Was ist ein Sonarbojenfeld?

Ein Sonarbojenfeld besteht aus mehreren räumlich verteilten Sonarbojen, deren Messungen gemeinsam ausgewertet werden. Die Bojen erfassen Unterwasserschall und übermitteln ihre Informationen an eine geeignete Empfangs- und Auswerteplattform, beispielsweise einen Seefernaufklärer. Aus den Beobachtungen verschiedener Sensoren kann die Besatzung Hinweise auf ein U-Boot gewinnen, dessen Aufenthaltsgebiet eingrenzen und seine Bewegung verfolgen.

Für die Marineflieger sind Sonarbojen ein wichtiges Bindeglied zwischen dem Luftfahrzeug über dem Meer und der akustischen Umgebung unter Wasser. Der Nutzen eines Bojenfeldes entsteht durch das Zusammenspiel von Sensoren, Signalverarbeitung, Umweltinformationen und fachkundiger Auswertung.

Wie eine Sonarboje funktioniert

Eine typische luftverbringbare Sonarboje wird aus einem Flugzeug oder Hubschrauber abgeworfen. Je nach Bauart bremst ein Fallschirm ihren Fall. Nach dem Auftreffen auf dem Wasser entfaltet sich das System: Ein Schwimmkörper bleibt an der Oberfläche, während die akustische Sensoreinheit an einer Verbindung in eine vorgesehene Wassertiefe absinkt.

Am Schwimmkörper befinden sich unter anderem die Einrichtungen für die Funkverbindung. Unter Wasser arbeiten die akustischen Komponenten. Ein Hydrofon wandelt dort Schall in elektrische Signale um. Aktive Sonarbojen besitzen zusätzlich eine Einrichtung zum Aussenden von Schall.

Die Daten gelangen über die Verbindung innerhalb der Boje zum Oberflächenteil und von dort per Funk zum Luftfahrzeug. Unterwasserschall und Funkübertragung übernehmen somit unterschiedliche Aufgaben: Schall liefert die Beobachtung im Wasser, Funk transportiert die Informationen zur Auswertung.

Die konkrete Ausstattung unterscheidet sich zwischen den Bojentypen. Dazu gehören wählbare Sensortiefen, unterschiedliche Betriebsarten und bei bestimmten Ausführungen die Übermittlung der eigenen Position.

Warum mehrere Bojen zusammenarbeiten

Eine einzelne Boje beobachtet die akustische Umgebung an ihrem jeweiligen Standort. Welche Geräusche sie empfängt, hängt unter anderem von ihrer Tiefe, den Schallausbreitungsbedingungen und der Geräuschquelle ab.

Mehrere verteilte Bojen ermöglichen zusätzliche Beobachtungen aus unterschiedlichen Richtungen. Ein verdächtiges Signal kann dadurch verglichen und räumlich besser eingeordnet werden. Erkennt ein weiterer Sensor ein dazu passendes Geräusch, entsteht eine zusätzliche Grundlage für die Bewertung.

Ein Bojenfeld unterstützt insbesondere folgende Aufgaben:

• Entdecken: akustische Hinweise auf einen möglichen Unterwasserkontakt gewinnen.
• Lokalisieren: den Aufenthaltsbereich des Kontakts eingrenzen.
• Klassifizieren: die wahrscheinliche Art der Geräuschquelle beurteilen.
• Verfolgen: Veränderungen der Position und Bewegung über die Zeit erfassen.

Diese Aufgaben greifen ineinander. Die Beobachtungen werden fortlaufend ergänzt und neu bewertet. Ein erster Hinweis kann sich bestätigen, unklar bleiben oder einer anderen Ursache zugeordnet werden.

Die Bojen müssen dafür gewöhnlich keine direkte Datenverbindung untereinander besitzen. Die gemeinsame Auswertung ihrer Übertragungen verbindet die einzelnen Messstellen zu einem nutzbaren Sensorverbund.

Welche Bojentypen zu einem Feld gehören können

Passive Sonarbojen

Passive Sonarbojen nehmen Geräusche auf, ohne dafür eigene Ortungsimpulse auszusenden. Zu den möglichen Schallquellen gehören Maschinen, Pumpen und Propeller von Wasserfahrzeugen. Gleichzeitig erfassen die Sensoren auch Schiffsverkehr, Meerestiere und andere Bestandteile der Unterwassergeräuschkulisse.

Richtungsfähige passive Bojen können zusätzlich Hinweise darauf liefern, aus welcher Richtung ein Geräusch eintrifft. Ein bekanntes Verfahren ist DIFAR, ausgeschrieben „Directional Frequency Analysis and Recording“.

Eine solche Peilung beschreibt zunächst eine Richtung. Für eine räumliche Eingrenzung werden weitere Beobachtungen benötigt, etwa passende Peilungen anderer Bojen oder zusätzliche Informationen über die zeitliche Entwicklung des Kontakts.

Aktive Sonarbojen

Aktive Sonarbojen senden Schallsignale aus und ermöglichen die Auswertung der zurückkehrenden Echos. Bei dafür ausgelegten Systemen lassen sich aus Laufzeit und Empfangsrichtung Angaben zur Entfernung und Peilung eines Kontakts gewinnen.

DICASS bezeichnet eine Familie kommandierbarer aktiver Sonarbojen. Abhängig von der Ausführung können Betriebsparameter über Funk beeinflusst werden.

Auch aktive Ortung verlangt eine sorgfältige Bewertung. Echos können von verschiedenen Objekten und Strukturen stammen. Die Besatzung muss beurteilen, welche Beobachtungen zusammengehören und welche Erklärung am besten zu ihnen passt.

Bojen zur Erfassung der Umweltbedingungen

Ergänzende Messbojen liefern Informationen über die Wassersäule. Bathythermografische Systeme erfassen beispielsweise den Temperaturverlauf mit zunehmender Tiefe.

Diese Angaben helfen, die akustischen Bedingungen einzuschätzen. Temperaturmessungen allein ergeben jedoch noch kein vollständiges Bild aller Einflüsse auf die Schallausbreitung. Zusätzlich sind unter anderem Salzgehalt, Druck und die Eigenschaften des Seegebiets relevant.

Wie aus Peilungen eine Ortung entsteht

Empfangen zwei richtungsfähige passive Bojen dieselbe Geräuschquelle, können ihre Peilungen miteinander verglichen werden. Aus der räumlichen Beziehung der Beobachtungen lässt sich ein wahrscheinlicher Aufenthaltsbereich ableiten.

In der Praxis sind Peilungen mit Unsicherheiten verbunden. Die Auswertung muss berücksichtigen, ob tatsächlich dieselbe Quelle erfasst wurde, wie genau die Messungen sind und zu welchen Zeitpunkten sie entstanden. Deshalb ergibt sich häufig zunächst ein Unsicherheitsbereich.

Weitere Beobachtungen können diesen Bereich verkleinern. Wiederholte Messungen zeigen außerdem, wie sich die vermutete Position verändert. Daraus lassen sich unter geeigneten Bedingungen Hinweise auf Kurs und Geschwindigkeit gewinnen.

Die Positionen der Bojen sind dabei selbst wichtige Eingangsgrößen. Viele Sonarbojen treiben mit der Wasserbewegung. Bei entsprechend ausgestatteten Modellen unterstützt eine satellitengestützte Positionsmeldung die Zuordnung ihrer Beobachtungen.

Ein angezeigter Kontaktpunkt ist somit das Ergebnis einer Auswertung. Seine Aussagekraft hängt von den zugrunde liegenden Messungen und deren Qualität ab.

Warum das Meer die Leistungsfähigkeit bestimmt

Schall breitet sich im Meer unter wechselnden Bedingungen aus. Seine Geschwindigkeit hängt von Temperatur, Salzgehalt und Druck ab. Ändern sich diese Größen innerhalb der Wassersäule, können Schallwege gekrümmt werden.

Dadurch erreicht ein Geräusch verschiedene Sensoren unterschiedlich gut. Ein Kontakt kann an einer Boje deutlich hervortreten und an einer anderen schwach oder gar nicht erkennbar sein. Auch die Tiefe der Schallquelle und die Tiefe des Empfängers beeinflussen die Beobachtung.

In flachen Seegebieten kommen Wechselwirkungen mit Meeresboden und Wasseroberfläche hinzu. Schall wird reflektiert, gestreut und teilweise absorbiert. Mehrere Ausbreitungswege können dazu führen, dass Anteile desselben Signals zu unterschiedlichen Zeiten eintreffen.

Zusätzlich beeinflusst die vorhandene Geräuschkulisse, wie gut ein Signal erkennbar ist. Schiffsverkehr und natürliche Geräusche können schwache Kontaktgeräusche überdecken.

Deshalb lässt sich für ein Sonarbojenfeld keine allgemeingültige Erfassungsfläche angeben. Die Zahl der ausgelegten Bojen allein beschreibt seine Leistungsfähigkeit nur unvollständig. Entscheidend ist, welche verwertbaren Informationen die Sensoren unter den jeweiligen Bedingungen liefern.

Welche Rolle die Besatzung übernimmt

An Bord eines Seefernaufklärers werden die Bojensignale empfangen, verarbeitet und dargestellt. Die akustische Auswertung untersucht unter anderem Frequenzanteile, zeitliche Muster, Richtungsinformationen und deren Veränderungen.

Ein wichtiges Hilfsmittel ist das Spektrogramm. Es stellt dar, welche Frequenzen über einen bestimmten Zeitraum auftreten und wie stark sie ausgeprägt sind. Wiederkehrende Muster können Hinweise auf technische Schallquellen liefern.

Die fachliche Bewertung umfasst mehrere Fragen:

• Passt das Signal zu einer technischen oder natürlichen Quelle?
• Erfassen mehrere Bojen wahrscheinlich denselben Kontakt?
• Sind die Beobachtungen mit einer plausiblen Bewegung vereinbar?
• Welche zusätzlichen Informationen bestätigen oder verändern die Einschätzung?

Automatisierte Verarbeitung unterstützt diese Arbeit. Die Einordnung eines Kontakts verlangt weiterhin die Verbindung von Messdaten, Erfahrung und Lagewissen.

Bei der P-8A Poseidon führt der Tactical Coordinator, kurz TACCO, die taktische Missionsarbeit zusammen. Akustische Beobachtungen werden dabei mit weiteren verfügbaren Informationen und den Meldungen anderer Einheiten verbunden. Aus einem Bojenfeld wird so ein Beitrag zum gemeinsamen Unterwasserlagebild.

Was ein multistatisches Bojenfeld auszeichnet

Bei einem multistatischen aktiven Sonarsystem sind Schallsender und Empfangsstellen räumlich verteilt. Eine Schallquelle sendet ein Signal aus. Die von einem Objekt zurückgeworfenen Schallanteile werden an anderen Positionen empfangen und gemeinsam ausgewertet.

Die Trennung von Sende- und Empfangsort schafft zusätzliche Beobachtungsgeometrien. Ein Objekt kann aus verschiedenen Richtungen akustisch betrachtet werden. Dafür müssen unter anderem Sendesignale, Zeitbezüge, Sensorpositionen und Empfangsdaten ausreichend genau zusammengeführt werden.

Öffentlich dokumentierte Systeme kombinieren beispielsweise besondere aktive Quellbojen mit geeigneten Empfangsbojen.

Die Bezeichnung „multistatisch“ beschreibt diese akustische Anordnung. Bereits ein Feld aus mehreren passiven Bojen kann dagegen wertvolle Peilungen und Bewegungsinformationen liefern. Die gemeinsame Nutzung mehrerer Sensoren und ein multistatisches aktives Verfahren sind unterschiedliche technische Merkmale.

Bedeutung für die deutschen Marineflieger

Die P-8A Poseidon verbindet die Verbringung von Sonarbojen mit umfangreichen Empfangs-, Verarbeitungs- und Kommunikationsmöglichkeiten. Die Besatzung kann dadurch akustische Beobachtungen aus einem Seegebiet gewinnen und in die Zusammenarbeit mit weiteren Kräften einbringen.

Bei der Übung Dynamic Manta 2026 beschrieb die Deutsche Marine den Einsatz von Sonarbojen und die Zusammenführung der gewonnenen Informationen an Bord der P-8A. Zum Übungsverbund gehörten außerdem Schiffe, Hubschrauber und U-Boote.

Auch beim Bordhubschrauber NH90 Sea Tiger gehören ein Tauchsonar und ein Sonarbojenwerfer zur öffentlich beschriebenen Ausstattung. Damit stehen unterschiedliche Möglichkeiten zur akustischen Untersuchung eines Seegebiets zur Verfügung.

Die Zusammenarbeit dieser Systeme erweitert die Beobachtungsgrundlage. Sonarbojen liefern verteilte Messungen, während andere Sensoren zusätzliche Informationen beitragen können. Gemeinsame Verfahren und eine zuverlässige Kommunikation helfen, diese Erkenntnisse nutzbar zusammenzuführen.

Betriebsdauer und Grenzen eines Bojenfeldes

Sonarbojen sind zeitlich begrenzt arbeitende Sensoren. Ihre Nutzung hängt unter anderem von Energieversorgung, Betriebsart und technischer Ausführung ab. Zusätzlich müssen ihre Funkübertragungen von einer geeigneten Plattform empfangen werden können.

Mit fortschreitender Zeit verändern Drift, Kontaktbewegung und Umweltbedingungen die Beobachtungssituation. Ein Bojenfeld muss deshalb fortlaufend bewertet werden. Seine Aussagekraft kann sich auch während derselben Mission verändern.

Eine ausbleibende Erfassung beweist keine Kontaktfreiheit. Ein U-Boot kann akustisch schwer erkennbar sein oder sich unter ungünstigen Ausbreitungsbedingungen befinden. Umgekehrt muss ein auffälliges Geräusch zunächst fachlich eingeordnet werden.

Fazit

Die Stärke eines Sonarbojenfeldes liegt in der Verbindung räumlich verteilter Beobachtungen. Belastbare Erkenntnisse entstehen, wenn Sensorpositionen, akustische Messungen, Umweltbedingungen und zeitliche Veränderungen gemeinsam bewertet werden.

Für die Marineflieger bedeutet das: Die Qualität des Unterwasserlagebildes hängt ebenso von Ausbildung und Zusammenarbeit ab wie von den eingesetzten Bojen und Auswertesystemen.