DE10044322A1

DE10044322A1 - Wireless VHF or UHF transmission of signals from transmitter to receiver antenna e.g. between submarines or ships by transmitting through medium of water

Info

Publication number: DE10044322A1
Application number: DE2000144322
Authority: DE
Inventors: Walter Aebi; Detlef Goericke; Heinz Schaefer; Andreas Zemla
Original assignee: Dynamit Nobel AG; Dynamit Nobel GmbH Explosivstoff und Systemtechnik
Current assignee: Dynamit Nobel AG; Dynamit Nobel GmbH Explosivstoff und Systemtechnik
Priority date: 2000-09-07
Filing date: 2000-09-07
Publication date: 2002-04-04

Abstract

The signals are transmitted completely or at least partially through the medium of water. The signals may also be partially transmitted through the medium of air. The transmission antenna may be in air, and the receiving antenna in water. The wavelengths may be in the range 6 to 0.5 m.

Description

Die Erfindung betrifft die Übertragung von Signalen entsprechend dem Oberbegriff des ersten Anspruchs.The invention relates to the transmission of signals according to the preamble of the first claim.

Die Signalübertragung mittels elektromagnetischer Wellen erfolgt üblicherweise in einem metallische Leitern zur Antenne des Senders, zwischen der Antenne des Senders und der Antenne des Empfängers durch das Medium Luft und von der Antenne des Empfängers zum Empfänger wieder in einem metallischen Leiter. Die Frequenzbereiche VHF (Very High Frequency) und UHF (Ultra High Frequency) werden bekannterweise für die Übertragung von Signalen der Fernsehsender und im VHF-Bereich (UKW) auch für die Übertragung von Signalen der Rundfunksender genutzt. Bei der Signalübertragung im Medium Wasser dagegen werden niedrigere Frequenzen benutzt. Zur Objekterkennung unter Wasser oder zur Abstandsmessung zum Grund wird das Echolot eingesetzt. Von ihm werden Ultraschallimpulse ausgesendet, deren Reflexion analysiert wird. Die Verständigung von U-Boot zu U- Boot oder zu einem Schiff mit dem Übertragungsweg unter Wasser erfolgt im langwelligen Bereich. Die Übertragungsrate von Signalen im Wasser ist aufgrund der niedrigen Frequenzen gering.The signal transmission by means of electromagnetic waves usually takes place in a metallic conductor to the antenna of the transmitter, between the antenna of the Transmitter and the antenna of the receiver through the medium air and from the Antenna of the receiver to the receiver again in a metallic conductor. The Frequency ranges VHF (Very High Frequency) and UHF (Ultra High Frequency) are known for the transmission of signals from television stations and in VHF range (FM) also for the transmission of signals from radio stations used. In contrast, when the signal is transmitted in the medium water, lower ones Frequencies used. For object detection under water or for distance measurement the depth sounder is used. From him are ultrasonic impulses sent out, whose reflection is analyzed. Communication from submarine to submarine Boat or to a ship with the transmission path under water takes place in the long-wave range. The transmission rate of signals in the water is due to the low frequencies low.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die Signalübertragungsrate im Medium Wasser zu erhöhen.The object of the present invention is the signal transmission rate in the medium Increase water.

Die Lösung der Aufgabe erfolgt mit Hilfe der kennzeichnenden Merkmale des ersten Anspruchs. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung werden in den Unteransprüchen beansprucht.The problem is solved with the help of the characteristic features of the first Claim. Advantageous embodiments of the invention are in the Claimed claims.

Die Signalübertragung im Medium Wasser im Hochfrequenz-Bereich oberhalb des Ultraschalls fand aufgrund der angenommenen Störanfälligkeit durch Reflexion und Streuung der Wellen bisher keine Anwendung. Überraschend hat sich herausgestellt, dass die Übertragung von Signalen mittels drahtlosem Funk im VHF- und UHF- Bereich bei einer Übertragung im Wasser mit genügender Klarheit und Deutlichkeit möglich ist, wobei Distanzen bis etwa 500 m überbrückt werden können.The signal transmission in the medium water in the high frequency range above the Ultrasound was found due to the assumed susceptibility to interference by reflection and Scattering of the waves has not yet been used. Surprisingly, it turned out that the transmission of signals by means of wireless radio in VHF and UHF Area with a transmission in water with sufficient clarity and clarity is possible, with distances of up to approximately 500 m being bridged.

Mit Hilfe der Erfindung ist es deshalb möglich, eine drahtlose Signalübertragung auch im Medium Wasser sowohl im VHF- als auch im UHF-Bereich anzuwenden. Die störanfälligen und teuren Unterwasserkabel können aufgrund der Erfindung vorteilhaft überall dort entfallen, wo bisher eine Verbindung von Sender und Empfänger mittels Kabel unumgänglich schien, beispielsweise in der Explorationstechnik unter Wasser, bei der Beseitigung von Kampfmitteln unter Wasser, bei Unterwassersprengungen oder bei der Übermittlung von Daten, die von einer Messstation unter Wasser gesammelt worden sind, an einen Empfänger. Letzteres ist insbesondere bei auf dem Meeresgrund verankerten Sonden der Fall, die beispielsweise die Meeresströmung, die Temperatur, die Verschmutzung des Meeres und andere relevante Daten sammeln.With the help of the invention it is therefore possible to also transmit wireless signals to be used in the medium of water in both the VHF and UHF ranges. The Interference-prone and expensive underwater cables can be advantageous due to the invention wherever there is no connection between transmitter and receiver Cable seemed inevitable, for example in underwater exploration technology, in the removal of weapons under water, in the event of underwater blasting or when transmitting data from an underwater measuring station have been collected to a recipient. The latter is particularly the case on the Probes anchored to the seabed, for example the ocean current, the temperature, pollution of the sea and other relevant data collect.

Sollten die von einer Messstation unter Wasser empfangenen Daten in Echtzeit verarbeitet werden, war der Anschluss an die Einrichtung zur Verarbeitung dieser Daten mittels Kabel unerläßlich. War das nicht möglich, wurden diese Daten gespeichert und nach Ablauf einer vorgegebenen Frist durch Heraufholen der Messstation vom Meeresboden oder durch Austausch eines Datenträgers in der Messstation gesichert. Die Erfindung dagegen macht es möglich, die gesammelten Daten in Echtzeit drahtlos an einen Empfänger zu funken, in dem sie direkt ausgewertet werden können. Bei einer bidirektionalen Kommunikation mit einer Messstation ist es auch möglich, der Messstation Befehle zu geben, beispielsweise bei der Veränderung von Messparametern oder zur Erfassung bisher nicht berücksichtigter Parameter.Should the data received from a measuring station under water in real time processed, was the connection to the facility for processing this Data via cable is essential. If this was not possible, this data saved and after a specified period by bringing up the Measuring station from the sea floor or by exchanging a data carrier in the Measuring station secured. The invention, however, makes it possible to collect the Wirelessly transmit data in real time to a receiver in which it is sent directly can be evaluated. With bidirectional communication with a Measuring station, it is also possible to give commands to the measuring station, for example so far not when changing measurement parameters or for recording considered parameters.

Die Übertragung der Signale von einer Antenne des Senders zur Antenne eines Empfängers kann ausschließlich im Medium Wasser erfolgen, möglich ist aber auch die Übertragung der Signale auf einem Teilstück des Übertragungsweges in dem Medium Luft. Das ist beispielsweise dann der Fall, wenn von einer auf einem Schiff befindlichen oder auf dem Land befindlichen Antenne Signale an einen unter dem Wasserspiegel befindlichen Empfänger gefunkt werden oder von einem Sender im Wasser an einen Empfänger an Land oder auf einem Schiff im Medium Luft.The transmission of signals from an antenna of the transmitter to an antenna Receiver can only be done in water, but it is also possible the transmission of the signals on a section of the transmission path in the Medium air. This is the case, for example, if one is on a ship located or on the land antenna signals to a below the Water level receiver can be radioed or from a transmitter in the Water to a recipient on land or on a ship in air.

Der bevorzugte Bereich der Wellenlänge, in denen die Übertragung der Signale erfolgt, liegt zwischen etwa 6 m und 0,5 m. Der Frequenzbereich wird extrem schmalbandig gehalten. Dadurch ist gewährleistet, dass die Signale im Medium Wasser sowie beim Übergang von der Luft zum Medium Wasser oder umgekehrt möglichst wenig reflektiert und gebeugt werden.The preferred range of wavelength in which the transmission of the signals is between about 6 m and 0.5 m. The frequency range becomes extreme kept narrow-band. This ensures that the signals in the medium Water and the transition from air to water or vice versa be reflected and bent as little as possible.

Die zu übertragenden Signale werden durch Frequency Shift Keying (FSK) erzeugt. Dieses ist eine Frequenzumtastung, das heißt, eine digitale Frequenzmodulation. Bei jeder Amplitudenstufe eines digitalen Signals wird eine bestimmte Frequenz der Trägerschwingung zugeordnet.The signals to be transmitted are generated by Frequency Shift Keying (FSK). This is frequency shift keying, that is, digital frequency modulation. at Each amplitude level of a digital signal has a specific frequency Carrier vibration assigned.

Dadurch, dass durch die Dämpfung im Wasser die Ausbreitung der Signale wesentlich langsamer erfolgt als in der Luft, muss bei der Einstellung der Empfangsantenne der Einfluß des Mediums Wasser auf die Signalübertragung berücksichtigt werden. Die Anpassung an die Wellenlänge wird durch eine entsprechende Änderung der Länge und/oder der Form der Empfangsantenne eingestellt. Dabei muss beachtet werden, dass die Dämpfung im Salzwasser wesentlich größer ist als die Dämpfung im Süßwasser.Because of the attenuation in the water, the propagation of the signals takes place much more slowly than in the air Receiving antenna the influence of the medium water on the signal transmission be taken into account. The adjustment to the wavelength is made by a corresponding change in length and / or shape of the receiving antenna set. It must be noted that the damping in salt water is much greater than the damping in fresh water.

Zur Übertragung von Signalen, insbesondere im Wasser, können magnetische Antennen eingesetzt werden. Magnetische Antennen haben den Vorteil, dass sie stärker auf die magnetischen Komponenten des elektromagnetischen Feldes ansprechen. Bei kleinsten Bauformen haben sie einen hohen Wirkungsgrad. Wegen ihrer extrem hohen Betriebsgüte sind sie sehr schmalbandig und sorgen so für eine zusätzliche hohe Vorselektion. Sie eignen sich sehr gut als Peilantennen. Magnetic signals can be used to transmit signals, especially in water Antennas are used. Magnetic antennas have the advantage that they more strongly on the magnetic components of the electromagnetic field speak to. With the smallest designs, they have a high degree of efficiency. Because of Due to their extremely high operational quality, they are very narrow-band and thus ensure a additional high preselection. They are very suitable as DF antennas.

Durch ungünstige äußere Einflüsse, beispielsweise durch starke Strömung, unterschiedliche Temperaturschichtungen des Wasser oder Eisgang kann es vorkommen, dass durch Reflexion der Wellen Schwingungen und Rauschen den Empfang der Signale erschwert. Um eine eindeutige Identifizierung der zu empfangenden Signale sicherzustellen, wird der Empfang der Signale dann gestoppt. Dadurch wird der Empfang falscher Befehle oder die Übermittlung falscher Daten vermieden. Stellt der Empfänger eine Störung fest, kann er seinerseits eine Fehlermeldung an den Sender funken. Darin kann der Sender aufgefordert werden, die zu sendenden Daten zunächst zwischenzuspeichern. Erst dann, wenn sich die Übertragungssituation verbessert hat, können die Daten durch den Empfänger abgerufen werden.By unfavorable external influences, for example by strong currents, there may be different temperature stratifications of the water or ice that vibrations and noise reflect the waves It is difficult to receive the signals. To uniquely identify the to receive signals, the reception of the signals is then stopped. This will result in the receipt of incorrect commands or the transmission of incorrect data avoided. If the receiver detects a malfunction, it can in turn cause one Radio the error message to the transmitter. The transmitter can be asked to temporarily store the data to be sent. Only when the Transmission situation has improved, the data can be sent by the recipient be retrieved.

Da die Sender und Empfänger gegen Feuchtigkeit empfindliche Geräte sind, ist die vollkommene Kapselung für einen Einsatz unter Wasser aufwendig. Dieser Aufwand kann vorteilhaft eingespart werden, wenn für eine Übertragung der Signale von Land oder von einem Schiff an einen Emfänger unter Wasser nur die Antenne ins Wasser taucht. Diese Vorgehensweise empfiehlt sich auch für die Signalübertragung auf dem umgekehrten Weg von einem Sender unter Wasser an einen Empfänger auf dem Land oder auf einem Schiff.Since the transmitters and receivers are moisture sensitive devices, the perfect encapsulation for use under water. This effort can advantageously be saved if for a transmission of signals from land or from a ship to a receiver under water only the antenna into the water surfaced. This procedure is also recommended for signal transmission on the reverse path from a transmitter underwater to a receiver on the Land or on a ship.

Anhand von Ausführungsbeispielen wird die Erfindung näher erläutert:The invention is explained in more detail using exemplary embodiments:

Es zeigen:Show it:

Fig. 1 die Übertragung von Signalen ausschließlich im Medium Wasser und Fig. 1, the transmission of signals only in the medium of water and

Fig. 2 die Übertragung von Signalen sowohl durch das Medium Luft als auch durch das Medium Wasser, bidirektional, wobei sich Sender und Empfänger jeweils abwechselnd in einem der Medien befinden. Fig. 2 shows the transmission of signals both through the medium of air and through the medium of water, bidirectionally, the transmitter and receiver being alternately in one of the media.

Die Fig. 1 und 2 zeigen in einer schematischen Darstellung jeweils einen Schnitt durch ein Gewässer 1. Auf der Wasseroberfläche 2 in der Fig. 1 schwimmen zwei Schiffe 3 und 4. Das Schiff 3 hat einen Sender und Empfänger 5 mit einer Antenne 6 am Schiffsboden 7 im Wasser 1 angeordnet. Figs. 1 and 2 show in a schematic representation, respectively a section through a body of water 1. Two ships 3 and 4 float on the water surface 2 in FIG. 1. The ship 3 has a transmitter and receiver 5 with an antenna 6 on the ship floor 7 in the water 1 .

Das Schiff 4 trägt einen Sender und Empfänger 8 auf dem Schiffsdeck 9, während nur die Antenne 10 ins Wasser 1 taucht. Zwischen den beiden im Medium Wasser 1 befindlichen Antennen 6 und 10 erfolgt die Übertragung der Signale 11 bidirektional. Auf dem Grund 12 des Gewässers 1 befindet sich eine Messstation 13 mit einer Antenne 14. Auch mit dieser Messstation kann das Schiff 3 über den Sender und Empfänger 5 in Kontakt treten. Beispielsweise zur Abfrage der in der Messstation 13 gespeicherten Daten können diese von der Messstation 13 über die Antenne 14 an die Antenne 6 des Senders und Empfängers 5 unter dem Schiff 3 gefunkt werden, wie durch das Übertragungssymbol 15 gekennzeichnet wird.The ship 4 carries a transmitter and receiver 8 on the ship deck 9 , while only the antenna 10 is immersed in the water 1 . The signals 11 are transmitted bidirectionally between the two antennas 6 and 10 located in the medium water 1 . On the bottom 12 of the water 1 there is a measuring station 13 with an antenna 14 . The ship 3 can also make contact with this measuring station via the transmitter and receiver 5 . For example, to query the data stored in the measuring station 13 , these can be radioed from the measuring station 13 via the antenna 14 to the antenna 6 of the transmitter and receiver 5 under the ship 3 , as is indicated by the transmission symbol 15 .

In Fig. 2 ist eine andere Übertragungssituation dargestellt. Mit dem vorhergehenden Ausführungsbeispiel übereinstimmende Merkmale sind mit denselben Bezugsziffern bezeichnet. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel trägt das Schiff 16 einen Sender und Empfänger 17 auf seinem Schiffsdeck 18. Die Antenne 19 ist allerdings im vorliegenden Ausführungsbeispiel auf einem Mast 20 installiert. Von hier aus erfolgt die Übertragung der Signale 21 zu einer Messstation 13 zunächst durch das Medium Luft 22 und anschließend, nach Durchtritt durch die Wasseroberfläche 2, durch das Medium Wasser 1 zur Antenne 14 der auf dem Grund 12 des Gewässers verankerten Messstation 13. Die Übertragung der Signale von der Messstation 13 zum Empfänger 17 auf dem Schiff 16 erfolgt zunächst durch das Medium Wasser 1 und dann durch das Medium Luft 22.Another transmission situation is shown in FIG . Features which correspond to the previous exemplary embodiment are designated by the same reference numerals. In the present exemplary embodiment, the ship 16 carries a transmitter and receiver 17 on its ship deck 18 . In the present exemplary embodiment, however, the antenna 19 is installed on a mast 20 . From here, the signals 21 are transmitted to a measuring station 13 first through the medium air 22 and then, after passing through the water surface 2 , through the medium water 1 to the antenna 14 of the measuring station 13 anchored on the bottom 12 of the water. The transmission of the signals from the measuring station 13 to the receiver 17 on the ship 16 takes place first through the medium water 1 and then through the medium air 22 .

Claims

1. Transmission of signals from an antenna of a transmitter to the antenna of a receiver by means of wireless radio in the VHF or UHF range, characterized in that the signals are transmitted exclusively or at least on a 5 part of the transmission path in the medium water.

2. Transmission of radio signals according to claim 1, characterized in that the transmission of the signals on the other section of the Transmission path takes place in the medium of air.

3. Transmission of radio signals according to claim 2, characterized in that the antenna of the transmitter is in the medium air and the antenna of the Receiver is located in the medium of water.

4. Transmission of radio signals according to claim 2, characterized in that the antenna of the transmitter is in the medium of water and the antenna of the receiver is in the medium air.

5. Transmission of radio signals according to one of claims 1 to 4, characterized characterized that the preferred range of wavelength in which the Transmission of the signals takes place between approximately 6 m and 0.5 m.

6. Transmission of radio signals according to one of claims 1 to 5, characterized characterized that transmission in an extremely narrow band Frequency range.

7. Transmission of radio signals according to one of claims 1 to 6, characterized characterized that the signals generated by Frequency Shift Keying (FSK) become.

8. Transmission of radio signals according to one of claims 1 to 7, characterized characterized in that the length and / or shape of the receiving antenna the change in wavelength is set by the medium water.

9. Transmission of radio signals according to one of claims 1 to 8, characterized characterized that magnetic antennas are used.

10. Transmission of radio signals according to claim 9, characterized in that the manic antennas preferred when transmitting in water be used.

11. Transmission of radio signals according to one of claims 1 to 10, characterized characterized that the receiver in the event of interference with the reception of the signals, especially by beating and noise, the reception of the signals stops.

12. Transmission of radio signals according to claim 11, characterized in that in the event of a reception disturbance, the recipient in turn Error message sent to the transmitter.

13. Transmission of radio signals according to claim 11 or 12, characterized characterized in that in the event of a fault in the transmission of the signals Receiver requests the transmitter to save the data to be transmitted and to transmit only after request.

14. Transmission of radio signals according to one of claims 1 to 13, characterized characterized by a transmitter or a receiver on land or on a ship only the antenna is immersed in the water for transmission Signals to a receiver or from a transmitter that is in the Water.