DE10019023A1

DE10019023A1 - Selbststeuerndes Richtfunksystem für Schiffe

Info

Publication number: DE10019023A1
Application number: DE10019023A
Authority: DE
Inventors: Oliver Lass
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2000-04-18
Filing date: 2000-04-18
Publication date: 2001-10-25

Abstract

Das Richtfunksystem weist eine auf einem Schiff (12) befindliche Richtantenne (11) auf. Die Richtantenne (11) wird auf ein Ziel gerichtet. Sie ist mit einem Steuergerät versehen, das Schiffsbewegungen, die durch Wellengang hervorgerufen wurden, kompensiert und die Richtantenne (11) in exakter Ausrichtung auf das Ziel hält. Auf diese Weise wird eine stabile Richtfunkstrecke geschaffen, die wegen ihrer Richtungsselektivität äußerst sicher gegen Abhören und Anzapfen ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein selbststeuerndes Richtfunksystem für Schiffe, insbesondere für die Übertragung von Daten und anderen Informationen von Schiff zu Schiff.

Richtfunkstrecken haben den Vorteil einer großen Richtungsselektvität, wobei ein scharf gebündelter Richtfunkstrahl von der sendenden zur empfangenden Antenne geschickt wird. Um eine solche Richtfunkverbindung anzuzapfen, muß ein Empfänger oder ein anderes Ableitungsorgan in den Richtfunkstrahl eingebracht werden, was relativ schwierig ist.

Bei der Datenübertragung zwischen Schiffen ist die Verwendung scharf gebündelter und daher richtungsselektiver Strahlen nicht möglich, weil beide Schiffe die Stationen einer Richtfunkstrecke bilden, sich fahrend bewegen und darüber hinaus den Wellenbewegungen ausgesetzt sind. Aufgrund dieser Bewegungen besteht ständig die Gefahr eines Abrisses der Richtfunkverbindung.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein selbststeuerndes Richtfunksystem für Schiffe zu schaffen, das eine hochrichtungsselektive Richtverbindung aufbauen und aufrechterhalten kann.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß mit den im Patentanspruch 1 angegebenen Merkmalen. Hiernach ist ein Steuergerät vorgesehen, das die Richtantenne bewegt und seinerseits auf Schiffsbewegungen anspricht. In Abhängigkeit von den Schiffsbewegungen wird die Richtantenne auf das Ziel ausgerichtet gehalten. Das Steuergerät kompensiert also die durch Seegang und Wellenbewegungen hervorgerufenen Schiffsbewegungen. Dabei können entsprechende Sensoren getrennt für Gier- und Rollbewegungen sowie Nickbewegungen vorgesehen sein. Die Schiffsbewegungen können beispielsweise entlang von sechs Achsen getrennt ermittelt werden. Ein Rechner berechnet dann die Auswirkungen der Schiffsbewegungen auf die Position und Ausrichtung der Richtantenne und das Steuergerät steuert durch Betätigung entsprechender Antriebseinrichtungen die Richtantenne so, dass sie auf das Ziel ausgerichtet bleibt. Das Ziel kann ein Sender, ein Empfänger oder beides sein. Vorzugsweise ist das Ziel eine Richtantenne gleichen Typs, so dass beide Richtantennen bidirektional miteinander kommunizieren können. Jede der Richtantennen eines Paares wird auf die andere Richtantenne ausgerichtet und jede Richtantenne gleicht die Schwankungen ihres eigenen Schiffes aus. Dabei erfolgt eine zusätzliche Nachführung entsprechend etwaiger Fahrbewegungen der Schiffe.

Zum Einpeilen der Richtfunkverbindung kann die Richtantenne eine Maser-Strahlenquelle aufweisen. Eine Maser-Strahlenquelle sendet ein definiertes Strahlenbündel im GHz-Bereich aus.

Dieses Strahlenbündel aus elektromagnetischer Strahlung wird (wie bei einem Laser) durch einen Hohlraumresonator erzeugt und als kohärentes Signal ausgegeben. Die Richtfunkantenne sendet das Maser-Strahlenbündel mit hoher Parallelität aus. Wenn am Ziel der Empfang dieses Strahlenbündels erkannt, wird, sind beide Antennen exakt zueinander ausgerichtet. Dann kann mit Hilfe von Radarstrahlen, die von denselben Richtantennen ausgesandt werden, die Informationsübertragung erfolgen. Radarstrahlen, die im Mikrowellenbereich liegen, haben ebenfalls eine starke Bündelung, jedoch ist die Strahlkonzentration nicht so ausgeprägt wie bei Maser- Strahlung. Daher eignet sich Maser-Strahlung zum Einpeilen, während Radarstrahlung für die Übertragung und Aufrechterhaltung eines Informationsflusses auch bei in der Ausrichtung schwankendem Sender geeignet ist. Es ist aber auch möglich, den Maser für die Informationsübertragung zu benutzen.

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Steuergerät Positionssignale und/oder Nachführsignale von einem GPS-Empfänger empfängt. Ein GPS-Empfänger (Global Positioning System) ist imstande, den jeweiligen Aufenthaltsort mit hoher Genauigkeit festzustellen. Anhand dieses Ortes und ggf. der Fahrgeschwindigkeit und -richtung des Schiffes kann die Nachführung der Richtantenne erfolgen. Außerdem kann das Positionssignal der jeweils anderen Station der Richtfunkstrecke mitgeteilt werden, so dass deren Richtantenne anhand der Position beider Stationen ausgerichtet werden kann. Die Mitteilung der Position und anderer Daten kann über eine separate Funkverbindung erfolgen, die parallel zu der Richtfunkverbindung eingerichtet ist und beispielsweise mit UKW-Wellen arbeitet.

Das erfindungsgemäße Richtfunksystem ist imstande, über sehr große Entfernungen mit hoher Richtungsselektivität zu arbeiten. Die Reichweite von Radarstrahlung reicht bis etwa 60 Seemeilen. Mit einer Kette von Schiffen, die jeweils zwei Richtantennen aufweisen, kann eine sehr weitreichende Richtfunkstrecke aufgebaut werden. Der besondere Vorteil solcher Richtfunkstrecken besteht darin, dass sie extrem sicher gegen Abhören bzw. Anzapfen sind, weil ihre Streckenführung sich ständig verändern kann und die Strahlung aus stark gebündelten Strahlen begrenzter Reichweite besteht.

Das Steuergerät kann eine Datei enthalten, in der Daten über mögliche Kommunikationspartner gespeichert sind, wobei diese Daten bei der Herstellung und/oder Aufrechterhaltung der Richtfunkverbindung verwertet werden. Solche Daten sind beispielsweise der Aufbau von Schiffen, auf denen sich die jeweils andere Richtfunkstation befindet, die Position der Richtantenne auf dem Schiff, die maximale Fahrgeschwindigkeit u. dgl.

Im folgenden wird unter Bezugnahme auf die Zeichnungen ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung des selbststeuernden Richtfunksystems,

Fig. 2 ein Blockschaltbild der Steuerung der Richtantenne und

Fig. 3 die Sende- und Empfangscharakteristik einer Richtantenne für Maser-Strahlen und für Radar-Strahlen.

Das in Fig. 1 dargestellte Richtfunksystem weist Richtfunkstationen 10 auf, die jeweils auf einem Schiff 12 installiert sind. Zu jeder Richtfunkstation 10 gehört eine Richtantenne 11 bzw. 11a, bei der es sich vorzugsweise um eine Radarantenne mit einem Parabolreflektor handelt. Die Richtantenne 11 ist an einer Halterung befestigt und sie kann über (nicht dargestellte) Antriebsvorrichtungen um verschiedene Achsen verschwenkt bzw. entlang verschiedener Achsen verschoben werden. Dadurch kann die Hauptstrahlungsrichtung der Richtantenne gesteuert verändert werden. Zur Steuerung der Richtantenne 11 dient ein Steuergerät 21, das aus verschiedenen zugeführten Informationen die Stellgrößen für die Richtantenne berechnet. Das Steuergerät 21 ist an ein Trägheitssystem INS (Inertial System) 13 und einen GPS-Empfänger 14 angeschlossen. Diese Geräte 13 und 14 versorgen das Steuergerät 21 mit den erforderlichen Informationen. Weitere Informationen erhält das Steuergerät 21 über eine zusätzliche Antenne 15, bei der es sich beispielsweise um eine UKW-Antenne handelt. Die einzelnen Stationen 10 sind jeweils mit einer Antenne 15 ausgestattet, die Bestandteil einer parallel zur Richtfunkverbindung bestehenden ungerichteten Funkverbindung sind. Über die Antennen 15 werden Informationen übertragen, wie beispielsweise die. Position der jeweils anderen Station 10, die das "Ziel" darstellt.

Aufgrund der ihm zugeführten Informationen bewirkt das Steuergerät 21 über die nicht dargestellten Antriebsvorrichtungen eine Nachstellung der Richtantenne 11, so dass diese auf die Richtantenne 11a des Ziels gerichtet wird oder gerichtet bleibt.

Die Richtantenne 11 enthält im vorliegenden Fall einen parabolförmigen Reflektor 16 und zwei in dem Fokus des Reflektors angeordnete Transceiver 17, 18. Der Transceiver 17 ist für das Senden und Empfangen von Maser-Strahlen ausgebildet und der Transceiver 18 für das Senden und Empfangen von Radarstrahlung. Die von dem Transceiver 17 ausgesandte Strahlung wird divergierend auf den Reflektor 16 gesandt und von diesem in ein paralleles Maser-Strahlenbündel 19 umgewandelt. Das Strahlenbündel 19 dient als Peilstrahlung zum Anpeilen der im Ziel befindlichen Richtantenne 11a. Sobald diese Richtantenne das Strahlenbündel 19 empfängt, wird dies angezeigt und der sendenden Station übermittelt. Grundsätzlich kann das Maser-Strahlenbündel 19 auch für eine Informationsübertragung benutzt werden. Dabei würde jedoch die Gefahr bestehen, dass wegen der geringen Bündelbreite das Ziel aus dem Bündel entgleitet. Daher wird zweckmäßigerweise ein mehr aufgeweitetes Strahlenbündel 20 für die Informationsübertragung benutzt, das von dem Transceiver 18 für Radarstrahlung und von dem Reflektor 16 erzeugt wird. Eine Informationsübertragung ist so lange möglich, wie das ausgesandte Strahlenbündel 20 mindestens etwa ein Viertel der Fläche der empfangenden Richtantenne 11a bedeckt.

Der Informationsfluß kann zwischen beiden Stationen 10, die auf unterschiedlichen Schiffen angeordnet sind, bidirektional erfolgen. Das Schiff 12 ist bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel mit zwei Stationen 10 versehen. Es handelt sich um eine Art Relaisstation, die die empfangenen Informationen unverändert oder in modifizierter Form weiterleitet.

Claims

1. Selbststeuerndes Richtfunksystem für Schiffe, mit mindestens einer auf einem Schiff (12) montierbaren Richtantenne (11), die auf ein Ziel ausrichtbar ist, und einem die Richtantenne (11) bewegenden Steuergerät (21), das die Richtantenne in Abhängigkeit von über ein Sensorsystem ermittelten Bewegungen des Schiffes (12) derart nachstellt, dass die Richtantenne (11) ihre Ausrichtung auf das Ziel beibehält.

2. Richtfunksystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Richtantenne (11) eine Maser-Strahlenquelle zum Einpeilen der Antennenausrichtung aufweist.

3. Richtfunksystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Richtantenne (11) als Radarantenne ausgebildet ist.

4. Richtfunksystem nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuergerät (21) Positionssignale und/oder Nachführsignale von einem GPS-Empfänger (19) empfängt.

5. Richtfunksystem nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuergerät (21) eine Datei enthält, in der Daten über mögliche Kommunikationspartner gespeichert sind, wobei diese Daten bei der Herstellung und/oder Aufrechterhaltung der Richtfunkverbindung verwertet werden.

6. Richtfunksystem nach einem der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, dass auf mindestens einem Schiff (12) zwei Richtantennen angeordnet sind, um mit einer der Richtantennen Signale zu empfangen und mit der anderen diese Signale - ggf. nach Verarbeitung - auszusenden, wobei jede der Richtfunkantennen ein eigenes Steuergerät (21) aufweist.

7. Richtfunksystem nach einem der Ansprüche 1-6, dadurch gekennzeichnet, dass parallel zu der Richtfunkverbindung eine im wesentlichen ungerichtete Funkverbindung besteht.