DE2331591A1

DE2331591A1 - Mit ultraschall arbeitendes unterwasser-uebertragungssystem

Info

Publication number: DE2331591A1
Application number: DE2331591A
Authority: DE
Inventors: Alain Georges Segui
Original assignee: Agence National de Valorisation de la Recherche ANVAR
Current assignee: Bpifrance Financement SA
Priority date: 1972-06-23
Filing date: 1973-06-20
Publication date: 1974-01-03
Also published as: GB1445733A; DE2331591B2; FR2189950A1; DE2331591C3; FR2189950B1; US3893062A

Description

M J ■■» r. ; a :: tv £1 χ ₆

•3r. - f-η ι; ti > ο ^ ^ r, 8 Münc^n ;;, m-mc.-»^. _4k

A 12 677 / A 12 678

AGENCE NATIONALE DE VALORISATION DE LA RECHERCHE "ANVAR"

13, rue Madeleine Michelis

F-92200 NEUILLY-SUR-SEINE

Mit Ultraschall arbeitendes Unterwasser-Ubertragungssystem

Die Erfindung betrifft ein übertragungssystem, dessen Aufgabe darin liegt, beim Empfang auftretende Interferenzen auszuschalten, die durch die Vielzahl der Ausbreitungsstrecken verursacht werden. Insbesondere befaßt sich die Erfindung mit einem mit Ultraschall arbeitenden Unterwasser-übertragungssystem.

Bei einer unter Wasser bestehenden Verbindung zwischen einem über der Meeresoberfläche liegenden und einem unter der Meeresoberfläche befindlichen Punkt bzw. bei einer Verbindung zwischen zwei unter der Meeresfläche liegenden Punkten sind infolge der Reflexionen am Grund und an der Oberfläche des Meeres mehrere Ausbreitungs- bzw. Verbindungsstrekken möglich. Es kann davon ausgegangen werden, daß zwischen dem Sendepunkt und dem Empfangspunkt eine Viasserschicht liegt, die von Flächen umgeben ist, die Ultraschallwellen reflektieren. Demzufolge sind beim Empfang Messungen vorzunehmen, um die Interferenzen auszuschalten. Somit werden sowohl beim Empfang als auch bei der Sendung Wandler mit sehr starker Richtwirkung eingesetzt, die jeweils, auf die Richtungen ausgerich-

309881/0545

Wb/wb . tet

tet sind, die der direkten bzw. der kürzesten Übertragungsstrecke entsprechen, wobei die Signale, die sich auf Sekundär-Übertragungsstrecken fortpflanzen, wesentlich schwächere Signalpegel gegenüber den Signalen zeigen, die sich auf der direkten bzw. auf der kürzesten Übertragungsstrecke ausbreiten. Dieses Verfahren ist jedoch nur dann mit einfachen Hilfsmitteln auszuführen, wenn die Sendepunkte und die Empfangspunkte bekannt sind.

Im Hinblick auf die Beseitigung von Auswirkungen der Mehrfach-übertragungsstrecken wurden neben der Ausnutzung des Richteffektes von Wandlern bereits andere Methoden eingesetzt.

So wurde beispielsweise vorgeschlagen, mehrere Sender zu verwenden, die auf mehreren benachbarten Sendefrequenzen arbeiten, wobei die Signale im Empfänger gemischt werden. So ist gleichfalls entsprechend dem US-Patent . Nr. 2 278 779 vorgesehen, bei der Sendung einen Träger einzusetzen, dem neben der Modulation des zu übertragenden Signals eine konstante Modulation überlagert wird, um den Effekt von Sendungen mehrerer benachbarter Träger zu simulieren, wobei nach wie vor ein herkömmlicher Empfänger Verwendung findet. Mit Hilfe dieser Methode ist es jedoch noch nicht möglich, eine Trennung und damit Auswahl der Signale vorzunehmen, deren Ausbreitung auf verschiedenen Übertragungsstrecken erfolgte.

Kürzlich wurde zur Lösung des Problems vorgeschlagen, bei der Sendung eine Kodierung jeder Elementar-Information einzusetzen, während beim Empfang ein Vergleich jeder empfangenen kodierten Elementar-Information mit jeder der Elementar-Informationen vorgenommen wird, deren 'Kode bekannt ist, um hierdurch sicherzustellen, daß nur diejenige der Informationen ausgewertet wird, die die beste Korrelation aufweist. Diese Methode erfordert zu ihrer Durchführung eine Erweiterung des Empfängers mit komplizierten und kostspieligen logischen Datenverarbeitungs-Einrichtungen und ermöglicht darüber hinaus noch keine Trennung von Signalen, die unterschiedliche Übertragungsstrecken durchlaufen haben.

881/0545 —

In der Zielsetzung der Erfindung liegt demnach die Aufgabe, ein mit Ultraschall arbeitendes Unterwasser-Übertragungssystem zu schaffen, das die vorher genannten Nachteile ausschließt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Schwebungs-Zwischenfrequenz der empfangenen modulierten Trägerfrequenz und der ersten Ortsfrequenz im Empfänger durch ein Bandfilter ausgesiebt wird, dessen Mittenfrequenz in Abhängigkeit von der Länge einer Unterwasser-Übertragungsstrekke zwischen dem Sender und dem Empfänger und außerdem in Abhängigkeit von der Phasenverschiebung gewählt ist, die zwischen der Änderung der Trägerfrequenz und der der Ortsfrequenz auftritt.

Darüber hinaus liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Übertragungssystem zu schaffen, mit dessen Hilfe es möglich ist, Signale zu trennen, die unterschiedliche Übertragungsstrecken durchlaufen haben, wobei insbesondere nur das Signal beibehalten bzw. ausgewertet wird, das sich auf der direkten bzw. auf der kürzesten Übertragungsstrecke ausgebreitet hat.

Eine besonders vorteilhafte Verwirklichung der Erfindung liegt darin, daß bei dem vorgeschlagenen Übertragungssystem die Trägerfrequenz periodische Änderungen nach einem vorherbestimmten Änderungsgesetz erfährt, wobei im Übertragungssystem die Ortsfrequenz d-es Empfängers ebenfalls periodische Änderungen nach dem gleichen vorherbestimmten Änderungsgesetz erfährt, wonach die Schwebungsfrequenz der modulierten Trägerfrequenz und der Ortsfrequenz durch ein Bandfilter ausgesiebt wird, dessen Mittenfrequenz in Abhängigkeit von der Länge einer Übertragungsstrecke zwischen dem Sender und dem Empfänger und außerdem in Abhängigkeit von der Phasenverschiebung gewählt ist, die zwischen der Änderung der Trägerfrequenz und der der Ortsfrequenz auftritt.

- 4

"309881/05 U 5

Zur näheren Erläuterung des erfindungsgemäß aufgebauten Übertragungssystems befaßt sich der nun folgende Teil der Beschreibung mit einem bekannten Höhenmeßsystem für Flugzeuge, bei dem die Frequenz eines Kurzwellensenders zwischen zwei vorherbestimmten Grenzen variiert wird. Die ausgesendeten und am Boden reflektierten Wellen gelangen mit einer bestimmten Verzögerung gegenüber der zum gleichen Zeitpunkt ausgesendeten Welle zum Empfänger, wobei sich dieser Verzögerungswert proportional zur Höhe des Flugzeuges über Grund verhält. Die sich hieraus ergebende Schwebungsfrequenz wird mit einem Frequenzmesser erfaßt und auf einem Meßgerät angezeigt, das gegebenenfalls direkt" in Metern geeicht sein kann.

Der Sender und der Empfänger, beide im Flugzeug montiert, können entweder als getrennte Einheiten auftreten oder als ein Gerät kombiniert sein.

Nach einem weiteren Wesenszug handelt es sich bei der Änderung der Trägerfrequenz um eine lineare Änderung und zv/ar ausgehend von einer unteren Grenze und bis zu einer oberen Grenze. Weiterhin geht erfindungsgemäß jeder elementaren Änderungsperiode der vom Sender ausgegebenen Trägerfrequenz die Sendung eines Synchronisierungssignals voraus, das nach Empfang im Empfänger bei nachfolgender Gleichrichtung die Auslösung der Änderung der Ortsfrequenz bewirkt.

Nach einem anderen Wesenszug umfaßt der Empfänger mehrere Ortsoszillatoren, die der gleichen Zahl von unterschiedlichen Ausbreitungsstrecken entsprechen, deren Frequenzänderungen wiederum durch die Aufeinanderfolge von Synchronisierungssignalen ausgelöst werden, die über die unterschiedlichen Übertragungsstrecken empfangen werden, wobei jeder Ortsoszillator einem Analog-Vervielfacher zugeordnet ist, dem ein Filter nachgeschaltet ist, das auf die Schwebungsfrequenz abgestimmt ist, wobei die Ausgangssignale der Filter gleichgerichtet und kombiniert werden und zwar nach Durchgang durch die Verzögerungsleitungen, deren Verzögerungswerte von den Abweichungen der Übertragungsweglängen abhängen.

_ ₅ .3 09881/05 4 5 v_nt.

Entsprechend einem anderen Wesenszug der Erfindung wird die Trägerfrequenz mehreren gleichzeitig auftretenden Änderungen ausgesetzt, deren Änderungsgesetze übereinstimmen, wobei der Empfänger mit der gleichen Anzahl von Filtern ausgerüstet ist wie gleichzeitige Änderungen auftreten können, wobei diese Änderungen synchron verlaufen, wodurch es wiederum ermöglicht wird, Digitalinformationen parallel mit der gleichen Anzahl von Zustandspaaren wie Änderungen zu übertragen.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung gehen aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispieles in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen hervor, von denen

- Figur 1 - in Form eines Blockdiagramms einen Sender und

einen Empfänger darstellt, die nach dem erfindungsgemäßen System arbeiten;

- Figur 2 — einen speziellen Generator darstellt, der in dem

in Figur 1 gezeigten Sender verwendet wird;

- Figur 3 - ein Schema darstellt, das mehrere Ausbreitungsstrecken unter Wasser und zwischen einem Sender einerseits in Nähe der Oberfläche und einem Emp-' fänger andererseits am Grunde des Meeres zeigt;

- Figur 4 - die zeitabhängigen Änderungen der Trägerfrequenz

bei Sendung und bei Empfang aufzeigt;

- Figur 5 — einen Spannungs/Frequenz-Umsetzer zeigt, der in dem

in Figur 1 gezeigten Sender verwendet wird und

- Figur 6 - in detaillierterer Form den in Figur 1 dargestellten Empfänger zeigt. "

Figur 1 stellt einen Sender 1 dar, der die zu übertragenden Informationssignale auf einer Klemme 2 empfängt und der Ultraschall-Frequenzsignale auf einen Wandler 3 überträgt, dessen

- 6 - Aufgabe

309881/0545

Aufgabe darin liegt, Ultraschallwellen in ein flüssiges Medium zu übertragen, das durch den Pfeil 4 dargestellt wird; ferner . einen Empfänger 5, der mit einem Ultraschallwellen-Wandler 6 ausgerüstet ist, um die durch 3 abgestrahlten Ultraschallwellen zu empfangen, wonach die gleichgerichteten Signale einer Ausgangsklemme 7 für Informationssignale übertragen werden.

Entsprechend dem erfindungsgemäßen System umfaßt der Sender 1 einen Oszillator 8, dessen Frequenz sich nach einem linear verlaufenden Gesetz ändert und dem ein Modulator 9 und ein Leistungsverstärker 10 nachgeschaltet ist, dessen Ausgang mit dem Wandler 3 verbunden ist. Die auf die Klemme 2 übertragenen Informationssignale werden in einer Schaltung 11 verarbeitet, bei der es sich beispielsweise um einen Analog/Digital-Umsetzer handeln kann, der die auf die Klemme 2 übertragene Analog-Information in eine kodierte Impulsfolge umwandelt, die anschliessend dem Modulator 9 übertragen wird. Darüber hinaus ist ein Taktgeber 12 mit dem Zweck vorgesehen, die Synchronisierung des Oszillators 8 und den Betrieb des Umsetzers 11 zu gewährleisten.

Der Empfänger 5 umfaßt einen Analog-Vervielfacher 13, von dem ein Eingang mit dem Wandler 6 verbunden ist und dem ein Bandpaßfilter folgt (Filter 14), dem wiederum ein Demodulator /Gleichrichter 15 nachgeschaltet ist. Der zweite Eingang des Vervielfachers 13 ist mit dem Ausgang eines Ortsoszillators 16 verbunden, dessen Frequenz sich nach der gleichen linearen Beziehung wie der des Oszillators 8 ändert.

Im Sender 1 überträgt ein Synchronisierungssignalgenerator 17 dem Verstärker 10 Synchronisierungssignale, die im Empfänger 5 in einem Filter 18 ausgesiebt werden, dem eine logische Schaltung 19 nachgeschaltet ist, die die Synchronisierungssignale dem Ortsoszillator 16 in der Form überträgt, daß seine Frequenzänderung mit der des Oszillators 8 synchronisiert wird. Der Generator 17 ist darüber hinaus mit dem Taktgeber 12 verbunden.

- 7 - Bevor

309881/05 4 5

Bevor die Betriebsweise der Schaltungen der Sender 1 und des Empfängers 5 im Einzelnen beschrieben wird, soll entsprechend der Darstellung der Figur 5 der Fall einer Übertragung beschrieben werden, die zwischen· dem Sender 1 und dem Empfänger 5 in einer bestimmten Horizontalentfernung r und einer Tiefe h stattfindet, wobei der Wert für 'r¹ wesentlich größer ist als der Wert für 'h' (der Sender 1 wird hierbei an der Oberfläche des Meeres befindlich angenommen, der Empfänger 5 am Grund). Unter diesen Voraussetzungen sind zwischen 1 und 5 mehrere Übertragungs- bzw. Ausbreitungsstrekken möglich.

Beim Empfang durch den Empfänger 5 ergibt sich der Winkel θο der direkten Ausbreitungsstrecke durch die Beziehung:

θο = arc tg—

Somit ergibt sich gleichfalls für den Einfallswinkel θο des η ^e Stör-Ausbreitungsweges (in Figur 3 η — 2):

θ = arc tg r

(2n + l)h

Die Länge des optischen Weges der direkten Ausbreitungsstrekke wird durch folgende Beziehung gegeben:

zo = h

cos θο

ten Somit ergibt sich gleichfalls für den η Stör-Ausbreitungs-

^weg: (2n + Dh

zn =

cos θη

Der Energieverlust (ohne Berücksichtigung der Absorption) ergibt sich, aus der ausreichend bekannten Beziehung:

H = 20 Log zn + nR

wobei H in dB, zn in Metern und R als Koeffizient ausgedrückt werden, der vom Einfallswinkel und von der Art der Bestandteile abhängt, aus denen sich der Grund des Meeres zusammensetzt.

~ ⁸ ~ Somit

309881/0545

Somit ergibt sich beispielsweise für r = 2000 in und h = 80 m die folgende Wertetabelle:

Strecke	θη	R	Länge in m	Verluste	r2	Laufzeit in ms	334,75	Verzögerung in ms
0	87°72	0	2002,1	66	,9	1	342,89	0
1	8 3Oi 5	0	2014,34	66		1	359,73	8,1
2	78°69	0,46	2039,6	67,	1	384,61	25
3	74°35	1,3	2076,9	69,	1	417,IO	49,-8
4	7O°2O	1,5	2125,56	72	1	82,352

Diese Tabelle zeigt auf, daß unter der Voraussetzung, Strecken vernachlässigen zu können, deren Pegel um zumindest 3 dB abgeschwächt sind, darüber hinaus noch drei Ausbreitungsstrecken verbleiben, die berücksichtigt werden müssen. Außerdem ist festzustellen, da/2, die dritte Ausbreitungsstrecke gegenüber der ersten eine Verzögerung von 25 ms aufweist.

Es ließe sich ohne weiteres nachweisen, daß eine einfache Amplitudenmodulation zu einem Empfang führen würde, der durch Rekombinationen von Signalen unterschiedlicher Ausbreitungsstrekken gestört wäre oder zumindest die Modulation erschweren würde, die durch eine ausreichend redundante Impulskodierung von der Art eines Kode mit Fehlerkorrektur übertragen wird. Außerdem wäre ohne weiteres zu erkennen, daß die Kohärenz einer herkömmlichen Frequenzmodulation durch die Rekombinationen zerstört würde.

Die Darstellung der Figur 4 läßt in einfacher Weise die Betriebsform des erfindungsgemäßen Übertragungssystems erkennen.

Die in Figur 4 gezeigte Kurve 20 stellt in Abhängigkeit von der Zeit t die Änderung der Frequenz des Trägers am Ausgang der Schaltung 8 des Senders 1 dar. Diese Änderung weist Sägezahnform der Periode T auf, d.h., daß bei jedem Frequenzzyklus die Frequenz linear von FO auf Fs ansteigt; anschließend wird

- 9

309881/0545

diese

diese sehr schnell auf die Frequenz FO geführt und bleibt während eines kurzen Zeitintervalls konstant und gleich dem Wert FO. Im Anschluß daran wird der Frequenzänderungszyklus wieder aufgenommen.

Die in Figur 4 gezeigte Kurve 21 zeigt in Abhängigkeit von der Zeit t die Änderung der Frequenz Fr des aus dem Ortsoszillator ■·· 16 des Empfängers 5 austretenden Signals. Die Änderungen dieser Frequenz weisen ebenfalls Sägezahnform auf und zwar bei einer Frequenz, die von FRO auf FRs ansteigt (wobei das Ansteigen linear verläuft), wonach eine schnelle Rückkehr zur Frequenz FRO und anschließend ein kurzes Zeitintervall folgt, während dem die Frequenz konstant und gleich dem Wert von FRO bleibt. Die Periode der Änderungen der Frequenz FR ist gleich der Periode T der Änderung der Frequenz F. Andererseits ist die Frequenzablage zwischen FRS und FRO gleich der, die zwischen FS und FO besteht.

Auf der Kurve 2 wurde ein Punkt 22 angegeben, der einen Empfangs Zeitpunkt im Empfänger 5 darstellt. Zu diesem Zeitpunkt empfängt der Wandler 6 von 5 die Signale, die vom Wandler 3 her über mehrere Ausbreitungsstrecken eintreffen. Da diese Ausbreitungsstrecken unterschiedliche Längen aufweisen, wurden die einzelnen bzw. unterschiedlichen und zum Zeitpunkt 22 empfangenen Signale durch 3 zu verschiedenen Zeitpunkten ausgesendet, so z.B. zum Zeitpunkt 23, was das Signal anlangt, das auf 6 über die Direktausbreitungsstrecke eintrifft oder zum Zeitpunkt 24, was das Signal betrifft, das bei 6 nach zwei Reflexionen ankommt bzw. zum Zeitpunkt 25, was un Signal betrifft, das bei 6 nach mehr als zwei Reflexionen ankommt. Zum Zeitpunkt 23 hatte der von 8 ausgehende Träger die Frequenz Fl, zum Zeitpunkt 24 die Frequenz F2 -und zum Zeitpunkt 25 die Frequenz F3. Wenn die durch. 6 empfangenen Signale den Analog-Vervielfacher bzw. den Mischer 13 durchlaufen, lassen diese Frequenz schwebungen mit der Frequenz des Ortsoszillators 16 zum Zeitpunkt 22, d.h. FR, auftreten,

-> ίο .τ -Demnach.

309881/0545

Demnach ergibt sich am Ausgang 13 ein Frequenzschwebungs-Signal von Fl - FR ein zweites Frequenzschwebungssignal F2 FR und ein drittes bei der Frequenz F3 - FR. Das Filter 14 ist beispielsweise auf die Schwebungsfrequenz Fl - Fr zentriert. Somit ergibt sich am Ausgang lediglich dia Komponente des Signals, das dem Direktübertragungsweg bzw. -strecke entspricht. Auf diese Weise wurde innerhalb des erfindungsgemäß aufgebauten Systems eine Trennung von Signalen vorgenommen, die sich auf unterschiedlichen Ausbreitungsstrecken fortgepflanzt haben.

Der kurze Zeitraum, während dem die Frequenz gleich FO bleibt, dient dazu, ein Synchronisierungssignal über den Generator 17 und den Verstärker 10 auszusenden, wobei dieses Synchronisierungssignal in 5 empfangen wird und eine Auslösung der linearen Änderung des Ortsoszillators 16 ermöglicht.

Der Oszillator8des Senders 1 kann durch einen¹Spannungsstufen-Generator¹ gebildet werden, dem ein Spannungs/Frequenz-Umsetzer nach.gescha.ltet ist. Figur 2 zeigt einen solchen Generator, der als erste Schaltung des Oszillators 8 verwendet werden kann.· Die Signale des Taktgebers 12 werden auf die Klemme 26 übertragen, die über einen veränderlichen Widerstand 27 mit dem negativen Eingang eines Operationsverstärkers 28 verbunden ist, der als Analog-Integrierglied mit hoher Zeitkonstante geschaltet ist. Die Reaktion des Ausgangs zum Eingang von 28 erfolgt über einen Kondensator 29. Der positive Eingang von 28 ist mit der Masse verbunden. Der Ausgang des Verstärkers 28 wird über einen Potentiometer-Widerstand 30 auf den postiven Eingang eines Operationsverstärkers 31 übertragen, der als Analog-Summierglied mit dem Zweck eingesetzt wird, dem Ausgangssignal des Verstärkers 28 eine Gleichspannung hinzuzufügen, um die gewünschte Frequenzänderung im entsprechenden Frequenzband einzuregeln. Der Ausgang des Verstärkers 31 ist an seinem negativen Eingang über einen Reaktions- bzw, Rückkopplungs-Widerstand 32 angeschlossen. Andererseits ist

- 11 - der

309881/0545

der negative Eingang von 31 mit der Masse über einen Widerstand 33 und ein Spannungsteiler 34 über einen Widerstand 35 verbunden.

Die sägezahnförmige Änderung am Ausgang des Verstärkers 28 ergibt sich, durch, eine Verbindung in Abzweigschaltung am Kondensator 29 unter Anschluß eines Feldeffekttransistors. Die Klemme 26 liegt normalerweise an einem Potential von - 15 Volt und das Integrierglied 28 liefert hierbei ein Ausgangssignai, dessen Amplitude linear ansteigt. Wird der Taktgeberimpuls (Taktgeber 12) auf die Klemme 26 übertragen, so löst dieser leicht positiv wirkende Impuls den Transistor 36 aus, der sehr schnell den Kondensator 29 entlädt, indem er den Ausgang des Integriergliedes 28 auf seine Ausgangsstellung zurückführt. Der Summierwiderstand 37 verbindet den Schieber des Regelwiderstands 30 mit dem positiven Eingang des Verstärkers 31. Das Ausgangssignal des 'Spannungsstufen-Generators¹ wird über die Klemme 38 auf die Eingangsklemme 39 des Spannungs/Frequenz-Umsetzers übertragen.

Nach einer besonderen Ausführungsform des erfindungsgemäß aufgebauten Systems wird die lineare Spannungsänderung in eine lineare Frequenzänderung umgesetzt und zwar in einem Umsetzer von der Art des in Figur 5 gezeigten Umsetzers, der eine Kippschaltung 40 mit nachgeschaltetem Verstärker 41 -und eine bistabi'le Kippstufe 42 umfaßt, die an den Ausgang 43 Rechtecksignale mit einer Frequenz liefert, die linear veränderlich ist.

Die Kippschaltung 40 kann einen Kondensator umfassen, der innerhalb einer Schaltung eingebaut wie ein Stromgenerator arbeitet, d.h. sich entlädt und der, sobald seine Spannung einen vorher festgelegten Wert erreicht, die Sendung eines Impulses bewirkt und unmittelbar im Anschluß daran wieder aufgeladen wird. Die Ladespannung des Kondensators wird auf die Klemme 39 übertragen und davon ausgehend, daß die von der Klemme 38 ausgehende Spannung linear zunimmt, nimmt die Zeit zu, während der sich der Kondensator der Schaltung 40 gleichzeitig mit der angelegten Spannung entlädt. Demzufolge steigt die Sendefrequenz der

_ΊΟ 309881/t)545 _T ,

-> 12 - Impulse

Impulse durch die Schaltung 40 linear an. Bei der Schaltung 41 handelt es sich um einen Verstärker mit hoher Eingangsimpedanz, der Impulse mit unterschiedlicher Folge an die bistabile Kippstufe 42 liefert, die durch eine entsprechend aufgebaute Kippstufe gebildet wird (Kippstufe JK), wobei diese wechselweise von der Schaltstellung 1 in die Schaltstellung 0 bzw. von der Stellung 0 in die Stellung 1 immer dann wechselt, wenn ein Impuls auf ihren Eingang gelangt. Somit ergibt sich am Ausgang von 42 ein frequenzmoduliertes Rechtecksignal.

Im Empfänger 5 kann der Ortsoszillator 16 einen Aufbau aufweisen, der mit dem des Oszillators 8 vergleichbar ist, wobei davon auszugehen ist, daß das Frequenzband dieses Ortsoszillators in der Form gewählt ist, daß sich am Ausgang des Mischers 13 eine geeignete Schwebungsfrequenz einstellt, wobei es sich bei der Ausgangsfrequenz des Oszillators 16 beispielsweise darum handelt, die Lage der Schieber der RegelwiderstänJe 30 und 34 (siehe Darstellung in Figur 2) zu verändern. Nach der Beschreibung des "Spannungsstufen-Generators' entsprechend Figur 2 wird deutlich, daß jeder Taktgeberimpuls die Ausgangsfrequenz des Oszillators S von der maximalen Frequenz FS schnell auf die Ausgangsfrequenz FO (Initialfrequenz) führt. Der Taktgeberimpuls wird ebenfalls auf den Synchronisierungssignal-Generator 17 übertragen, der zu diesem Zeitpunkt ein Synchronisierungssignal auf den Verstärker 10 überträgt. Bei diesem Signal handelt es sich beispielsweise um eine reine Frequenz des Wertes FO, die nach Aufnahme im Empfänger 5 vom Filter 18 ausgesiebt wird, dem eine logische Gleichrichterschaltung 19 nachgeschaltet ist, die wiederum auf den Oszillator 16 einen Impuls in der gleichen Form überträgt, wie der Taktgeber 12 einen_Impuls auf den Oszillator 8 führt, um die lineare Veränderung auszulösen.

In dem in Figur 1 gezeigten Ausführungsbeispiel wurde davon ausgegangen, daß die zu übertragende Information auf die Klemme 2 übertragen wurde, die mit einem Analog/Digi-

- 13 - tal-

309881/0545

tal-Uinsetzer 11 verbunden ist, dessen Ausgang auf den Modulator 9 übertragen wird und dessen Betrieb auf die Steuerung des Taktgebers 12 zurückzuführen ist. Bei diesem Fall einer Impulsmodulation kann es sich bei dem Modulator 9 um ein einfaches Analog-Gatter handeln, daß die Quell/Saug-Transmittanz eines Feldeffekttransistors dahingehend ausnutzt, die von der Schaltung 8 ausgesendete Trägerwelle abzutrennen.

Der in Figur 1 gezeigte Empfänger 5 wird in Figur 6 näher dargestellt. Dieser umfaßt ein erstes Bandfilter 44, das die Signale des Wandlers 6 über die Klemme 45 empfängt und das eine Begrenzung des Rauschbandes gegenüber den eingesetzten Frequenzen bewirkt. Diesem ist ein Analog-Vervielfacher 46 nachgeschaltet, dessen anderer Eingang mit dem Ausgang des mit veränderlicher Frequenz arbeitenden Ortsoszillators 47 verbunden ist. Der Ausgang des Vervielfachers 46 wird auf ein Filter 48 übertragen, dessen Bandbreite in der Form eingeregelt ist, daß nur ein Schwebungssignal durchgelassen wird, das einer einzigen Ausbreitungsstrecke entspricht. Der Ausgang des Filters 48 wird einem Frequenzumsetzer 49 übertragen, dessen zweiter Eingang mit einem mit fester Frequenz arbeitenden Ortsoszillator 50 verbunden ist. Auf diese Weise kann in noch einfacherer Form die Schwebungsfrequenz einer Stör-Übeftragungsstrecke ausgefiltert werden. Dem Ausgang des Frequenzumsetzers 49 ist eine Erfassungsschaltung nachgeschaltet, wobei es sich innerhalb einer bevorzugten Ausführung des erfindungsgemäß aufgebauten Übertragungssystems um einen quadratischen Detektor

51 handelt, 'dem selbst wiederum eine Schwellschaltung zur Auswahl der Schaltbefehle 52 nachgeschaltet ist. Die empfangenen Informationssignale werden über die Klemme 53 zur Verarbeitungsschaltung übertragen.

Der mit veränderlicher Frequenz arbeitende Ortsoszillator 47 wird durch die Schaltung 54 synchronisiert, die die empfangenen Synchronisierungssignale über 44 trennt. Ist die Schaltung 54 mit einer Zeitstaffelungs- bzw. Trenn-Schaltung für die von 44 empfangenen Synchronisierungssignale ausgerüstet, die aus

J.4 -? Ausbreitungsstrecken 309881/0545

Ausbreitungsstrecken unterschiedlicher Länge herrühren,so kann diese die getrennten Synchronisierungssignale auf mehreren Ausgängen, von denen der Ausgang 55 dargestellt wurde, ausleiten. Der Ausgang 55 ist nunmehr mit einem zweiten mit veränderlicher Frequenz arbeitenden Ortsoszillator verbunden, der dem Oszillator 47 vergleichbar ist und ein Signal mit veränderlicher Frequenz an einen zweiten Vervielfacher von der Art des Typs 46 überträgt und dem wiederum eine Kette von gleichen Schaltungen in der Art von 48, 49, 51 und 52 nachgeschaltet ist. Im Vergleich zu der in Figur 4 dargestellten Kurve 21 hätte die Veränderung der Ausgangsfrequenz des zweiten mit veränderlicher Frequenz arbeitenden Ortsoszillators zeitabhängig, gesehen die Lage der Kurve 56. Das Signal, das zu der Zeit entsprechend Punkt 57 empfangen wird, und die gleiche Ordinate wie der Punkt 22 von 21 aufweist und dessen Schwebungsfrequenz gleich Fl - FR ist, - entspricht dem Signal das in 1 zum Zeitpunkt 23 ausgesendet wird und das der zweiten Ausbreitungsstrecke gefolgt ist. Hieraus ist demnach, zu ersehen, daß mit einem Filter in der Art von 48 am Ausgang des zweiten Vervielfachers die Signale der zweiten Ausbrei tungs strecke ausgefil'tert werden können.

Das vom Generator 17 erzeugte Synchronisierungssignal^--kann ein Signal mit reiner Frequenz darstellen, ferner ein Signal mit Impulskompression bei Empfang, ein zufällig kodiertes Signal oder ganz allgemein jedes herkömmliche Synchronisierungssignal.

Wie bereits erwähnt besteht die Möglichkeit, im Sender 1 mehrere Oszillatoren 8 vorzusehen, deren Sequenzen parallel verlaufenden Änderungen -unterworfen sind, wobei die Trennung zwischen jeder Mindestfrequenz der Änderung ausreicht, um keinerlei Interferenzen auftreten zu lassen. Der Empfänger 5 ist selbstverständlich, mit der gleichen Zahl von Empfangskanälen wie Oszillatoren 8 ausgerüstet.· Eine in dieser Form gewählte Anordnung erraögliclit eine Parallelübertragung von In-

τ· 15 - ' formationen

309881/0545

- j.5 -

formationen auf jedem Übertragungskanal und insbesondere von Digitalinformationen, von denen jedes Zustandspaar einem Kanal entspricht.

Im obenbeschriebenen Beispiel wurde zwar von einer Impulsmodulation des Trägers ausgegangen, wobei jedoch das erfindungsgemäß aufgebaute System nicht auf diesen Modulationstyp beschränkt bleibt.

Somit kann in gleicher Weise eine analoge Amplitudenmodulation eingesetzt werden. Darüber hinaus ist das System nicht auf die Amplitudenmodulation beschränkt, sondern eignet sich für jeden Typ von Winkelmodulation und insbesondere für die auf zwei Schaltzuständen beruhende Phasenmodulation. Unabhängig von der jeweils eingesetzten Modulation muß die Bandbreite des modulierten Trägers unterhalb einer bestimmten Grenze bleiben, die von den Abständen zwischen den Längen benachbarter Ausbreitungsstrecken abhängt.

Auch ist schließlich darauf hinzuweisen, daß das erfindungsgemäß aufjebaute übertragungssystem nicht auf Ultraschallwellen beschränkt ist, sondern für ein beliebiges Frequenzband einsetzbar ist.

Es gilt als selbstverständlich, daß die beispielhaft beschriebene Anordnung des Übertragungssystems sämtliche hieraus mögliche Varianten gleichermaßen einschließt.

τ 16 ^ Schutzansprüche

309881/0545

Claims

- 16 - Schutzansprüche

1.1 Mit Ultraschall arbeitendes Unterwasser-Ubertragungssystera, bei dem die Trägerfrequenz des Senders und die erste Ortsfrequenz des Empfängers periodische Änderungen nach einem vorherb es tirront en Änderungsgesetz erfahren, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwebungs-Zwischenfrequenz der empfangenen modulierten Trägerfrequenz und der ersten Ortsfrequenz im Empfänger durch ein Bandfilter ausgesiebt wird, dessen Mit -enfrequenz in Abhängigkeit von der Länge einer Unterwasser-übertragungs- bzw. Ausbreitungsstrecke zwischen dem Sender und dem Empfänger und ausserdem in Abhängigkeit von der Phasenverschiebung gewählt ist, die zwischen der Änderung der Trägerfrequenz und der der Ortsfrequenz auftritt.

2. Übertragungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die periodische Änderung einem linearen Änderungsgesetz zwischen einer unteren und einer oberen Grenze folgt.

3. Übertragungssystem nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennz ei chnet, daß das Signal mit der Zwischenfrequen2 einer zweiten Frequenz-Umsetzerschaltung übertragen wird, der ein örtssignal mit einer zweiten, festen Ortsfrequenz zugeführt wird, wobei das Ausgangssignal der zweiten Frequenz-Umsetzerschaltung einem quadratischen

Detektor (51) zugeführt wird, um die Frequenzabweichungen der empfangenen Signale zu verdoppeln, die von den einzelnen Unterwasser-Ausbreitungsstrecken herrühren.

4. 'Übertragungssystem nach Anspruch 3, bei dem jede elementare Änderungsperiode der Trägerfrequenz des Senders nach der Aussendung eines Synchronisierungssignals folgt, das nach Gleichrichtung in einem Empfänger des Übertragungssystems die Auslösung der Änderung der ersten Ortsfrequenz bewirkt, dadurch gekennz eichnet, daß dieses

- 17 - System

309881/0545

System mehrere Empfänger umfaßt, deren Zwischenfrequenzen der gleichen Anzahl von Unterwasser-Ausbreitungsstrecken verschiedener Länge entsprechen und deren Änderungen der ersten Ortsfrequenzen durch die Aufeinanderfolge von Empfangssignalen ausgelöst werden, die durch die gleiche Anzahl von Unterwasser-Ausbreitüngsstrecken unterschiedlicher Länge empfangen werden, wobei die Empfänger praktisch in einem Punkt gruppiert sind und die Ausgangssignale der quadratischen Detektors nach Durchlauf in den Verzögerungsleitungen kombiniert sind, deren Verzögerungswerte von den Abweichungen der Längen der Ausbreitungsstrekken abhängen.

Übertragungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Trägerfrequenz aus mehreren Hilfsträgern zusammensetzt, die mehreren periodischen Veränderungen synchroner Art unterworfen sind und deren Veränderungsgesetze übereinstimmen, wobei der Empfänger für die gleiche Zahl von Zwischenfrequenzen ausgelegt ist wie Hilfsträger vorhanden sind, um die Digitalinformationen parallel mit der gleichen Anzahl von Zustandspaaren wie Hilfsträger zu übertragen.

309881/0545