Echolote sind in der Schifffahrt verwendetes Gerät zur Messung von Wassertiefen (Lotung). Gemessen wird die Zeit, die zwischen der Aussendung eines Schallimpulses (Ping) und der Ankunft der vom Gewässerboden reflektierten Schallwellen verstreicht. Man differenziert zwischen Echoloten für die sichere Navigation, solchen für Vermessungszwecke und Forschungsecholoten.

Eine sehr ähnliche Funktion haben aktive Sonargeräte.

Hinterlassen wir mal einen Fußabdruck

Durch den Öffnungswinkel des Schwingers ergibt sich am Boden ein flächiger Messbereich (engl. footprint, Fußabdruck), dessen Größe proportional zur Tiefe zunimmt.
Bei einem großen Fußabdruck setzt ein Echo schlagartig von der Stelle her ein, die innerhalb des Fußabdruckes dem Schwinger am nächsten liegt, bei ebenen Boden direkt unter dem Schwinger.
Der Echopegel nimmt zu den „Rändern“ des Fußabdruckes nicht abrupt ab, wie es das Bild vortäuscht, sondern allmählich.
Starke Reflektionen außerhalb des Fußabdruckes können also auch eine Anzeige am Monitor liefen


 
Öffnungswinkel und Fußabdruck
Winkel Durchmesser
10° 0,17 × Wassertiefe
20° 0,35 × Wassertiefe
30° 0,53 × Wassertiefe
40° 0,72 × Wassertiefe
50° 0,93 × Wassertiefe
60° 1,15 × Wassertiefe
70° 1,40 × Wassertiefe
80° 1,68 × Wassertiefe
90° 2,00 × Wassertiefe
100° 2,38 × Wassertiefe

Durchmesser (d) = 2xtan(∝/2)*h

 

Auf Tiefe gehen

Der Tiefenbereich das ein Echolot abdecken kann ist abhängig von der Sendeleistung, der Frequenz, den Störgeräuschen und der Empfindlichkeit des Echolotes.
Echolote für Tiefwasser über 100m messen mit Frequenzen zwischen 15 .. 75 kHz. Bodenechos bis 100 m kann man schon mit Frequenzen bis 200 kHz bekommen.

 

Die gängigen Messverfahren

Alle Echolote arbeiten nach Prinzip der Laufzeitmessung eines imitierten Schallsignals zugrunde. Das heißt, der Schwingerkopf des Echolotes sendet einen Schallimpuls aus, wird am Boden reflektiert und durch den Schwingerkopf wieder empfangen. Aus der Hälfte der ermittelten Laufzeit kann nun die Wassertiefe errechnet werden.

 

 

Single – Beam – Echolotung

Bei der Echolotung mittels Single-Beam besitzt das Schiff nur einen Schallwandler (Schwingerkopf) am Schiff. Somit kann auch nur ein Messstrahl –  Beam – lotrecht ausgesendet werden.  Bei einer Single-Beam-Messung werden anhand vorgegebener Profile Linien in Längs- oder/oder Querrichtung gepeilt. Der Linienabstand hängt von der erwarteten Genauigkeit ab.
Diese Form der Echolotmessung ist problematisch, da aufgrund der Kursfolgenden monolithischen Datenstruktur keine Informationen zwischen den Peillinien generiert werden. Dieser Ansatz reicht aber zur Tiefenkontrolle in der Schifffahrt

 

 

 

 

 

 Die Multi–Beam–Verfahren

 

Auslegersysteme

 

Das Auslegersystem besteht aus mehrere Einzelschwinger die an zwei Auslegerarme montiert sind. Diese werden an Back- und Steuerbordseite des Messschiffes angebracht und sind zusammengeklappbar. Der Regelabstand zwischen zwei Einzelschwingern ist ~1m. Auch bei diesem Auslegersystem wird in vorgegebener Linien gepeilt. Hier ist der Linienabstand abhängig von der Auslegerbreite.

Die Datendichte ist gegenüber der herkömmlichen Single-Beam-Peilung größer. Jedoch sind die Auslegerarme sehr reparaturanfällig und das Messschiff ist stark in seiner Manövrierbarkeit eingeschränkt.

 

 

Fächerecholot

 

Fächerecholote besitzt je nach Echolothersteller einen bzw. zwei Schwingerköpfe im am Schiff. Nicht wie bei Single-Beam-Echoloten ist es technisch jedoch möglich fächerartig mehrere Messstrahlen (Beams) gleichzeitig zusenden.

 

Bei der Fächerecholotpeilung werden keine festen Profile mit definierten Abständen abgefahren. Der Abstand der Kurslinien ist nunmehr abhängig von der Fächerbreite und der damit gemessenen Fläche abzüglich der Überlappung der äußeren Randstrahlen zweier benachbarter Profile. Die Wassertiefen entscheidet über die Breite des gemessenen Gewässergrundes, je Tiefer je mehr Gewässergrund wird durch eine Messung dokumentiert. Die fächerförmige Ausstrahlung der Beams gestattet somit werden auch Peilungen unterhalb von Schiffen, Pontons oder vor und an Wänden o. ä. möglich.

Die Strecken der Peilfahrten werden weniger gegenüber einer Single-Beam-Messung, wodurch sich die Zeit für die Datenerfassung reduziert

 

Schallgeschwindigkeit und Wasser

Echolote ermitteln die Zeit vom imitieren eines Impulses bis zum Empfang desen Echos. Aus Laufzeit wird die Entfernung Schwinger - Boden - Schwinger ermittelt. Aus dieser Laufzeit wird die Entfernung Schwinger - Boden ermittelt. Üblicherweise wird diese Entfernung als Tiefe ausgegeben.
Die Umrechnung der Laufzeit in eine Entfernung wird mit Hilfe der Funktion für die Schallgeschwindigkeit im Wasser berechnet. Der Wert für die Schallgeschwindigkeit ist nicht konstant. Die Schallgeschwindigkeit wird als eine Funktion aus Temperatur, Salzgehaltes und Drucks berechnet.
Bei Echoloten wird üblicherweise die Schallgeschwindigkeit mit 1480 m/s eingeführt. Das hat einen Tiefenfehler von ca. +- 5 % zur folge, was für die meisten Einsatzzwecke der Lote vertretbar sein sollte.
Oft kann auch die Schallgeschwindigkeit eingestellt werden. Dann ist in Süßwasser eine Schallgeschwindigkeit von 1450 m/s und im Salzwasser von 1500 m/s zweckmäßiger, damit verringert sich der verursachte Tiefenfehler auf <= +- 2 %.

Für die die es genauer Wissen wollen

Für eine genaue Messungen müssen einige Parameter jeweils vor Ort bestimmt und bei der Umrechnung der Laufzeit in eine Wassertiefe berücksichtigt werden.

Dazu existieren neben verschiedene empirische Formeln, die sich alle ( oh Wunder ) sehr ähnlich sind, auch die nachfolgende einfache Näherungsformel:

c = 1448.6 + 4.618 T - 0.0523 T2 + 1.25 * (S-35) + 0.014 D

Es bedeuten:

c = Ausbreitungsgeschwindigkeit (m/s)
T = Wassertemperatur (°C)
S = Salzgehalt (‰)
D = Wassertiefe (m)

Diese empirische Formel beschreibt für 0 °C < T < 40 °C und 0 ‰ < S < 40 ‰ den Zusammenhang.

 

Das oben gesagt gilt sinngemäß auch für Fishfinder. Die Auswertung ist etwas komplexer, aber dank entsprechender Firmware für den Anwender auch nicht komplexer als die Datenerhebung mittels Echolot.


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