Onderwaterakoestiek: ALF – Actief Laag Frequent sonar (1992 – )
Actief Laag Frequent sonar (ALF) voor onderzeebootopsporing
In samenwerking met de Koninklijke Marine is TNO-FEL in 1991 gestart met het definiëren en bouwen van een experimenteel nieuw type sonar voor onderzeebootopsporing. In 1994 is deze Actief Laag Frequent sonar (ALF) geleverd door het Franse bedrijf Thomson Sintra ASM en zijn testen op zee uitgevoerd. Het ALF-sonarsysteem bestaat uit een gestroomlijnd lichaam (hoogte ca. 2.5 m en een gewicht van circa twee ton), een sleepkabel en een hijsinstallatie die zijn geplaatst op het oceanografisch onderzoekschip van de Koninklijke Marine, de Hr.Ms. Tydeman. Het sleeplichaam bevatte een zeer krachtige akoestische zender en wordt onder water gesleept door middel van een sleepkabel. Het sleeplichaam bevat eveneens elektronica voor datatransmissie en signaalverwerking. Aan het sleeplichaam zijn twee ontvangarrays bevestigd: akoestische antennes in de vorm van lange kunststofslangen waarin zich een rij van onderwatermicrofoons bevinden. De ALF-sonar zendt een akoestisch signaal uit dat mogelijk door een onderzeeboot wordt gereflecteerd. De echo wordt opgevangen door de akoestische antennes. Door de ontvangen signalen op de juiste wijze te verwerken kan de richting van de echo en de tijdsduur tussen uitzenden en ontvangst worden bepaald. Hieruit is de positie van de onderzeeboot te berekenen. ALF zendt laagfrequente signalen uit omdat deze zich goed voortplanten in water en detectie op grote afstand mogelijk wordt.
In juni/juli en oktober 1994 hebben de eerste ALF-beproevingen op zee plaatsgevonden aan boord van Hr.Ms Tydeman met het doel het testen van alle functies van de geleverde sonar door Thomson Sintra ASM en de door TNO-FEL ontwikkelde systeemdelen. Tijdens deze testen is de sterkte van de zender gemeten en is de stabiliteit van het sleeplichaam onderzocht. Deze testen zijn met succes verlopen en gedurende beide testperioden is eveneens ervaring opgedaan met de hijsinstallatie die wordt gebruikt om de bron met de gesleepte ontvangarrays in- en uit te voeren.
In 1995 is de eerste ALF-expeditie in nauwe samenwerking met vier schepen van de Koninklijke Marine (het oceanografisch onderzoeksvaartuig Hr.Ms. Tydeman (A906), het torpedowerkschip Hr.Ms. Mercuur, de onderzeeboot Hr.Ms. Dolfijn en de mijnenjager Hr.Ms. Zierikzee) succesvol afgerond. Naast de ALF-sonar, die door Hr.Ms. Tydeman werd gesleept, zijn op Hr.Ms. Mercuur en Hr.Ms. Dolfijn geheel nieuw door TNO-FEL ontwikkelde echo-repeater/transpondersystemen geïnstalleerd.
Het was de eerste keer dat met het ALF-systeem onder verschillende omstandigheden in de Noord-Atlantische Oceaan getracht is een onderzeeboot op grote afstand te detecteren. Daarbij komen aspecten aan de orde zoals sterkte van het doel, de voortplanting van het uitgezonden signaal in de oceaan, reflecties van geluid door natuurlijke objecten en de stand en vorm van de ontvang-arrays tijdens het slepen. De ALF-sonar is in deze expeditie voornamelijk beproefd met betrekking tot de diepwatereigenschappen waarbij het bronvermogen erg belangrijk is. Duidelijk werd dat ALF in staat is de lange afstandsdetectiecapaciteit van onderzeeboten in de toekomst te verbeteren. Tijdens de proefneming is ook veel aandacht besteed aan metingen ten behoeve van het ontwikkelen van stand -en vormgecorrigeerde bundelvormers die de Koninklijke Marine mogelijk op termijn in staat zullen stellen ook tijdens manoeuvres optimale sonarprestaties te garanderen.
Voorlopige prestatievoorspellingen op basis van modelberekeningen van een ALF-sonar in de Atlantische Oceaan laten detectiebereiken voor onderzeeboten zien tot de eerste ConvergentieZone (CZ). De CZ is een ringvormig gebied op grote afstand met een breedte van enkele kilometers, waar de propagatiecondities zodanig zijn dat de detectiekans aanmerkelijk groter is dan daarbuiten. Belangrijke parameters voor detectie zijn: de reflectie-eigenschappen van het doel, reflecties van de zeebodem en het zeeoppervlak en van de in de Atlantische Oceaan aanwezige planktonlaag (reverberatie), de altijd aanwezige achtergrondruis in zee, de geluidvoortplanting en het hydrodynamisch gedrag van de arrays. Met de ALF-sonar is het mogelijk deze parameters experimenteel te verifiëren dan wel vast te stellen.
In 1995 is in een samenwerkingsverband met Thomson Sintra ASM ook een meer strategisch lange-termijnonderzoek gestart op het gebied van nieuwe array-technologie en sonars voor gebruik in de ondiepe wateren. Hierbij zal meer specifiek worden gekeken naar de prestaties van cardioide hydrofoonarrays, naar de prestaties van een nieuw type sensor, een zogenoemde paniek velocity sensor in plaats van een normale hydrofoon en mogelijk naar gebruik van dunnelijn arrays.