Schleppantennen, die langen Horchkabel, die Schiffe hinter sich herziehen, bestimmen die Richtung eines Geräuschs bislang unter der Annahme, dass das Kabel gerade im Wasser liegt. Ein Team der Harbin Engineering University hat eine 770 m lange faseroptische Schleppantenne gebaut, die mit ihrer Horchfaser auch misst, wie sich die Tiefe entlang des Kabels verteilt, und die Arbeit im September 2026 in der Fachzeitschrift The Innovation veröffentlicht. Bei Tests auf offener See verfolgte die Antenne die Peilung einer Schallquelle in 5,7 km Entfernung und erfasste Wellen mit einer signifikanten Wellenhöhe (einem üblichen Maß für die typische Wellenhöhe) von 1,41 bis 2,66 m.
Was haben die Tests auf See gemessen, und wie genau?
Bei Tests auf See im Dezember 2025 und Januar 2026 las das Team aus einem einzigen Kabel drei Dinge ab, nämlich seine eigene Tiefe, die Oberflächenwellen und den Unterwasserschall, und verglich jedes davon mit einem auf anderem Weg gewonnenen Wert.
| Was geprüft wurde | Vergleich mit | Ergebnis |
|---|---|---|
| Kabeltiefe | Drucksensor | Bestimmtheitsmaß 0,99, mittlere Abweichung 0,80 % |
| Spektralspitzen der Wellen | Vorhersagen unter Berücksichtigung von Schleppgeschwindigkeit und Kurs | 0,102 Hz und 0,098 Hz (Abweichung 2,86 % und 8,41 %) |
| Signifikante Wellenhöhe | Copernicus-Wellenmodell | 1,41–2,66 m (Abweichungen von höchstens 4,31 bis 11,03 %) |
| Peilung der Quelle | GPS-Referenzpeilung | Mit zwei Signalen verfolgt: Schiffslärm (120–150 Hz) und 1-kHz-Impulse der Quelle in 5,7 km Entfernung |
| Wirkung des Tiefenprofils | Rechnung ohne Profil | Spitze der Beamforming-Ausgabe um bis zu 4,10 dB höher |
Die von der Faser gemessene Tiefe stimmte gut mit dem Drucksensor überein. Aus dem Tiefenprofil rekonstruiert, war das Kabel keine flache Linie, sondern ein Bogen. Zumindest bei diesem Test traf die Annahme eines geraden Kabels, auf der die Rechnung beruht, in vertikaler Richtung nicht zu.
Im Wellenband lagen die Spektralspitzen bei 0,102 Hz und 0,098 Hz, nahe an den vorhergesagten 0,105 Hz und 0,107 Hz. Da diese Vorhersagen Geschwindigkeit und Kurs berücksichtigen, geht es offenbar um die scheinbare Frequenz, wie sie ein fahrendes Schiff sieht.
Die signifikante Wellenhöhe, aus diesen Spitzen nach Korrektur der Elementtiefe bestimmt, lag bei 1,41 bis 2,66 m. Verglichen wurde sie mit dem Copernicus-Wellenmodell, nicht mit einer Messboje. Die Autoren schätzen für eine Schlepptiefe von 50 m eine Nachweisgrenze von 0,15 m und einen Dynamikbereich von 180 dB; da wir den Artikel selbst nicht lesen konnten, ließ sich nicht prüfen, auf welche Größe sich diese Grenze bezieht.
Warum muss eine Schleppantenne ihre eigene Form kennen?
Eine Schleppantenne berechnet die Peilung eines Geräuschs aus winzigen Unterschieden der Ankunftszeit an ihren Hydrofonen (Unterwassermikrofonen) und muss daher genau wissen, wo jedes Hydrofon liegt. Diese Rechnung heißt Beamforming.
Strömung und Widerstand biegen das Kabel im Wasser, doch herkömmliche Schleppantennen tragen nur wenige Tiefensensoren und schätzen die Form dazwischen. Wird ein gekrümmtes Kabel als gerade behandelt, verschwimmt der Fokus der Rechnung und die Peilung verschiebt sich. Das ähnelt dem Versuch, eine Kamera scharfzustellen, ohne zu wissen, wie ihre Linse gekrümmt ist.
Was steckt in der faseroptischen Schleppantenne?
Das 770 m lange Kabel wurde bei den Tests etwa 500 m hinter dem Schiff geschleppt. Die Pressemitteilung beschreibt zwei Abschnitte: einen interferometrischen Abschnitt für empfindliches Horchen und einen Abschnitt für verteilte akustische Sensorik (DAS), der auch die Tiefe messen kann. Den Rest des Kabels beschreibt sie nicht.
| Abschnitt | Länge | Anzahl | Hauptaufgabe |
|---|---|---|---|
| Interferometrisch | 104 m | 128 Hydrofone (je 22 m Faser) | Empfindliches Horchen |
| DAS | 160 m | 32 Elemente (Abstand 5 m) | Tiefe, Wellen, Schall |
DAS liest Änderungen der Lichtphase entlang einer Glasfaser. Weil der Wasserdruck diese Phase verschiebt, dienen die DAS-Elemente neben der Schallaufnahme auch als Tiefenmesser. Die Tiefe maß dieser 160 m lange DAS-Abschnitt, während der interferometrische Abschnitt das Horchen übernimmt.
Die Sensorteile beider Abschnitte haben dieselbe Bauart, mit Faser um einen luftgefüllten Kern von 42 mm Länge und 11,6 mm Außendurchmesser gewickelt, und unterscheiden sich in der Länge der aufgewickelten Faser und in der Art, wie das Licht ausgelesen wird. Die Daten werden in den folgenden drei Frequenzbändern ausgewertet.
| Frequenzband | Was es erfasst |
|---|---|
| Unter 0,02 Hz | Tiefe und Form des Kabels |
| 0,02–0,3 Hz | Wellen an der Oberfläche |
| 5 Hz–2 kHz | Unterwasserschall |
Konnte sie eine Schallquelle in 5,7 km Entfernung verfolgen?
Eine für den Test aufgestellte kooperierende Quelle sendete in 5,7 km Entfernung Impulse mit 1 kHz, und die per Beamforming bestimmte Peilung folgte der GPS-Referenzpeilung. Das Team bestätigte außerdem, dass die Peilung von Schiffslärm in einem Band von 120 bis 150 Hz der Referenz ebenso folgte.
Als das von der Faser gemessene Tiefenprofil in das Modell der Antenne einging, stieg die Spitze der Beamforming-Ausgabe um bis zu 4,10 dB. Auch der Untertitel der Pressemitteilung hebt hervor, dass die gemessene Form der Antenne in das Beamforming zurückgeführt wurde.
Beim Rauschen lag der DAS-Abschnitt im Band von 5 bis 2.000 Hz 11,57 dB über seinem eigenen, in ruhiger Umgebung an Land gemessenen Grundpegel. Die interferometrischen Hydrofone blieben oberhalb von etwa 2 kHz leiser.
Was unterscheidet das von DAS an Japans Seekabeln?
DAS selbst wird in Japan bereits zur Meeresbeobachtung eingesetzt. Die Japan Agency for Marine-Earth Science and Technology (JAMSTEC) schloss gemeinsam mit den NTT Access Network Service Systems Laboratories ein DAS-Gerät an ein Seekabel für die Telekommunikation zwischen Akusekijima und Takarajima auf den Tokara-Inseln an und zeichnete vom 16. September 2025 bis zum 13. Januar 2026 auf. In den am 17. April 2026 vorgestellten Ergebnissen lokalisierte JAMSTEC damit mehr als 15.000 Erdbeben, von denen 434 von der japanischen Wetterbehörde mithilfe der Inselstationen lokalisiert worden waren.
| DAS auf den Tokara-Inseln (JAMSTEC) | Die faseroptische Schleppantenne der Harbin Engineering University | |
|---|---|---|
| Kabel | Vorhandenes Telekommunikations-Seekabel zwischen Inseln | Eigenes 770-m-Kabel, von einem Schiff geschleppt |
| Zustand des Kabels | Am Meeresboden verlegt und unbewegt | Bewegt sich im Wasser und wird von Strömungen gebogen |
| Wichtigste Signale | Erdbeben unter dem Meeresboden | Unterwasserschall, Oberflächenwellen und die Tiefe des Kabels |
| Zeitraum | September 2025 bis Januar 2026 | Tests auf offener See im Dezember 2025 und Januar 2026 |
Ein am Meeresboden verlegtes Kabel bewegt sich nicht, seine Tiefe ändert sich also nicht mit der Zeit. Bei einem geschleppten Kabel ändert sich die Tiefe ständig, und sie mit derselben Faser zu messen, die den Schall aufnimmt, ist das Besondere an dieser Antenne.
Was ist noch nicht getestet?
Die Tests auf See nutzten ein einziges Schiff, eine Schleppgeschwindigkeit und einen Seegang. Küsten- und Flachwasser wurden nicht getestet. Da die Tiefen- und Wellenschätzungen vom Wasserdruck abhängen, weist die Pressemitteilung selbst darauf hin, dass sich die Genauigkeit mit der Schlepptiefe und bei schwerem Wetter verändert.
Wir konnten die Pressemitteilung auf EurekAlert! und die bibliografischen Angaben des Artikels lesen, nicht aber die Abbildungen und Tabellen des Artikels selbst. Die Pressemitteilung nennt auch nicht, in welcher Tiefe das Kabel bei den Tests geschleppt wurde. Gemessen wurde die Form in vertikaler Richtung; eine Angabe zur Messung der seitlichen Krümmung haben wir nicht gefunden.
Als künftige Anwendungen nennt die Pressemitteilung die Wellenbeobachtung von Gelegenheitsschiffen aus, also Schiffen wie Handelsschiffen, die ohnehin aus anderen Gründen unterwegs sind, dazu die Akustik von Fischerei und Meeressäugern sowie Sonare, die sich nicht auf ein gerades Kabel verlassen können. Diese Tests nutzten ein einziges Forschungsschiff; der Einbau auf Handelsschiffen sowie Arbeiten zu Fischerei oder Meeressäugern wurden noch nicht erprobt.
