Im Meer die Spur halten

GPS-System für die Navigation unter Wasser

Arlington (USA) - U-Boote oder Taucher müssen auftauchen, um ihren GPS-Empfänger nutzen zu können: Die Funksignale des Global Positioning System laufen unter Wasser nicht weiter. Dabei ist eine GPS-Erweiterung unter den Meeresspiegel weder teuer noch kompliziert, erklären US-Forscher jetzt: Sie setzen auf akustische Signale, die ein einzelner, exakt positionierter Sender auf Anfrage verschickt. Aus der Position des Senders, der Tauchtiefe des Empfängers und dem Winkel des Signals lasse sich leicht und günstig der exakte eigene Standort berechnen.

"Die Erfindung liefert eine Einzelpunktreferenz für Akustikmodem-Systeme unter Wasser, um die Entfernung, Richtung und Geoposition unabhängiger Taucher oder Unterwasserfahrzeuge zu erlangen", schreiben Maurice D. Green und Kenneth F. Scussel vom staatlichen militärischen Office of Naval Research in ihrem im Antrag an das US-Patent- und Markenamt. Herzstück des Systems sind exakt unter Wasser positionierte Basisstationen, die auf die akustische Anfrage des Tauchers oder U-Boots reagieren: Empfangen sie ein entsprechendes Schallwellen-Signal, so reagieren sie mit einem Signal über die eigenen GPS-Koordinaten, ihre Tiefe und den Winkel, aus dem sie das Anfragesignal erreichte. Den Winkel liefert eine geschickte Anordnung von Hydrophonen, Unterwasserschallsensoren. Aus dem Antwortsignal, der eigenen Tauchtiefe sowie der Laufzeit der beiden Signale kann ein Programm dann exakt die eigene Lage in drei Dimensionen errechnen. Das System berücksichtigt nach Angaben der Forscher auch, dass die Geschwindigkeit von Schallwellen im Wasser mit der Temperatur und dem Salzgehalt leicht variiert.

Bislang navigieren Unterwasserfahrzeuge über eine Kombination vier verschiedener Techniken, die aber mehr oder weniger aufwändig, kompliziert, teuer oder ungenau sind: Die so genannte Inertialnavigation misst und analysiert die Beschleunigung und Drehung des Gefährts und berechnet exakt, wo es ausgehend vom Startpunkt jetzt sein müsste. Dazu kommen in Meeresbodennähe einfache Dopplergeschwindigkeitssysteme, die den Abstand zum Meeresboden registrieren und die Position des Gefährts zum Boden berechnen -- bei zu viel Wasser unterm Kiel sind sie kaum noch zu verwenden. Drittens kommt das herkömmliche GPS-System beim Auftauchen zum Einsatz und hilft, die Positionsdaten gegebenenfalls zu korrigieren.

Und in Spezialfällen -- etwa bei militärischen Einsätzen -- hilft die Long Baseline-Technologie: Ein Feld fixierter Unterwasser-Bojen reagiert wie das neue System auf die Signale des Gefährts und sendet Antwortsignale. Hier sind allerdings mehrere im relativ engmaschigen Netz verteilte Senderpunkte notwendig, wie die GPS-Satelliten über Wasser, so dass das Verteilen und Positionieren dieser Bojen auch wieder teuer wird.