Was bedeuten LOFAR, DIFAR und DICASS?

LOFAR, DIFAR und DICASS gehören zum Fachvokabular der luftgestützten U-Boot-Jagd. Die drei Abkürzungen bezeichnen jedoch nicht einfach drei austauschbare Sonarbojen. Sie stehen für unterschiedliche Verfahren der Unterwasserortung: LOFAR wertet vor allem tieffrequente Geräusche aus, DIFAR ergänzt die passive Geräuscherfassung um eine Peilrichtung und DICASS arbeitet aktiv mit ausgesendeten Schallimpulsen.

Gemeinsam ermöglichen diese Verfahren, einen verdächtigen Unterwasserkontakt zunächst möglichst unauffällig zu entdecken, seine Geräuschsignatur zu untersuchen, seine Bewegungsrichtung einzugrenzen und ihn bei Bedarf aktiv zu lokalisieren. Welche Bojen und Verfahren tatsächlich eingesetzt werden, hängt von Auftrag, Seegebiet, Umweltbedingungen und taktischer Lage ab.

Sonarbojen verbinden Wasser und Luftfahrzeug

Schall breitet sich unter Wasser wesentlich weiter aus als Licht oder Funkwellen. Deshalb ist Hydroakustik das wichtigste Mittel zur weiträumigen Suche nach getauchten U-Booten. Ein Flugzeug kann Unterwasserschall jedoch nicht unmittelbar aus der Luft messen. Es setzt dafür Sonarbojen aus.

Nach dem Auftreffen auf die Wasseroberfläche entfaltet eine Sonarboje einen Schwimmkörper und lässt ihren akustischen Sensor an einem Kabel auf eine vorgegebene Tiefe absinken. Die aufgenommenen Signale werden verarbeitet und über eine Funkverbindung an das Flugzeug übertragen. Dort beobachten Sonaroperateure mehrere Bojen gleichzeitig, vergleichen deren Daten und fügen sie zu einem Unterwasserlagebild zusammen.

Sonarbojen sind in der Regel für einen begrenzten Einsatz ausgelegt. Sie bilden kein dauerhaftes Sensornetz, sondern werden passend zum Auftrag in Suchmustern ausgelegt. Dabei muss die Besatzung berücksichtigen, wie sich der Schall im jeweiligen Seegebiet ausbreitet. Temperatur, Salzgehalt, Tiefe, Meeresboden, Seegang und Hintergrundgeräusche können die Ortungsreichweite deutlich verändern.

LOFAR: Tiefe Frequenzen sichtbar machen

LOFAR steht für „Low Frequency Analysis and Recording“, auf Deutsch sinngemäß „Analyse und Aufzeichnung tiefer Frequenzen“.

LOFAR ist ein passives Verfahren. Die Boje sendet selbst keinen Sonarimpuls aus, sondern hört ausschließlich in das Wasser hinein. Klassische LOFAR-Bojen verwenden einen ungerichteten, also omnidirektionalen Hydrofonempfänger. Dieser erfasst Geräusche aus allen Richtungen, liefert allein aber keine Peilung zum Verursacher.

Die besondere Leistung entsteht bei der Frequenzanalyse. Technische Geräusche eines U-Bootes bestehen nicht nur aus einem gleichmäßigen Rauschen. Maschinen, Pumpen, Generatoren, Getriebe, Propeller und andere bewegte Bauteile können schmale Frequenzlinien und wiederkehrende Modulationen erzeugen. Die Signalverarbeitung zerlegt das empfangene Geräusch in seine Frequenzanteile und stellt deren Entwicklung über die Zeit dar. Eine solche Zeit-Frequenz-Darstellung wird häufig als LOFAR-Gramm bezeichnet.

Ein geübter Operator sucht darin nicht einfach nach einem besonders lauten Signal. Entscheidend sind charakteristische Linien, Abstände, zeitliche Veränderungen und Zusammenhänge. Auch ein leises technisches Geräusch kann auffällig sein, wenn es sich regelmäßig verhält und nicht zur natürlichen Geräuschkulisse passt.

Vorteile von LOFAR:

rein passives und damit unauffälliges Verfahren;

gute Darstellung länger anhaltender tieffrequenter Geräusche;

Unterstützung bei Detektion, Analyse und Klassifizierung;

geeignet zur Überwachung eines Gebietes mit mehreren Bojen.

Grenzen von LOFAR:

eine ungerichtete Boje liefert keine eindeutige Richtung;

die Entfernung zum Geräusch kann nicht unmittelbar gemessen werden;

Handelsschiffe, Meerestiere, Wetter und Eigengeräusche können ähnliche Muster erzeugen;

Schallausbreitung und Sensorreichweite hängen stark von den Wasserbedingungen ab.

LOFAR beschreibt deshalb sowohl ein historisch geprägtes Auswerteverfahren als auch eine Klasse passiver Sonarbojen. Bei modernen Systemen können LOFAR-ähnliche Darstellungen auch Daten anderer passiver Bojen verarbeiten.

DIFAR: Passiv hören und die Richtung bestimmen

DIFAR steht für „Directional Frequency Analysis and Recording“, sinngemäß „gerichtete Frequenzanalyse und Aufzeichnung“.

Auch DIFAR arbeitet passiv. Der entscheidende Unterschied zu einer klassischen ungerichteten LOFAR-Boje ist die Richtungsinformation. Ein DIFAR-Sensor kombiniert einen ungerichteten Druckempfänger mit zwei rechtwinklig zueinander angeordneten Richtungssensoren. Eine magnetische Referenz zeigt, wie der frei im Wasser hängende Sensor gegenüber Norden ausgerichtet ist. Aus den Signalen kann das Bordsystem die Richtung bestimmen, aus der ein Geräusch eintrifft.

Das Ergebnis ist zunächst eine Peillinie. Sie zeigt, in welcher Richtung sich die Schallquelle von der Boje aus befindet. Sie verrät jedoch nicht automatisch, wie weit die Quelle entfernt ist. Schneiden sich die Peillinien von mindestens zwei räumlich getrennten Bojen, kann der Kontakt wesentlich genauer eingegrenzt werden. Weitere Peilungen über die Zeit helfen dabei, Kurs und Geschwindigkeit abzuschätzen und einen Track aufzubauen.

Vorteile von DIFAR:

passive Ortung ohne eigenen Sonarimpuls;

Frequenzanalyse und Richtungsinformation in einem System;

Kreuzpeilung mit mehreren Bojen möglich;

geeignet zur Verfolgung und Eingrenzung eines Geräuschkontakts.

Grenzen von DIFAR:

eine einzelne Peilung liefert noch keine eindeutige Entfernung;

mehrere Kontakte oder starke Störgeräusche können die Zuordnung erschweren;

Strömung, Drift und die genaue Position der Boje müssen berücksichtigt werden;

Reflexionen und komplizierte Schallwege können scheinbare Richtungen erzeugen.

Das „R“ in DIFAR wird in maßgeblichen US-Navy-Dokumenten als „Recording“ aufgelöst. In einzelnen öffentlichen Quellen findet sich auch „Ranging“. Die Funktion bleibt davon unberührt: Eine DIFAR-Boje ist ein passiver, richtungsfähiger akustischer Sensor; die Entfernung entsteht nicht allein aus einer einzelnen passiven Peilung.

DICASS: Aktives Sonar auf Befehl

DICASS steht für „Directional Command Activated Sonobuoy System“, sinngemäß „gerichtetes, auf Befehl aktiviertes Sonarbojensystem“.

Im Gegensatz zu LOFAR und DIFAR arbeitet DICASS aktiv. Die Boje wird vom Luftfahrzeug aus gezielt aktiviert und sendet dann einen Schallimpuls in das Wasser. Trifft dieser Impuls auf einen geeigneten Unterwasserkontakt, wird ein Teil der Energie als Echo zurückgeworfen. Die Boje empfängt das Echo und übermittelt die Messdaten an das Luftfahrzeug.

Die Division durch zwei ist notwendig, weil der Schall den Weg von der Boje zum Kontakt und anschließend wieder zurück zur Boje zurücklegt. In der Praxis ist die Berechnung komplexer: Die Schallgeschwindigkeit verändert sich mit Temperatur, Salzgehalt und Druck, während Reflexionen an Oberfläche, Meeresboden oder Wasserschichten zusätzliche Echowege erzeugen können.

Eine DICASS-Boje kann neben der Entfernung auch eine Richtung zum Echo liefern. Damit lässt sich ein Kontakt grundsätzlich bereits von einer einzelnen Boje aus genauer lokalisieren als mit einer ungerichteten passiven Boje.

Vorteile von DICASS:

aktive Bestimmung von Entfernung und Richtung;

gezielte Aktivierung erst bei taktischem Bedarf;

Unterstützung bei der genauen Lokalisierung eines Kontakts;

geeignet zum Aktualisieren einer Ziellösung.

Grenzen von DICASS:

der ausgesendete Impuls kann das U-Boot vor der Suche warnen;

Meeresboden, Küstennähe und Wasserschichten können starke Nachhalleffekte erzeugen;

Meerestiere, Wracks und geologische Strukturen können unerwünschte Echos verursachen;

aktives Sonar unterliegt Schutz- und Sicherheitsverfahren für Meeressäuger.

Der wichtigste Unterschied auf einen Blick

LOFAR hört passiv und macht vor allem tieffrequente Geräuschanteile in einer Zeit-Frequenz-Darstellung sichtbar. Eine klassische ungerichtete LOFAR-Boje liefert allein weder Richtung noch Entfernung.

DIFAR hört ebenfalls passiv, ergänzt die Frequenzanalyse aber um eine Peilrichtung. Mehrere DIFAR-Bojen können durch Kreuzpeilung die Position eines Kontakts eingrenzen.

DICASS sendet nach einem Kommando aktiv einen Schallimpuls aus und wertet das Echo aus. Dadurch können Entfernung und Richtung zum Kontakt bestimmt werden.

Kurzform:

LOFAR: hören und Frequenzlinien analysieren;

DIFAR: hören, analysieren und peilen;

DICASS: aktiv senden, Echo empfangen und lokalisieren.

Wie die Verfahren zusammenarbeiten

Eine typische U-Boot-Suche beginnt nicht zwangsläufig mit aktivem Sonar. Häufig ist es sinnvoll, zunächst passiv zu arbeiten, weil der gesuchte Kontakt dadurch nicht unmittelbar erfährt, dass er erfasst wurde. LOFAR- oder DIFAR-Daten können ein auffälliges Geräusch anzeigen. Mehrere Richtungsinformationen grenzen anschließend den möglichen Aufenthaltsraum ein.

Reicht die passive Ortung nicht aus oder wird eine genauere Position benötigt, kann eine aktive Boje wie DICASS eingesetzt werden. Ihre Messung kann den vorhandenen Track bestätigen, korrigieren oder als Fehlkontakt entlarven. Die genaue Reihenfolge ist jedoch nicht festgeschrieben. Sie hängt von Lage, Auftrag, verfügbaren Sensoren und den akustischen Bedingungen ab.

Vor dem Auslegen des eigentlichen Bojenfeldes untersucht die Besatzung häufig die Wasserbedingungen. Temperaturprofile helfen zu erkennen, in welchen Tiefen sich Schall günstig oder ungünstig ausbreitet. Erst danach werden Sensortiefe, Bojenabstände und Suchmuster festgelegt. Auch das Hintergrundgeräusch des Seegebietes muss bekannt sein, damit schwache Kontakte nicht im allgemeinen Lärm verschwinden.

Die Auswertung bleibt menschliche Facharbeit

Moderne Missionssysteme können Signale filtern, Spektren erzeugen, Richtungen berechnen und mehrere Bojen gleichzeitig verwalten. Sie entscheiden aber nicht allein, ob eine Linie tatsächlich zu einem U-Boot gehört. Sonaroperateure müssen technische Signaturen von Handelsschiffen, Fischereifahrzeugen, Wellen, biologischen Geräuschen und Störungen unterscheiden.

Ein einzelnes Signal reicht deshalb selten aus. Erst das Zusammenspiel aus Frequenzbild, Peilung, zeitlicher Entwicklung, taktischer Lage und Daten anderer Sensoren ergibt einen belastbaren Kontakt. Radar, elektrooptische Systeme, elektronische Aufklärung, Informationen von Fregatten, Hubschraubern und U-Booten sowie frühere Beobachtungen können die akustische Auswertung ergänzen.

Bedeutung für die deutschen Marineflieger

Die Deutsche Marine nutzt für die U-Boot-Jagd aktive und passive Sonarbojen. Bei der P-3C Orion wurden die aufgenommenen Frequenzlinien von spezialisierten Unterwasseroperateuren ausgewertet. Die neue P-8A Poseidon führt diese Aufgabe mit einem modernen, digital vernetzten Missionssystem fort und kann Sonarbojen zur Ortung und Verfolgung von Unterwasserkontakten einsetzen.

Öffentlich zugängliche Bundeswehrquellen nennen jedoch nicht für jede deutsche Maschine die vollständige aktuelle Bojenausstattung, Softwarekonfiguration oder taktische Verwendung einzelner Modelle. LOFAR, DIFAR und DICASS sollten deshalb als grundlegende Verfahrensbegriffe erklärt werden. Aus ihrer öffentlichen Beschreibung lässt sich nicht automatisch ableiten, welcher konkrete Bojentyp bei einem bestimmten deutschen Einsatz mitgeführt wird.

Fazit

LOFAR, DIFAR und DICASS beschreiben drei aufeinander aufbauende Möglichkeiten der akustischen U-Boot-Ortung. LOFAR macht tieffrequente Geräuschmuster sichtbar. DIFAR ergänzt das passive Hören um eine Richtung. DICASS nutzt aktive Schallimpulse, um Entfernung und Richtung genauer zu bestimmen.

Keine dieser Methoden arbeitet unter allen Bedingungen allein zuverlässig. Ihre Stärke entsteht durch die Kombination mehrerer Bojen, die Kenntnis der Schallausbreitung und die Erfahrung der Operateure. Erst aus einzelnen Geräuschen, Peilungen und Echos wird so ein belastbares Unterwasserlagebild.