mini|hochkant=1.3|U 32 vom Typ 212 A auf Überwasserfahrt Das Compact Sonar U-Boote 90 (CSU 90) ist ein von Atlas Elektronik entwickelter Verbund von Sonarsystemen, der bei fünf verschiedenen U-Boot-Klassen eingesetzt wird. Das Gesamtsystem, von der Bundeswehr als DBQS-40FTC bezeichnet, besteht aus dem mittelfrequenten Bugsonar DSQS-21DG zusammen mit dem AN5039A1 Intercept-Sonar, den niederfrequenten Flankenantennen FAS 3-1, dem PRS 3-15 zur passiven Entfernungsmessung, dem FMS-52 (MOA 3070) Minenvermeidungssonar und einem Schleppsonar (TAS 83 oder DTA 50).
Überblick Die Zielortung durch Sonar läuft immer nach demselben Muster ab: Zuerst wird ein Kontakt breitbandig geortet, d. h. die Geräuschenergie des Kontaktes in einer bestimmten Peilung wird über alle Frequenzen in einem Zeitintervall integriert. Dadurch ist nur der Winkel zum Kontakt bekannt, der über der Zeit aufgezeichnet wird. Die eingehenden Geräusche werden, sobald diese klar genug sind, schmalbandig analysiert. Zuerst wird der Kontakt einer LOFAR-Analyse unterzogen. LOFAR steht für LOw Frequency Analysis and Recording. Dabei werden die charakteristischen Frequenzlinien des Kontaktes analysiert, um das Ziel zu klassifizieren (z. B. Broadsword-Klasse), oder sogar zu identifizieren (z. B. HMS Battleaxe). Die nachfolgende DEMON-Analyse stellt die Geschwindigkeit des Ziels fest. DEMON steht für Demodulation Envelope Modulation On Noise und rechnet die Blattfrequenz in eine Umdrehungsrate, und diese in eine Fahrgeschwindigkeit um. Dazu muss durch militärische Aufklärung oder Spionage bekannt sein, wie viele Blätter der Propeller des Zielfahrzeuges hat, vor allem aber, wie schnell das Fahrzeug bei einer bestimmten Umdrehungsgeschwindigkeit fährt. Das Design von militärischen Schiffspropellern ist deshalb geheim, um dem Gegner die DEMON-Analyse zu erschweren bzw. unmöglich zu machen. Im letzten Schritt, der Target Motion Analysis (TMA), werden die Peilwinkel über der Zeit mit dem Geschwindigkeitsvektor des Schiffes korreliert. Im Idealfall ergibt sich nur eine Lösung, sodass Position, Kurs und Geschwindigkeit des Kontaktes nun bekannt sind.
Die deutschen Unterseebootsonare werden in vier Generationen eingeteilt: Die erste Generation waren nichtintegrierte passive Systeme, die Gruppenhorchgeräte. Die zweite Generation CSU 3 setzte integrierte Sonare ein, in denen die Antenne direkt mit einer Konsole verbunden war. Die dritte Generation war das Standard Sonar 80 (ASO 80, CSU 83, DSQS-21, DBQS-21D) mit passivem Entfernungsmesser (PRS) als Standalone, automatischer spektraler DEMON/LOFAR-Analyse auf Basis des SIP 3 und digitaler Strahlschwenkung mit digitalem Beamforming. Bei der neusten, vierten Generation, dem Standard Sonar 90 (DSQS-23, DBQS-21DG, CSU 90) sind alle Antennen und Konsolen über einen gemeinsamen faseroptischen Bus verbunden, ferner wurde nun auch die Target Motion Analysis (TMA) automatisiert. Die Daten werden an das Kampfsystem des U-Bootes weitergegeben. Bis auf das erste Los der 212er-Klasse, welches das MSI-90U einsetzt, ist dies das ISUS 90 von Atlas Elektronik.
Verschiedene Quellen berichten auch über die Entwicklung eines neuen Sonar 2000 mit dem Kampfsystem ISUS 2000 auf COTS-Basis. Hier soll zum ersten Mal LPI-Aktivsonar eingesetzt werden, welches durch seine Low-Probability-of-Intercept-Eigenschaften von Gegnern schwer geortet werden kann. Ferner sollen neue, planare Seitenantennen (Improved Flank Array Sonar, IFAS) mit 30 × 0,7 m eingesetzt werden. Denkbar wäre der Einsatz in U-Booten der Klasse 216. Die Bestellung der 218SG-Klasse durch die Marine von Singapur, für die ein maßgeschneidertes Führungs- und Waffenleitsystem von ST Electronics und Atlas Elektronik entwickelt werden soll, könnte vielleicht diese Entwicklungen absorbieren.
Technik Sonarsysteme Im CSU 90 speisen alle Antennen (Bugzylinder, Intercept-Sonar, Seitensonar, Navigationssonar, PRS, Schleppantenne und Eigengeräuschmonitor) auf einen gemeinsamen faseroptischen Bus, welcher mit drei Konsolen verbunden ist. Die Daten des CSU 90 werden wiederum direkt in das Kampfsystem des Schiffes eingespeist. Beim ersten Los der 212er ist das Kongsberg-MSI-90U-Einsatzführungssystem verbaut, spätere Lose und Boote (214er, Dolphin-Klasse, Heroine-Klasse) verwenden das ISUS 90 von Atlas Elektronik.
Bugsonar mini|Position des Bugsonars. Als Bugsonar ist das DSQS-21DG verbaut. Die zylindrische Hydrophonanordnung (CHA) befindet sich oben auf dem Bug. Die veröffentlichten Informationen gehen praktisch gegen Null. Es soll sich aber um ein aktiv/passives Mittelfrequenzsonar im Frequenzbereich von 0,3 bis 12 kHz handeln, was unwahrscheinlich breitbandig ist. Der Durchmesser der Zylinderbasis des Zylinderrings, auf dem die Schallwandler befestigt sind, ist ebenfalls unbekannt. Andere Quellen führen das Gesamtsystem DBQS-40FTC (CSU 90) als Teil des Sonar 90 auf, ohne speziell auf das Bugsonar der Uboote einzugehen.
Moderne Bugsonare besitzen üblicherweise Schallwandler auf Piezobasis in Polyvinylfluorid, die wie Active Electronically Scanned Arrays virtuelle Signalkeulen ausbilden und schwenken können. Es können 32 bis 64 virtuelle Signalkeulen ausgebildet werden, welche durch elektronische Strahlschwenkung gegen 25° Rollen und 8° Stampfen stabilisiert werden. Die Antennen der Sonar-90-Familie decken den Frequenzbereich von 2 bis 11 kHz ab, wenn die Anlage rein passiv betrieben wird.
Die Zylindersonare des Sonar 90 können simultan aktiv und passiv arbeiten. Bei aktivem Betrieb wird eine Bandbreite von 1 kHz für den rein passiven Empfang genutzt. Während eines Pings können zwei verschiedene CW-Frequenzen genutzt werden. Das Senden findet noch analog statt. Die Pulslänge kann zwischen 5, 50, oder 300 ms liegen. Dabei kann entweder CW, FM oder eine Kombination aus beidem gesendet werden, z. B. 50 ms CW gefolgt von 50 ms FM. Die Empfangsdaten von CW und FM werden parallel verarbeitet, um schneller Ergebnisse zu erzielen. Der CW-Anteil dient der Errechnung des Dopplereffekts um die Radialgeschwindigkeit des Ziels zu bestimmen, der FM-Anteil profiliert das Ziel der Länge nach und gibt so Kurswinkel und Rumpflänge des Ziels aus.
Der Intercept-Sonarempfänger, der im Frequenzbereich von 1 bis 100 kHz arbeitet, kann optional nachgerüstet werden. Er verwendet sowohl das Bugsonar als auch eine separate Abfangsonar-Antenne, um mittel- und hochfrequente Aktivsonare zu orten.
Seitensonar Als Seitensonar ist auf der Back- und Steuerbordseite das FAS-1 integriert, welches als Teil des CSU 90 die Bezeichnung FAS 3-1 erhält. Die Antennen sollen jeweils 20–48 m lang sein und im Frequenzbereich von 10 Hz bis 2,5 kHz arbeiten. Jede Antennenanlage besteht aus 192 Hydrophonen, und deckt einen Winkelbereich von 90° mit einer Genauigkeit von etwa 1° ab. Obwohl die Flank-Array-Systeme (FAS) eine linienförmige Wandleranordnung besitzen, können diese gemäß Patentschrift auch den Elevationswinkel zu einer Geräuschquelle ermitteln. Die Länge jeder Antennenwurst wird hier mit 30 m angegeben, was gut mit dem Augenschein übereinstimmt. Da in vertikaler Richtung die Bündelung dieser Antennen sehr gering bzw. gar nicht vorhanden ist, wird deshalb nur der scheinbare Einfallswinkel von Sonarsignalen anderer Fahrzeuge gemessen, wobei die scheinbaren Einfallswinkel in einer Ebene liegen. Dieser Einfallswinkel stellt eine scheinbare Seitenpeilung dar, die sich aus einem wahren Horizontalwinkel und einem wahren Vertikalwinkel zusammensetzt. Durch Kursänderung und Änderung der Trimmlage, also dem Abkippen des Ubootes um seine horizontale Querachse, ergibt sich eine geänderte scheinbare Einfallsrichtung der Schallwellen, und als deren Komponenten somit auch geänderte Horizontal- und Vertikalwinkel. Die Signalverarbeitungseinrichtung kann somit durch mehrere Messungen des Einfallswinkels auch den Elevationswinkel zu einem Unterwasserfahrzeug berechnen.
Navigationssonar Als Minenmeide- und Navigationssonar wird das FMS 52 eingesetzt. Das System ist an der Bugfront verbaut. Bei den Booten der Klasse 212 ist es über, und bei den Booten der Klasse 214 unter den Torpedorohrmündungen. Es sendet im Frequenzbereich von 30 kHz zur Minensuche, und 70 kHz zur Minenidentifizierung. Die kleine phasengesteuerte Antenne deckt einen Bereich von 90° in Elevation und Azimut ab, mit einer Strahlbreite von 3°. Es können wahrscheinlich 32 virtuelle Signalkeulen erzeugt werden. Das System dient zur Ortung von Ankertauminen, Felsformationen in Fjorden oder anderen Hindernissen.
Passive Ranging System mini|Position des PRS. Das Passive Ranging System 3 wurde vom CSU 83 übernommen und besteht aus je drei Antennen pro Seite. Im CSU 90 sind Antennen der Version PRS 3-15 verbaut. Jede Antenne besteht aus 15 Zeilen und hat insgesamt 60 Hydrophone, die im Frequenzbereich von 2 bis 8 kHz empfangen. Ziele können im Bereich von 45° bis 135° und 225° bis 315° relativ zur Längsachse mit einer Genauigkeit von 0,5° angepeilt werden. Der nutzbare Winkelbereich beträgt 170° auf jeder Seite.
Das PRS bestimmt die Entfernung zu einer Geräuschquelle durch die Krümmung der Wellenfront, welche durch den Zeitverzug der Wellenfront auf den Antennenelementen bestimmt wird. Jede gekrümmte Wellenfront einfallender Schallwellen erreicht die drei Sensoren mit Zeitdifferenzen, die abhängig von der Entfernung des Fahrzeugs und der Einfallsrichtung der Schallwellen sind. Aus den durch Korrelation ermittelten Zeitdifferenzen wird der Ort des Fahrzeuges ermittelt. Dazu wird bei jeder der drei Antennen pro Seite die Peilung zum Ziel durch Laufzeit- oder Phasenkompensation bestimmt, und Fokussignale gebildet, deren Brennpunkte auf dem Peilstrahl zum Ziel aufgereiht sind. Das größte Fokussignal gibt den Ort des Ziels an. Kurs und Geschwindigkeit des Kontaktes können so automatisch berechnet werden. Die effektive Reichweite beträgt bis zu 15 kyd (13,6 km).
Schleppsonar Das Schleppsonar befindet sich am hinteren Ende des Druckkörpers und ist dort auf der Oberseite auf einer Rolle aufgerollt. Das Schleppkabel wird durch ein patentiertes Verfahren geräuschfrei ein- und ausgerollt. Bei den Booten der 212er-Klasse läuft das Kabel schräg von oben im Heck des Ubootes hinter dem Druckkörper zu einem Ausleger auf der unteren Steuerbordseite, wo es vor den X-Rudern ins Wasser gelangt. Diese ungünstige Konstruktion wurde bei den Booten der 214er-Klasse behoben: Die Ruder sind hier kreuzförmig, sodass das Unterste auch als Ausleger des Schleppsonars dient.
Gemäß älteren Quellen soll das niederfrequente, passive Schleppsonar das TAS 83 sein, welches die U-Boot-Version des TAS 90 für Überwasserschiffe darstellt. Die Schleppantenne empfängt im Bereich 15 Hz bis 1,2 kHz, möglicherweise bis 2,4 kHz. Neuere Quellen sprechen jedoch von einer Antenne mit geringerem Durchmesser, so sei das TAS 83 auf den 212er und 214er Ubooten durch eine 50 mm dicke Antennenanlage DTA 50 ersetzt worden (Bez. möglicherweise TAS 3). Die Apparatur ist 150 m lang, mit jeweils 20 m langen Vibrationsisolatoren an den Enden. Da das Kabel 200 m lang ist, wird die Antenne in etwa 210 Metern hinter dem Boot gezogen. Die Kombination aus Seiten- und Schleppsonar ermöglicht die Entfernungsbestimmung durch Triangulation. Die maximale Ausrollgeschwindigkeit liegt bei 8 kn, die maximale Hörgeschwindigkeit 12 kn, und die maximale Fahrgeschwindigkeit bei 20 kn. Die Antenne kann nach Benutzung wieder eingerollt werden, aber im Notfall auch gekappt werden.