werden, bspw. um den Krafteinleitungspunkt an die vorherrschenden Strömungsbedingungen des Gewässers anzupassen und eine möglichst stabile Lage der Tauchanordnung im Gewässer beim Schleppen durch das Gewässer zu erreichen.To attach the elongated, flexible connecting element 6 to the submersible body 8, a fastening web 26 can be attached to the upper side of the submersible body 8. This fastening web extends in the longitudinal direction of the submersible body 8 from the bow to the stern area and can have several fastening openings 27 spaced apart from one another. This allows the attachment point of the connecting element 6 on the submersible body 8 to be variably adjusted, for example, to adapt the force introduction point to the prevailing flow conditions of the body of water and to achieve the most stable position possible for the submersible assembly in the body of water when towing through the body of water.

3 zeigt eine schematische Draufsicht auf den Sonarsensor 5 mit dem Tauchkörper 8 und den beidseits vom Tauchkörper 8 quer zur Erstreckungsrichtung des Sonarsensors 5 vom Tauchkörper 8 abragenden Strömungsleitflächen 21. Es ist erkennbar, dass Befestigungsarme 28 in diametral entgegengesetzte Richtungen voneinander im Bugbereich von dem Tauchkörper 8 abragen. Die Strömungsleitflächen 21 sind im Abstand zum Tauchkörper 8 an den Befestigungsarmen 28 angebracht. Sie sind plattenförmig und können an den äußeren Vorderkanten jeweils eine optionale Abschrägung haben. Die Kanten der Strömungsleitflächen 21 können eckig oder bevorzugt abgerundet sein. 3 shows a schematic top view of the sonar sensor 5 with the submersible body 8 and the flow guide surfaces 21 projecting from the submersible body 8 on both sides, transversely to the direction of extension of the sonar sensor 5. It can be seen that mounting arms 28 project from the submersible body 8 in diametrically opposite directions in the bow area. The flow guide surfaces 21 are attached to the mounting arms 28 at a distance from the submersible body 8. They are plate-shaped and can each have an optional bevel on the outer leading edges. The edges of the flow guide surfaces 21 can be angular or, preferably, rounded.

Denkbar ist, dass die Strömungsleitflächen 21 plan oder zur Einprägung einer gewünschten Auftriebskraft, Abtriebskraft oder Seitenhaltekraft in Längserstreckungsrichtung in der Art eines Tragflügels und/oder quer zur Längserstreckungsrichtung des Tauchkörpers 8 gewölbt sind. It is conceivable that the flow guide surfaces 21 are flat or curved in the longitudinal direction in the manner of a wing and/or transversely to the longitudinal direction of the diving body 8 in order to impart a desired lift force, downforce or lateral holding force.

BezugszeichenlisteList of reference symbols

11
funkferngesteuertes Luftfahrzeug / Drehflüglerradio-controlled aircraft / rotary-wing aircraft
22
Plattformplatform
33
Rotorenrotors
44
LandestrukturLanding structure
55
SonarsensorSonar sensor
66
längliches flexibles Verbindungselementelongated flexible connecting element
77
elektrisches Kabelverbindungelectrical cable connection
88
TauchkörperSubmersible body
99
Stegweb
1010
StrömungsleitelementFlow guide element
1111
BodenempfangseinheitGround reception unit
1212
Antenneantenna
1313
SatellitennavigationsempfängerSatellite navigation receiver
1414
Messeinheitmeasuring unit
1515
Funk-KommunikationseinheitRadio communication unit
1616
Funk-Basisstationradio base station
1717
Position- und/oder LagesensorPosition and/or attitude sensor
1818
BildschirmScreen
1919
Joy-StickJoystick
2020
durchströmbarer Hohlraumflow-through cavity
2121
StrömungsleitflächeFlow guide surface
2222
Finnefin
2323
gefluteter Hohlraumflooded cavity
2424
StrömungsnaseFlow nose
2525
BefestigungsstegMounting bridge
2626
BefestigungsöffnungMounting opening
2727
BefestigungsarmMounting arm
AA
Auftriebskörperbuoyancy body
GG
Gewässerbodies of water
NN
NavigationssatellitenNavigation satellites
OO
Objekte oder Lebewesenobjects or living beings
SS
UnterwasserstrukturenUnderwater structures

Claims (14)

Sonar-Messeinrichtung zur Erfassung von Strukturen unter Wasser mit einem Sonarsensor (5) und einem funkferngesteuerten Luftfahrzeug (1), wobei das funkferngesteuerte Luftfahrzeug (1) eine Plattform (2) hat und der Sonarsensor (5) mit der Plattform (2) verbunden ist, und wobei ein längliches flexibles Verbindungselement (6), das eine elektrische Kabelverbindung (7) umfasst, an seinem ersten Ende mit der Plattform (2) des funkferngesteuerten Luftfahrzeugs (1) und an seinem gegenüberliegenden Ende mit einem Tauchkörper (8) verbunden ist und der Sonarsensor (5) an dem Tauchkörper (8) angebracht ist, wobei der Sonarsensor (5) über die elektrische Kabelverbindung (7) mit dem funkferngesteuerten Luftfahrzeug (1) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Sonar-Messeinrichtung eine Bodenempfangseinheit (11) mit einer Antenne (12), einem Satellitennavigationsempfänger (13) zur Erfassung einer stationären Referenzposition und eine mit der Antenne (12) und dem Satellitennavigationsempfänger (13) gekoppelte Messeinheit (14) aufweist, wobei die Bodenempfangseinheit (11) zum Funkempfang der aktuell mit dem Sonarsensor (5) beim Eintauchen in ein zu untersuchendes Gewässer (G) gemessenen Sonardaten zur Georeferenzierung dieser Sonardaten mit der stationären Referenzposition und der aktuellen Position des funkferngesteuerten Luftfahrzeugs (1) und zur fotorealistischen Darstellung der aktuell empfangenen und georeferenzierten Sonardaten auf einem Bildschirm ausgebildet ist.A sonar measuring device for detecting underwater structures, comprising a sonar sensor (5) and a radio-controlled aircraft (1), wherein the radio-controlled aircraft (1) has a platform (2) and the sonar sensor (5) is connected to the platform (2), and wherein an elongate flexible connecting element (6) comprising an electrical cable connection (7) is connected at its first end to the platform (2) of the radio-controlled aircraft (1) and at its opposite end to a submersible body (8), and the sonar sensor (5) is attached to the submersible body (8), wherein the sonar sensor (5) is connected to the radio-controlled aircraft (1) via the electrical cable connection (7), characterized in that the sonar measuring device comprises a ground receiving unit (11) with an antenna (12), a satellite navigation receiver (13) for detecting a stationary reference position, and a ground receiving unit (11) connected to the antenna (12) and the satellite navigation receiver (13). coupled measuring unit (14), wherein the ground receiving unit (11) is designed for radio reception of the sonar data currently measured with the sonar sensor (5) when immersed in a body of water (G) to be examined, for georeferencing this sonar data with the stationary reference position and the current position of the radio-controlled aircraft (1) and for photorealistic representation of the currently received and georeferenced sonar data on a screen. Sonar-Messeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das funkferngesteuerte Luftfahrzeug (1) einen Positions- und/oder Lagesensor hat und zur automatischen Echtzeiterfassung der aktuellen Position des funkferngesteuerten Luftfahrzeugs (1) aus der mit dem Positions- und/oder Lagesensor aktuell gemessenen Position und/oder Lage mit Bezug auf die stationäre Referenzposition eingerichtet ist.Sonar measuring device according to Claim 1 , characterized in that the radio-controlled aircraft (1) has a position and/or attitude sensor and is set up for automatic real-time detection of the current position of the radio-controlled aircraft (1) from the position and/or attitude currently measured with the position and/or attitude sensor with reference to the stationary reference position. Sonar-Messeinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Bodenempfangseinheit (11) eine Funk-Basisstation (11) und das funkferngesteuerte Luftfahrzeug (1) eine Funk-Kommunikationseinheit (15) hat, wobei die Funk-Kommunikationseinheit (15) und die Funk-Basisstation (16) zur bidirektionalen Funkkommunikation eingerichtet sind, um Steuerbefehle von der Messeinheit (14) an das funkferngesteuerte Luftfahrzeug (1) zu senden und gemessene Sensordaten sowie Position- und/oder Lagedaten des funkferngesteuerten Luftfahrzeugs (1) von dem funkferngesteuerten Luftfahrzeug (1) an die Bodenempfangseinheit (11) zu senden.Sonar measuring device according to Claim 1 or 2 , characterized in that the ground receiving unit (11) has a radio base station (11) and the radio-controlled aircraft (1) has a radio communication unit (15), wherein the radio communication unit (15) and the radio base station (16) are set up for bidirectional radio communication in order to send control commands from the measuring unit (14) to the radio-controlled aircraft (1) and to send measured sensor data as well as position and/or attitude data of the radio-controlled aircraft (1) from the radio-controlled aircraft (1) to the ground receiving unit (11). Sonar-Messeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das funkferngesteuerte Luftfahrzeug (1) ein Drehflügler ist, der eine Anzahl von Rotoren (3) an der Oberseite der Plattform (2) und eine Ladestruktur (4) an der Unterseite der Plattform (2) aufweist.Sonar measuring device according to one of the Claims 1 until 3 , characterized in that the radio-controlled aircraft (1) is a rotary-wing aircraft having a number of rotors (3) on the upper side of the platform (2) and a loading structure (4) on the underside of the platform (2). Sonar-Messeinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Drehflügler (1) an seiner Landestruktur (4) Auftriebskörper (A) hat.Sonar measuring device according to Claim 4 , characterized in that the rotorcraft (1) has lifting bodies (A) on its landing structure (4). Sonar-Messeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sonar-Messeinrichtung zur Steuerung des funkferngesteuerten Luftfahrzeuges (1) so eingerichtet ist, dass Sonarmessungen im Schleppflug erfolgen.Sonar measuring device according to one of the preceding claims, characterized in that the sonar measuring device for controlling the radio-controlled aircraft (1) is set up in such a way that sonar measurements are carried out in towed flight. Sonar-Messeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Tauchkörper (8) ein stabförmiges Gewichtselement, wie beispielsweise in hohles Rohr, hat.Sonar measuring device according to one of the preceding claims, characterized in that the immersion body (8) has a rod-shaped weight element, such as a hollow tube. Sonar-Messeinrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Sonarsensor (5) beabstandet zu dem Tauchkörper (8) angeordnet und mit mindestens einem Steg (9) an dem Tauchkörper (8) befestigt ist.Sonar measuring device according to Claim 7 , characterized in that the sonar sensor (5) is arranged at a distance from the submersible body (8) and is attached to the immersion body (8) with at least one web (9). Sonar-Messeinrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Steg (9) eine Finne (22) ist.Sonar measuring device according to Claim 8 , characterized in that the web (9) is a fin (22). Sonar-Messeinrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das stabförmige Gewichtselement ein erstes stirnseitiges Ende und ein diametral gegenüberliegendes zweites stirnseitiges Ende hat, wobei das längliche flexible Verbindungselement (6) an dem ersten stirnseitigen Ende des stabförmigen Gewichtselementes befestigt ist und an dem diametral gegenüberliegenden zweiten stirnseitigen Ende ein Strömungsleitelement (10) angeordnet ist.Sonar measuring device according to one of the Claims 7 until 9 , characterized in that the rod-shaped weight element has a first front end and a diametrically opposite second front end, wherein the elongated flexible connecting element (6) is fastened to the first front end of the rod-shaped weight element and a flow guide element (10) is arranged at the diametrically opposite second front end. Sonar-Messeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Tauchkörper (8) mindestens ein Strömungsleitelement (10) hat.Sonar measuring device according to one of the preceding claims, characterized in that the immersion body (8) has at least one flow guide element (10). Sonar-Messeinrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Bugbereich des Tauchkörpers (8), an dem das längliche flexible Verbuindungselement (6) angebracht ist, zwei Strömungsleitflächen (21) vom Tauchkörper (8) beidseits diametral voneinander wegweisend quer zur Richtung der Beabstandung des Sonarsensors (5) vom Tauchkörper (8) abragen.Sonar measuring device according to Claim 11 , characterized in that at the bow region of the submersible body (8), to which the elongated flexible connecting element (6) is attached, two flow guide surfaces (21) protrude from the submersible body (8) on both sides, pointing diametrically away from each other, transversely to the direction of the spacing of the sonar sensor (5) from the submersible body (8). Sonar-Messeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Befestigungsbereich des Sonarsensors (5) zwischen dem Sonarsensor (5) und dem Tauchkörper (8) ein nach Außen offener mit Wasser flutbarer Hohlraum (23) angeordnet ist.Sonar measuring device according to one of the preceding claims, characterized in that in the fastening area of the sonar sensor (5) between the sonar sensor (5) and the immersion body (8) there is arranged a cavity (23) which is open to the outside and can be flooded with water. Sonar-Messeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Tauchkörper (8) einen Befestigungssteg (26) mit in Längserstreckungsrichtung des Tauchkörpers (8) im Abstand voneinander angeordneten Befestigungsöffnungen (27) zur Befestigung des länglichen flexiblen Verbindungselementes (6) an dem Tauchkörper (8) hat.Sonar measuring device according to one of the preceding claims, characterized in that the immersion body (8) has a fastening web (26) with fastening openings (27) arranged at a distance from one another in the longitudinal direction of the immersion body (8) for fastening the elongate flexible connecting element (6) to the immersion body (8).
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Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2021054378A (en) * 2019-10-02 2021-04-08 株式会社フジタ Water bottom shape measuring device
DE102023102820B3 (en) * 2023-02-06 2024-06-13 Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. Sonar measuring device

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