Echoortung

Echoortung, auch Echolokation genannt, ist die Erkennung der Lage und Art von Objekten durch Aussenden von Schall- oder Radiowellen und Analyse der von den Objekten reflektierten Wellen. Das Verfahren findet sowohl bei Tieren als auch in der Technik Anwendung.

Prinzip der Echoortung

In der Echoortung werden Schall- oder Radiowellen aktiv ausgesendet. Treffen die Wellen auf ein Hindernis, werden sie zurückgeworfen. Aus der Laufzeit der Wellen kann dann die Entfernung zum Hindernis ermittelt werden. Auch die genaue Richtung, in der sich das Hindernis befindet, kann ermittelt werden, sowie die Größe des Hindernisses.

Die Bestimmung der Richtung, aus der die Echos eintreffen, kann mit Hilfe mehrerer Empfänger an unterschiedlichen Stellen erfolgen. Aus den Laufzeitunterschieden zwischen den Empfängern kann dann die Richtung des Echos und damit die Richtung des Hindernisses bestimmt werden.

Eine Alternative zur Verwendung mehrerer Empfänger ist die Verwendung von schwenkbaren Sendern und Empfängern und das Senden von gebündelten Signalen. Dann werden jeweils nur Hindernisse erfasst, die sich gerade in der Richtung der "Sendekeule" befinden. Die Sende- und Empfangsrichtung entspricht dann der Richtung des Hindernisses.

Um nach dem Senden eines Wellenpakets nicht warten zu müssen, bis alle Reflexionen eingetroffen sind, kann der Sender auch kontinuierlich senden, aber mit zeitabhängiger Frequenz. Aus der Frequenz, mit der ein Echo am Empfänger eintrifft, ergibt sich der Zeitpunkt, zu dem diese Frequenz gegesendet wurde und hieraus die Laufzeit und damit die Entfernung des Hindernisses. Den gleichen Effekt kann man auch durch das Senden zeitabhängiger Codes erreichen. In dem der Empfänger vergleicht, zu welchem Zeitpunkt der gerade empfangene Code versendet wurde, kann er die Laufzeit und daraus die Entfernung bestimmen.

Anwendung der Echoortung in der Technik

Der Mensch hat sich die Echoortung durch mehrere Techniken zu Nutze gemacht.

• Beim Radar "radio detection and ranging" (etwa Auffinden und Entfernungsmessung mit Radiowellen) werden hochfrequente Radiowellen ausgesendet. Die Radiowellen werden nur von metallischen Objekten optimal zurückgeworfen. Die hauptsächliche Anwendung liegt in der Luft- und Schifffahrt.
• Sonar ist ein englisches Akronym von "sound, navigation and ranging", was soviel heißt wie Schallnavigation und Distanzmessung. Mit Sonar lassen sich Objekte - vor allem unter Wasser - orten und vermessen.
• Das Echolot ist im Grunde eine einfache Form des Sonars zur Bestimmung von Gewässertiefen, es kann aber auch zum Aufspüren von Fischschwärmen genutzt werden.
• Für Blinde wird an speziellen Systemen (menschliche Echoortung) gearbeitet, die ähnlich wie ein Sonar arbeiten um ihnen die Orientierung zu ermöglichen.

Anwendung der Echooortung in der Natur

• Fledermäuse nutzen die Echoortung, dabei stoßen sie kurze Schreie im Ultraschallbereich aus und empfangen die reflektierten Echos. Dadurch sind sie in der Lage, sich auch in völliger Dunkelheit zu orientieren. Die Echoortung ist so genau, dass Fledermäuse damit fliegende Insekten in der Luft orten und jagen können. Zur präziseren Ortung verändern Fledermäuse beim Schrei die Tonhöhe und stoßen beim Jagen andere Schreie aus als beim Suchen.

Hörbeispiel: Ultraschall-Laute einer Fledermaus^ⓘ

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  Prinzip der Echoortung bei Delfinen

  Zahnwale, insbesondere Delfine, nutzen die Echoortung zur Orientierung und speziell auch zur Ortung ihrer Jagdbeute. Sie erzeugen die Töne bzw. Klicklaute („Klicks“) zur Echoortung mittels einer Klappe zwischen der Lunge und speziellen Luftsäcken, die in Schwingung gebracht wird. Das Echo der Klicks wird vom hohlen, mit schallleitendem Gewebe gefüllten Unterkiefer aufgefangen und zum Ohr weitergeleitet. So erkennt ein Delfin auch bei trüben Wasserverhältnissen, wo genau sich ein Objekt befindet. Je nach Umgebungssituation und Art des Zahnwals werden einzelne Klicks oder auch schnelle Folgen mit mehr als 1000 Klicks in einer Sekunde ausgesendet.
• Der Fettschwalm oder Guacharo, ein Vogel, orientiert sich in seiner Nisthöhle mittels Echoortung, zu der er niederfrequente Klicklaute verwendet.
• Einige Arten der hauptsächlich in Südostasien beheimateten Salanganen orientieren ähnlich dem Fettschwalm mit Hilfe von Klicklauten, die im hörbaren Frequenzbereich des Menschen liegen, in den Höhlen, in denen die Brutkolonien liegen.
• Ratten orientieren sich in dunklen Räumen nicht nur allein mittels Geruchs- und Tastsinn, sie orientieren sich auch anhand der Echos ihrer Rufe.
• Blinde können ebenfalls die Echos ihrer eigenen Worte in gewissem Maße zur Orientierung nutzen (menschliche Echoortung). Wichtiger ist für sie allerdings die akustische Lokalisation.