Aufbau eines Low-Cost-Hydrophon-Arrays

Abstract

Im Rahmen dieser Bachelorarbeit wurde ein kostengünstiges dreidimensionales Hydrophon Array für die passive akustische Schallquellenlokalisierung entwickelt, konstruiert und experimentell getestet. Das Array basiert auf einer tetraedrischen Geometrie mit vier Hydrophonen, wobei handelsübliche Aluminiumprofile und selbst entwickelte Halterungen verwendet wurden. Die Lokalisierung der Schallquellen erfolgt mittels Zeitlaufdifferenz und der nichtlineares Least-Squares-Verfahren zur Berechnung der Quellposition. Die Messungen wurden in einem mit Wasser gefüllten Planschbecken durchgeführt, wobei sowohl Sinustöne als auch Musiksignale aus verschiedenen Richtungen eingespielt wurden. Die Ergebnisse zeigen, dass die horizontale Richtung (Azimut) bei geeigneter Signalqualität auch mit nur drei Kanälen zuverlässig bestimmt werden kann, während für eine präzise dreidimensionale Ortung ein vollständig funktionierendes und eingetauchtes Vierkanalsystem erforderlich ist.

This bachelor’s thesis presents the development, construction, and experimental evaluation of a cost-effective three-dimensional hydrophone-Array for passive acoustic source localization. The system is based on a tetrahedral configuration using four hydrophones, aluminum T-slot profiles, and custom-designed holders. Source localization is performed using the Time Difference of Arrival (TDOA) method and the nonlinear least squares method for position estimation. Measurements were conducted in a water-filled pool, using both sinusoidal tones and music signals played from various directions. The results demonstrate that horizontal direction (azimuth) can be reliably estimated even with only three active channels under good signal conditions. However, accurate 3D positioning requires all four hydrophones to be properly submerged and functional.