Schorsch schrieb:
ich hatte eher an die Sonarreichweite gedacht. Das mal kohärent zu erklären und einige Hausnummern zu geben würde die paar kB eventuell lohnen.
Nun denn, dann auf in den Kampf. Was beeinflusst also die "Reichweite" eines Sonargerätes? Grundsätzlich betrachtet gibt es da zwei Faktoren, die zu berücksichtigen sind.
Zunächst einmal ist da der einfachere Sachverhalt der Dämpfung. Diese ist frequenzabhängig - je höher die Frequenz, desto größer ist die Dämpfung und desto geringer die "Reichweite". Dies geht so weit, daß sehr tieffrequente Geräusche wie beispielsweise von einem Erdbeben oder ähnlichen natürlichen Phänomenen auch nach mehreren tausend Seemeilen noch erfasst werden können, bei einem hochfrequenten Minenjagdsonar dagegen schon nach ein paar hundert Metern Schicht sein kann.
Hier kommen wir zwischenzeitlich auch mal bei der generellen Unterscheidung zwischen passiven und aktiven Sonaren an - während erstere im Prinzip nur horchen, was so im Wasser alles los ist und somit deren Datenbasis vereinfacht nur auf einem Weg gedämpft, verzerrt, verschoben oder sonstwie malträtiert wurde, senden Aktivsonare ein eigenes Signal und werten das Echo aus - deren Datenbasis musste somit schonmal zwei Wege absolvieren und wurde entsprechend zugerichtet. Natürlich hängt es noch von der ursprünglichen Qualität des Signals bzw. Geräusches ab, was schlußendlich am Gerät ankommt, aber so sieht erstmal die Theorie aus. Man kann natürlich versuchen, bei Aktivsonaren die Dämpfung durch die Erhöhung des Sendepegels zu überwinden - das klappt auch erstmal, bis man in den Bereich kommt, in dem am Sender Kavitation auftritt und somit Gasbläschen im Wasser entstehen, die einem die ganze Orterei versauen. Zudem hängt viel von der Technik ab, von den Filtern, von den Signalprozessoren und nicht wenig auch vom hellen Köpfchen des Operator.
Da mit steigender Frequenz gleichzeitig auch das Auflösungsvermögen besser wird, sorgt beides zusammen auch dafür, daß für unterschiedliche Aufgaben unterschiedliche Frequenzbereiche genutzt werden, beispielsweise tieffrequente Schleppsonare für die Weitbereichsortung, mittelfrequente Such- und Angriffssonare sowie hochfrequente Minenmeide- und Minenjagdsonare. Die Übergänge sind insbesondere im unteren Bereich recht fließend, aber grundsätzlich kann man die Einteilung erstmal so stehen lassen.
Soweit dazu - nun zum Schallstrahlverlauf. Der Begriff wirkt ersteinmal deplaziert, arbeiten wir doch mit Schallwellen - nur bewegen sich diese nach bestimmten Gesetzmäßigkeiten meistens nicht linear. Der Verlauf des Weges, den wir als Linie bzw. als Strahl nachziehen und den die idealisierte Welle im Wasser beschreibt, ist der Schallstrahlverlauf.
Maßgeblich für den Schallstrahlverlauf ist die Schallgeschwindigkeit im Wasser, welche im Normalfall so um die 1450 bis 1500 m/s beträgt. Diese wird weitestgehend von drei Faktoren beeinflusst: Druck (Tiefe), Temperatur und Salzgehalt, und zwar um etwa +/- 4 m/s bei +/- 200 m (im Sinne von Tiefe, positive Werte sind hierbei zunehmende Tiefe), +/- 1°C bzw. +/- 3 Promille. Als Referenz dienen hierbei 0 m (Wasseroberfläche), 20 °C und 20 Promille Salzgehalt, resultierend in 1500 m/s.
Unter dem Strich:
- je tiefer, desto schneller
- je wärmer, desto schneller
- je salziger, desto schneller
In der See gibt es keine durchweg identischen Bedingungen - da gibt es Wirbelzonen, Schichten, Strömungen, Einflüsse von der Oberfläche und noch vieles mehr - es gibt sogar den Begriff des Unterwasser- bzw. Sonarwetters. Das alles ist deswegen so problematisch, weil der Schallstrahlverlauf stets in Richtung der geringeren Schallgeschwindigkeit abgelenkt wird. Durchläuft der Schall beispielsweise von oben kommend eine Süßwasserzone, "biegt" er nach unten ab. In der Konsequenz wäre es möglich, daß so ein Ziel, das bei linearem Schallstrahlverlauf geortet worden wäre, so nicht entdeckt wird. In diesem Zusammenhang steht auch der oft verwendete Begriff der Thermokline oder Temperatursprungschicht als "Versteck" für U-Boote vor Sonaren - hier spielt aber auch noch das (frequenzabhängige) Reflexionsverhalten an der Sprungschicht eine Rolle, so daß das Signal zum Teil gar nicht in die untere Schicht eindringen kann. Natürlich gilt das dann auch in beide Richtungen.
Nebenbei sei hier noch der ebenfalls frequenzabhängige Konvergenzzoneneffekt erwähnt. Insbesondere in Gebieten mit großen Wassertiefen kommt es zum Teil zu besonderen Schallstrahlverläufen, die das Signal in einem Bogen zurück an die Wasseroberfläche führt, wo es reflektiert wird und wieder im Bogen weiterläuft. An den Beitrag angehängt ein Bildchen, das nur
qualitativ zeigen soll, wie das in etwa aussieht. In der Konsequenz gibt es von oben betrachtet um einen omnidirektionalen Strahler beispielsweise mehrere konzentrische Ringe jeweils dort, wo das Signal die Oberfläche berührt. An diesen Stellen ist beispielsweise eine Oberflächenortung möglich, auch wenn das Gebiet weit außerhalb der "normalen Sonarreichweite" liegt. Die erste Konvergenzzone liegt oft so bei 30 bis 100 sm, je nach Bedingungen.
Langer Rede kurzer Sinn, der viele Text, der jetzt doch dabei herausgekommen ist, sollte einen Überblick darüber geben, warum die von Schorsch so ersehnten "Hausnummern" bzgl. Sonarreichweite nicht so einfach anzugeben sind. Zum Teil sind Vereinfachungen drin, zum Teil vielleicht auch wenig anschauliche Formulierungen, ich hoffe, es ist trotzdem halbwegs verständlich geschrieben. Ich hoffe, die Mods nehmen mir den Ausflug ins nicht-fliegerische nicht übel