THEMA:

als vorbereitung für mein u-boot projekt grüble ich ein wenig über die tiefenmessung nach.

einfache abstandsmessung mit schall und nem kleinen digitalen matched filter am empfänger wird wohl machbar sein.

wie schauts mit "bildgebend" aus... wie macht das der ultraschall beim hausarzt ? mit ner reinen laufzeitmessung kann das ja nicht funktionieren, da wird wohl die intensität in abhängigkeit von der laufzeit gemessen, aber wie kann das bei angenommener kugelförmiger ausbreitung des reflexschalls so ein bild geben ??

Hallo Reiner,

die Zauberworte dabei heißen "Phased Array".

Die Sonare auf Unterseebooten bestehen nicht aus einem Empfänger, sondern aus Gruppen von Empfängern, auch als Basis bezeichnet. Durch die Laufzeitunterschiede zwischen dem Ansprechen der einzelnen Mikrofone kann man einen Eintrittswinkel berechnen.
Ich vermute, das Prinzip wird auch bei der (bildgebenden) Ultraschallprüfung angewandt.

Das Problem dabei ist, dass dafür viel Rechenleistung benötigt wird, da mit zunehmender Genauigkeit auch für jeden Ping und jedes Echo die entsprechenden Winkel berechnet werden müssen.

Für ein bildgebendes Sonar wird der Suchstrahl durch eine phasengesteuerte Ansteuerung gebündelt, ähnlich wie bei einem Phased-Array-Radar.
Ist die Basis präzise genug kann aus dem Echo nicht nur die Entfernung, sondern auch die Richtung ermittelt werden.

Für ein bildgebendes Sonar musst du also nicht nur die von dir gewünschten Daten auswerten können, sondern auch die unerwünschten Daten filtern können. Wenn du also nur einen Sonarwandler verwendest, musst du dafür sorgen, dass nur der zu messende Impuls in den Empfänger gelangt, ein Echo des vorherigen Impulses aber unterdrückt wird.


Die von dir gewünschte Abstandsmessung ist sicherlich machbar, vermutlich auch durch die Anpassung von entsprechenden Anlagen für Luftbetrieb.
Du bist auch nicht der Erste, der sich darüber Gedanken macht und auch bei dir taucht dann das Problem der mangelnden Messtechnik auf:
Woher soll die Anlage wissen, ob ein Echo von einer Wasserpflanze, einem Fisch, oder dem schlammbedeckten Seeboden kommt?
Die Signalstärke kann man dabei nur eingeschränkt berücksichtigen, denn ein kleines Metallteil wird den Schall besser reflektieren und somit ein stärkeres Signal ergeben, als schlammbedeckter, unebener Seeboden, selbst wenn dieser eine größere Oberfläche hat.

Wenn du den Empfänger nur für eine kurze Zeit nach Ende des Impulses offen hältst, besteht eine gute Wahrscheinlichkeit, dass auch nur der aktuelle Impuls ausgewertet wird, allerdings wird dabei auch die messbare Entfernung stark eingeschränkt.

Wenn du die Tiefe deines Modell wissen/loggen willst, solltest du Drucksensoren verwenden, oder mit Sonar den Abstand zur Oberfläche.

Eine messtechnisch nutzbare Messung der Gewässertiefe im Modellmaßstab hat bisher jedenfalls noch keiner funktionsfähig gemacht.

super, wenn man merkt daß der kommunikationspartner weiß, wovon er redet !

ich will als projektziel, daß das ding autonom statisch taucht und knapp über grund kreise o.ä. fährt, während ne kamera läuft (auch die navigation ohne gps -trägheitsnavigation im kern ? - eine witzige herausforderung ) und weil ich die tiefe nicht kenne, hilft mir der abstand zur oberfläche nix.

im kern ist es da aber egal, ob das pflanzen, matsch oder felsiger grund ist, egal was, ich muß davon wegbleiben. wenn der grund so diffus ist, daß nix zurückkommt (sehr weicher matsch ?), kann das wohl auch schiefgehen.

laufzeitunterschiede zur richtugnsauswertung werden mit nem standardcontroller wohl nicht zuverlässig zu machen sein. was "phased array" ist, weiß ich in ein paar tagen

danke erstmal !

Nun wenn du eine Kreisbasis aus vielen Hydrophonen (oder Halbkreisbasis) hast, dann werden die logisch in Gruppen geschaltet so das du in eine bestimmte Richtung mit einer Gruppe pingen kannst. Zum Empfang des Echos werden dann alle Hydrophone benutzt, so das man auch Laufzeitunterschiede hat um die Richtung des Echos zu bestimmen.

So kann man dann mit den logisch geschalteten Gruppen in jede Richtung pingen.
Da gibts dann mehrere Möglichkeiten von rechts nach links alle Gruppen durchpingen, oder von links nach vorne, dann von rechts nach vorne oder aber alle Gruppen pingen gleichzeitig.

Fischfinder hatte ich dir schon mal empfohlen, die sind klein, günstig und Modellboot-tauglich, er macht genau das was du brauchst. Wenn kein gekauftes Equipment zum Einsatz kommen soll, kann man sich da aber Ideen holen.
Und wenn es doch ein kompletter Eigenbau werden soll, dann empfehle ich dir ein Buch: "Die Sonaranlagen der deutschen U-Boote". Von simplen Echoloten, Hörgeräten, bis zu hochkomplexen Systemen ist dort vieles Beschrieben. Besonders die Laufzeitkompensation ist gut beschrieben.
Was du mit Bildgebend meinst und Dominik mit phased Array beschreibt, da guck dir mal die Weitsonaranlage WSU an, die Basis und der Aufwand sind schon enorm.
Bildgebende Systeme in der Medizintechnik dürften auch auf hochgenauer Sensorik und Laufzeitmessungen beruhen, wobei 3D aus mehreren 2D Basen zusammengesetzt wird, mit enormer Rechenleistung.

Bau doch erst mal ein einfaches Echolot zur Tiefenmessung, das ist dann schon mal ein Projektziel. Der Rest ergibt sich dann von selbst.

Im Buch Die Torpedos der Bundesmarine sind einige Sonaranlagen beschrieben.