Von Dr. Holger Schmaljohann, Wehrtechnische Dienststelle 71
Bei der Minenjagd kommen aufgrund der Ausbreitungsbedingungen unter Wasser als Hauptsensor nur Sonarsysteme in Betracht, um eine adäquate Flächensuchleistung zu gewährleisten. Klassisch werden zum einen schiffsgebundene Systeme (Hull Mounted Sonar, HMS) eingesetzt wie z. B. das HMS-12M oder Seitensichtsonare, die sich vorzugsweise auf autonomen Unterwasserfahrzeugen (AUV) befinden. Ein Nachteil aller dieser Sonarsysteme ist, dass sich aus der gegebenen Länge der Empfangsantenne im genutzten Frequenzband eine konstante Winkelauflösung ergibt. Das bedeutet, dass die Ortsauflösung in Richtung der Antenne des Sonarsystems linear mit der Entfernung abnimmt. Dies erschwert die Detektion von Objekten mit zunehmender Entfernung, da diese durch immer weniger Bildpunkte beschrieben werden und somit ab einer bestimmten Entfernung keine Unterscheidung von Objekten einer vorgegebenen Größe mehr möglich ist.
Die Funktionsweise
Aufgrund ihrer Funktionsweise sind diese Sonarsysteme daher nur bis zu einer durch die Systemparameter Antennenlänge und Arbeitsfrequenz definierten Entfernung sinnvoll für die Minenjagd einsetzbar. Zur Maximierung der Flächensuchleistung muss also eine möglichst hohe Winkelauflösung erreicht werden. Im Wesentlichen beschränken bauliche Gegebenheiten der Plattform die maximale Länge der Empfangsantennen. Somit bleibt als Designparameter, mit dem die maximale Detektionsentfernung von Objekten mit vorgegebenen Abmessungen beeinflusst werden kann, das Frequenzband. Mit steigender Frequenz steigt einerseits das Auflösungsvermögen, andererseits aber auch die Dämpfung des Schalls im Wasser. Somit ergibt sich bei einer erforderlichen Auflösung und einer vorgegebenen Länge der Empfangsantenne die Optimierungsaufgabe, den Frequenzbereich für eine maximale Einsatzreichweite des jeweiligen Sonarsystems zu bestimmen. Im Gegensatz zum klassischen Seitensichtsonar werden beim SAS die einzelnen Lotungen nicht als unabhängig voneinander betrachtet. Die Abbildung zeigt die Unterschiede zwischen klassischen Sonarsystemen und einem Synthetic Aperture Sonar. Beim SAS Verfahren nimmt die Auflösung mit zunehmendem horizontalem Öffnungswinkel nicht ab, sondern zu. Hierfür müssen die Daten mehrerer Lotungen kohärent überlagert werden, da die Daten einzelner Lotungen nur eine geringe Auflösung erreichen. Die Herausforderung besteht darin, dass die erforderliche Genauigkeit für die kohärente Überlagerung in der Größenordnung von einem Zehntel der Wellenlänge liegt. Für ein System, das in einem Frequenzband um 150 kHz arbeitet, führt dies zu einer erforderlichen Kenntnis der relativen Positionen von einem Millimeter über die Länge der synthetischen Apertur.