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Die Erfindung betrifft eine Übertragungsvorrichtung zur Übertragung von Signalen aus dem Unterwasserbereich in den Überwasserbereich und umgekehrt.
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Die Überwasser-Unterwasserkommunikation ist insbesondere im militärischen Bereich von Bedeutung. Denkbar sind Einsatzszenarien wie zum Beispiel die Kommunikation zwischen U-Booten und Überwassereinheiten oder auch Tauchern, die abgesetzt werden und mit Schiffen kommunizieren müssen. Bei diesen speziellen Einsätzen müssen Übertragungsvorrichtungen zur Übertragung aus dem Unterwasserbereich in den Überwasserbereich und umgekehrt nicht nur eine reine Gatewayfunktion aufweisen, sondern sich auch taktisch an verschiedene Einsatzszenarien anpassen.
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Aus der
EP 0291041 B1 ist eine Meeresboje bekannt, die als bidirektionale Relaisstation zwischen einer Ultraschallsignale aussendenden und empfangenden Unterwasserkapsel und einer Bodenstation auf dem Festland dient. Die Meeresboje weist dazu einen akustischen Sender auf, um Befehle an die Unterwasserkapsel zu übertragen und ein Hydrophon zum Empfang von akustischen Signalen der Unterwasserkapsel. Dabei ist die Unterwasserkapsel entweder auf dem Meeresgrund abgesetzt, in die Sedimente am Meeresgrund eingebracht oder im Wasser frei schwebend. Die Meeresboje schwimmt an der Wasseroberfläche und muss, um ein Wegdriften zu vermeiden, mechanisch verankert werden.
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Aus der
DE 94 00 691 U1 ist eine Übertragungsvorrichtung zur Übertragung von Funk-Signalen zwischen einer mobilen Unterwasserstation und einer Überwasserstation bekannt, bei der ein Unterwasser-Signalerzeuger und/oder Signalempfänger mittels eines wasserdichten flexiblen Kabels mit einer Sende- und/oder Empfangseinrichtung gekoppelt ist, welche in einer freischwimmenden beweglichen Boje angeordnet ist. Durch Strömungen, Tiden oder Windsee driftet die Boje von dem anfänglichen bewusst gewählten Aussetzungsort immer wieder heraus.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine Übertragungsvorrichtung zur Übertragung von Signalen aus dem Unterwasserbereich in den Überwasserbereich zu schaffen, die selbständig ihre Position hält und autark über einen längeren Zeitraum einsetzbar ist.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den kennzeichnenden Merkmalen des Schutzanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.
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Der Grundgedanke der Erfindung liegt unter anderem darin, die Übertragungsvorrichtung aus einem Antriebskörper und einem Schleppkörper, die beide miteinander durch ein Verbindungskabel verbunden sind, zu bilden. Dabei weist der Antriebskörper Mittel zur terrestrischen Kommunikation und zur Satellitennavigation auf. Die Anordnung zur terrestrischen Kommunikation geeigneter Sende- und Empfangsmittel wie zum Beispiel Antennen ermöglichen es der Übertragungsvorrichtung, eine Funkverbindung zu Schiffen, Flugzeugen, Satellit oder Einrichtungen auf dem Festland zu halten. Die Satellitennavigation erfolgt über eine bekannte Satellitennavigations-Sende- und/oder Empfangseinrichtung wie beispielsweise einem GPS-Sender/Empfänger. Vorteilhaft nutzt die Übertragungsvorrichtung die Satellitennavigations-Sende- und/oder Empfangseinrichtung zur eigenen Positionsbestimmung und Navigation. Eine Energieversorgung ermöglicht einen autarken Einsatz der Übertragungsvorrichtung über einen längeren Zeitraum. Mittel zur Energieversorgung können in einer speziellen Ausführungsform auch Mittel zur Gewinnung von elektrischer Energie aus Sonnenenergie oder anderen Energieformen beinhalten. Der Schleppkörper befindet sich unterhalb der Wasseroberfläche und weist daher Mittel zur Signalerzeugung im Wasser und Mittel zum Signalempfang im Wasser auf. Dies erfolgt regelmäßig durch Hydrophon oder Sonden. Mittel zur Signalerzeugung im Wasser sowie Mittel zum Signalempfang im Wasser können in einer speziellen Ausführungsform auch Verstärkungs- und Kodiermittel beinhalten, die akustische Signale in Digitalsignale umwandeln. Ein Datenübertragungskabel gewährleistet den Datenaustausch beider Körper und dient erfindungsgemäß auch zur Energieversorgung des Schleppkörpers. Der Antriebskörper weist Mittel zur Fortbewegung sowohl auf dem Wasser als auch im Wasser und mindestens eine Steuer- und eine Auswerteelektronik und Mittel für einen Datenaustausch mit der Steuer- und Auswertelektronik auf. Der Antriebskörper kann damit als autonomes un bemanntes Über- und Unterwasserfahrzeug wirken. In Verbindung mit der Navigationsfähigkeit ist es somit möglich, jedes Wegdriften zu korrigieren und die Position der Übertragungseinheit zu halten. Es ist auch möglich, verschiedene Einsatzorte anzufahren und dort zu verbleiben. Der Antriebskörper muss damit nicht mehr am Einsatzort zeitaufwendig und geräuschstark verankert werden und wird auch nicht mehr durch Seegang, Wind oder Tiden in seiner Wirkung beeinträchtigt, da er zu jeder Zeit seine Position korrigieren kann. Vorteilhaft weist die Übertragungsvorrichtung Mittel zum Absinken und Auftauchen im Wasser sowie Mittel zur Tiefenmessung auf. Dies ermöglicht es der Übertragungsvorrichtung, sowohl über Wasser als auch unter der Wasseroberfläche zu operieren. Die Übertragungsvorrichtung kann auf den Meeresboden absinken und so beispielsweise Schlechtwetterperioden überbrücken. Auch ist es möglich, entweder Positionskorrekturen oder auch die eigentliche Anfahrt zum Einsatzort unter Wasser durchzuführen. Vorteilhaft wird dabei der Einfluss des Seegangs minimiert, was sich auch positiv im Energieverbrauch bilanziert. In einer speziellen Ausführungsform schleppt dabei der Antriebskörper den Unterwasserkörper hinter sich her. Das Verbindungskabel wirkt dabei erfindungsgemäß gleichermaßen als Schleppverbindung.
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Weiterhin weist die Übertragungsvorrichtung Sensoren zur Messung der Wassertemperatur, der Leitfähigkeit und des Wasserdrucks auf. Daraus können Dichte, Salzgehalt und Wassertiefe errechnet werden. Die Übertragungsvorrichtung kann somit die Tiefe und Schallgeschwindigkeit feststellen und beim Finden eines Schallgeschwindigkeitsminimums in dem Schallkanal über weite Distanzen kommunizieren. Es ist damit möglich, die für eine Übertragungsfunktion optimale Tiefe zu bestimmen.
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Vorteilhaft weist der Antriebskörper einen Aufnahmebehälter auf, der geflutet werden kann und in dem ein Kabelwickler zur Aufnahme des Verbindungskabels angeordnet ist. Erfindungsgemäß ist der Kabelwickler als Spule ausgeführt und mit einem Antrieb versehen, so dass das Verbindungskabel auf- und abgewickelt werden kann. Dadurch ergibt sich die Möglichkeit, die Länge der Kabelverbindung zwischen Antriebskörper und Schleppkörper im Betrieb zu verändern und so einer gewünschten Einsatztiefe anzupassen. Wird am Ende eines Einsatzes die Übertragungsvorrichtung beispielsweise durch ein Schiff aufgenommen, kann vorteilhaft das gesamte Verbindungskabel aufgewickelt werden. Eine Beschädigung des Verbindungskabels kann somit vermieden werden. Auch ist es möglich, während eines Einsatzes den Abstand des Schleppkörpers zum Antriebskörpers zu verändern und Einsatzbedingungen bezüglich einer optimalen Sendetiefe anzupassen.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform weisen Antriebskörper und Schleppkörper Mittel zur gegenseitigen Kopplung auf. Während des Transports der Übertragungsvorrichtung sind Antriebskörper und Schleppkörper aneinander gekoppelt. So ist beispielsweise auch eine Verbringung mittels Luftfahrzeug in ein Einsatzgebiet möglich. Die Übertragungsvorrichtung kann am gewünschten Ort im aneinandergekoppelten Zustand abgeworfen werden und entkoppelt sich anschleißend automatisch im oder unter Wasser. Grundsätzlich hat die gekoppelte Form der Übertragungsvorrichtung den Vorteil, dass sie in jeder denkbaren Art und Weise zum Einsatzort oder in die Nähe des Einsatzortes verbracht werden kann. Hier ist eine Verbringung direkt vom Festland, von Schiffen, U-Booten oder Luftfahrzeugen möglich. Vorteilhaft weist der Schleppkörper im gekoppelten Zustand mit dem Antriebskörper einen Hohlraum auf, der den Aufnahmebehälter des Antriebskörpers umschließt. Damit wird der Kabelwickler sowie das Datenverbindungskabel während des Transports oder beispielsweise des Abwurfs aus einem Luftfahrzeug geschützt.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung weisen Antriebskörper und Schleppkörper zusätzliche Sensoren wie zum Beispiel Trübungsmesser, Sauerstoffmesser und akustische Strömungsmesser auf. Ein Einsatz der Übertragungsvorrichtung als Frühwarnsystem für Naturkatastrophen oder aber auch nur zur Überwachung oder Messung von Unterwasserdaten ist somit möglich.
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Im Folgenden werden verschiedene Ausführungsformen der Erfindung an Hand der Zeichnungen detailliert beschrieben. Dabei zeigen:
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1 eine vereinfachte Darstellung einer Übertragungsvorrichtung,
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2a eine vereinfachte Draufsicht der Übertragungsvorrichtung außerhalb des Zielortes,
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2b eine vereinfachte Darstellung der Übertragungsvorrichtung im Abtauchvorgang,
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2c eine vereinfachte Darstellung der Übertragungsvorrichtung in Unterwasserfahrt,
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2d eine vereinfachte Darstellung der Übertragungsvorrichtung im aufgetauchten Zustand,
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3 eine vereinfachte Darstellung des Einsatzes der Übertragungsvorrichtung.
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1 zeigt eine mögliche Ausführungsform einer Übertragungsvorrichtung 1 in vereinfachter Darstellung. Ein Antriebskörper 2, der als Druckkörper ausgebildet ist, weist Mittel zur terrestrischen Kommunikation 5 auf. Mittels einer Funkantenne sowie einem Funkmodem, die im Einzelnen in 1 nicht dargestellt sind, kann die Übertragungsvorrichtung Verbindung zu Überwassereinheiten, die ebenfalls nicht in 1 dargestellt sind, halten. Alternativ zur Funkverbindung ist auch eine Kommunikation über Laser möglich. In Gegensatz zur Hochfrequenztechnik ermöglicht die Lasertechnologie die Überragung großer Datenmengenden wie beispielsweise Live-Videos in Echtzeit. Über einen GPS-Sender/Empfänger, in 1 als Mittel zur Satellitennavigation 6 vereinfacht dargestellt, kann der Antriebskörper seine Position bestimmen. Der Antriebskörper weist eine eigene Stromversorgung 7 auf, mit der auch ein Schleppkörper 3 über ein Verbindungskabel 4 mit Energieversorgt wird. Der Schleppkörper 3 wirkt als Akustikwandler und verfügt daher über ein in 1 nicht dargestelltes Akustikmodem. Der Antriebskörper weist einen eigenen Antrieb 11 mit eigener Steuerung 12 auf, so dass dieser, vergleichbar mit einem autonomen Über- und Unterwasserfahrzeug, sich autark über Wasser und unter Wasser bewegen kann. Hier ist die Verwendung eines Strahlantriebs denkbar. Eine eigene Software ermöglicht es dem Antriebskörper 2, alle ermittelten Daten selbst auszuwerten und entweder eine vorgegebene Position zu halten oder zu einer vorgegebenen Position zu fahren. Dabei ist der Antriebkörper 2 in der Lage, auf Wettereinflüsse und Seegang zu reagieren und auch abzutauchen.
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2a bis 2d zeigen die Übertragungsvorrichtung 1 in vereinfachter Darstellung in einem denkbaren Einsatzszenario. Dabei zeigt 2a die Übertragungsvorrichtung 1 als Draufsicht auf dem Wasser schwimmend. Weiterhin ist eine mögliche Zielposition 30 als Kreuz dargestellt. In diesem Ausführungsbeispiel ist um die Zielposition 30 ein Kreis mit einem Radius von 150 m beispielhaft dargestellt. In diesem Radius soll sich die Übertragungsvorrichtung 1 aufhalten. Dazu bestimmt die Überragungsvorrichtung 1, nachdem die sie abgesetzt worden ist und Wasserkontakt hat, ihre Position und verfährt zu dem möglichen Zielort 30. In der in 2a dargestellte Situation ist die Übertragungsvorrichtung 1 bereits aus dem zulässigen Bereich der Zielposition herausgedriftet und schwimmt in einer Entfernung von 500 m zur Zielposition 30. Die Übertragungsvorrichtung 1 verfährt daher zurück zur Zielposition 30. In 2b ist das Abtauchen der Übertragungsvorrichtung 1 dargestellt. 2c zeigt die Übertragungsvorrichtung auf dem Rückweg zur Zielposition 30. Antriebskörper 2 und Schleppkörper 3 sind entkoppelt, so dass der Antriebskörper 2 den Schleppkörper 3 hinter sich herzieht. Der Schleppkörper 3 verfährt daher passiv. Denkbar ist hier auch der Einsatz von Flügeln am Schleppkörper, um sich in der Wassertiefe anzupassen. Hat die Übertragungsvorrichtung die ursprüngliche Zielposition erreicht, taucht der Antriebskörper 2 wieder auf und stellt die Funkverbindung wieder her. 2d zeigt die Übertragungsvorrichtung 1 im aufgetauchten einsatzbereiten Zustand. Je nach Einsatztiefe wird die Länge des Verbindungskabels 4 freigegeben, so dass der Schleppkörper 3 auf die vorgesehene Einsatztiefe sinkt. Der Antriebskörper 2 hält seine Positionen gegen etwaiges Abdriften. Abhängig von Seegang und Wetter sowie sonstigen Einflüssen, wie zum Beispiel bei denkbaren militärischen Einsätzen, ist ein Abtauchen der Übertragungsvorrichtung 1 auf den Meeresboden möglich. Die Übertragungsvorrichtung 1 legt sich dabei mit Antriebskörper 2 und Schleppkörper 3 auf den Meeresboden und kann in einen zeitlich definierten Ruhemodus übergehen. Die maximale Tauchtiefe ist dabei immer auch von der Beschaffenheit der Druckkörper abhängig.
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3 zeigt die Übertragungsvorrichtung 1 in vereinfachter Darstellung in Betrieb. Der Schleppkörper 3, der als strömungsgünstiger Akustikwandler ausgebildet ist, hängt unterhalb der Wasseroberfläche unter dem Antriebskörper 2. Die Einsatztiefe ist abhängig vom Einsatzszenario. Bei einem Einsatz von Tauchern 23 wäre beispielsweise eine Tiefe von 15 m denkbar. Der Antriebskörper 2 befindet sich an der Wasseroberfläche. GPS- und Funk-Betrieb werden aufgenommen. Wird vom Antriebkörper 2 festgestellt, dass er sich durch Drift aus einem vorher festgelegten Radius seines Einsatzortes außerhalb von wenigen hundert Meter befindet, taucht er ab und verfährt mit dem geschleppten Schleppkörper 3 zur ursprünglichen Position, taucht auf und beginnt wieder mit der Gatewayfunktionalität. Nach Ablauf einer vorgegebenen Einsatzzeit legt sich die Übertragungsvorrichtung 1 für eine voreingestellte Zeit auf den Meeresboden. Das Ruhen der Übertragungsvorrichtung 1 auf dem Meeresboden kann auch taktische Gründe haben. Beispielsweise ist denkbar, dass die Übertragungsvorrichtung 1 nach dem Absetzen zunächst auf den Meeresgrund abtaucht und dann zu gegebener Zeit erst auftaucht und ihre Gatewayfunktion wahrnimmt. Es ist immer auch möglich durch Abtauchen und Ruhen auf dem Meeresboden Schlechtwetterphasen zu überbrücken. Dies ist in 3 nicht dargestellt. Zur Aufnahme taucht die Übertragungsvorrichtung zur Wasseroberfläche auf, nimmt wieder den Betrieb auf oder kann über eine in 3 nicht dargestellte Pickup-Vorrichtung geborgen werden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Übertragungsvorrichtung
- 2
- Antriebskörper
- 3
- Schleppkörper
- 4
- Verbindungskabel
- 5
- Mittel zur terrestrischen Kommunikation
- 6
- Mittel zur Satellitennavigation
- 7
- Mittel zur Energieversorgung
- 8
- Mittel zur Signalerzeugung im Wasser
- 9
- Mittel zum Signalempfang im Wasser
- 10
- Mittel zur Datenübertragung
- 11
- Mittel zur Fortbewegung sowohl auf dem Wasser als auch im Wasser
- 12
- Steuer- und Auswerteelektronik
- 13
- Mittel für einen Datenaustausch mit der Steuer- und Auswerteelektronik
- 14
- Mittel zum Absinken und Auftauchen im Wasser
- 15
- Mittel zur Tiefenmessung
- 16.1
- Sensoren zur Messung der Wassertemperatur
- 16.2
- Sensoren zur Messung der Wasserleitfähigkeit
- 16.3
- Sensoren zur Messung des Wasserdruckes
- 17
- Aufnahmebehälter
- 18
- Kabelwickler
- 19
- Mittel zur gegenseitigen Kopplung
- 20
- Hohlraum
- 21
- Mittel zur automatischen Entkopplung
- 22
- Sensoren
- 23
- Taucher
- 24
- U-Boot
- 25
- Schiff
- 26
- Flugzeug
- 27
- Satellit
- 28
- Einrichtung auf dem Festland
- 29
- Zielposition
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- EP 0291041 B1 [0003]
- DE 9400691 U1 [0004]
