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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Kodierung eines Messwerts. Die vorliegende Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Dekodierung eines Messwerts Schließlich betrifft die vorliegende Erfindung auch eine Vorrichtung für Tiefseemessungen und eine Vorrichtung zum Auslesen einer Vorrichtung für Tiefseemessungen.
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Hintergrund
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Bei Tiefseemessungen, etwa seismologischen Messungen, werden Vorrichtungen für Tiefseemessungen in der Tiefsee versenkt. Dort nimmt die Vorrichtung dann Messwerte auf.
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Um an die Messwerte zu gelangen, kann die Messvorrichtung geborgen werden. Es ist auch möglich, dass die Vorrichtung die Messwerte kodiert mittels akustischer Signale über die Wassersäule überträgt. Dann können die Signale von einer Vorrichtung zum Auslesen einer Vorrichtung für Tiefseemessungen, beispielsweise einem Messschiff, empfangen und die Messwerte aus den Signalen dekodiert werden.
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Die Messwerte werden dabei mithilfe von Signalpulsen (Schallpulse) binär kodiert, die jeweils eine von zwei möglichen Frequenzen aufweisen. Signalpulse mit einer der zwei Frequenzen repräsentieren dann „0“ in einer Binärdarstellung des Messwerts und Signalpulse mit der anderen der zwei Frequenzen repräsentieren dann „1“ in der Binärdarstellung des Messwerts.
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So kodierte Messwerte sind sehr genau und schnell übertragbar, sofern alle Schallpulse korrekt empfangen werden können.
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Offenbarung der Erfindung
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Erfindungsgemäß wird ein Verfahren nach Anspruch 1 und eine Vorrichtung nach Anspruch 5 zur Kodierung eines Messwerts mithilfe von Signalpulsen vorgeschlagen. Zur Dekodierung eines Messwerts aus Signalpulsen wird ein Verfahren nach Anspruch 2 und eine Vorrichtung nach Anspruch 7 vorgeschlagen. Weiterhin werden eine Vorrichtung gemäß Anspruch 6 für Tiefseemessungen und eine Vorrichtung gemäß Anspruch 8 zum Auslesen von Messwerten vorgestellt.
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Das Verfahren zur Kodierung eines Messwerts mithilfe von Signalpulsen umfasst die Schritte: Erzeugen und Aussenden der Signalpulse, wobei die Signalpulse so erzeugt werden, dass ein Abstand einer Frequenz des erzeugten Signalpulses zu einer Vergleichsfrequenz und/oder ein Abstand eines Zeitpunkts der Aussendung des Signalpulses zu einem Vergleichszeitpunkt den Messwert repräsentiert.
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Vorteilhafterweise benötigt eine derartige analoge Übertragung im Vergleich zu einer digitalen Übertragung weniger Energie für die Übertragung und ist wesentlich robuster gegenüber Fehlern beim Empfang einzelner Schallpulse. Fehler können in der vorliegenden Erfindung nur die Genauigkeit der rückgewonnenen Messwerte, nicht jedoch die Rückgewinnung an sich beeinflussen.
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Die Vorrichtung zur Kodierung des Messwerts umfasst Mittel zum Erzeugen der Signalpulse und Mittel zum Aussenden der Signalpulse. Die Vorrichtung zur Kodierung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zum Aussenden der Signalpulse ausgebildet sind, die Signalpulse so auszusenden, dass ein Abstand einer Frequenz des erzeugten Signalpulses zu einer Vergleichsfrequenz und/oder ein Abstand eines Zeitpunkts der Aussendung des Signalpulses zu einem Vergleichszeitpunkt den Messwert repräsentiert.
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Das Verfahren zur Dekodierung eines Messwerts aus Signalpulsen, umfasst die Schritte: Empfangen von Signalpulsen, Bestimmen eines Abstands einer Frequenz des empfangenen Signalpulses zu einer Vergleichsfrequenz und/oder eines Abstands eines Zeitpunkts des Empfang des Signalpulses zu einem Vergleichszeitpunkt und Bestimmen des Messwertes unter Verwendung des bestimmten Abstandes.
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Die Vorrichtung zur Dekodierung eines Messwerts aus Signalpulsen, umfasst Mittel zum eines Empfangen von Signalpulsen, Mittel zum eines Messen eines Abstands einer Frequenz des empfangenen Signalpulses zu einer Vergleichsfrequenz und/oder eines Abstands eines Zeitpunkts des Empfang des Signalpulses zu einem Vergleichszeitpunkt und Mittel zum eines Bestimmen des Messwertes unter Verwendung des gemessenen Abstandes.
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Die Vorrichtung für Tiefseemessungen umfasst eine Vorrichtung zur Erfassung von Messwerten und eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Kodierung der erfassten Messwerte.
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Die Vorrichtung zum Auslesen von Messwerten aus einer Messvorrichtung für Tiefseemessungen umfasst einen Schwimmkörper und eine auf oder in dem Schwimmkörper angeordnete, erfindungsgemäße Vorrichtung zur Dekodierung eines Messwerts aus Signalpulsen.
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In vorteilhaften Ausführungsformen der Vorrichtungen und Verfahren ist die Vergleichsfrequenz eine vorgegebene Referenzfrequenz oder eine Frequenz eines vorhergehenden Signalpulses.
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Es ist auch möglich, dass der Vergleichszeitpunkt ein Taktsignal oder der vorhergehende Signalpuls ist.
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Der bzw. die Signalpulse können akustische Signalpulse (Schallpulse) in einer Wassersäule sein.
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Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben und in der Beschreibung beschrieben.
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Zeichnungen
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Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand der Zeichnung und der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen beispielhaft und schematisch:
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1 eine Vorrichtung für Tiefseemessungen;
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2 eine Vorrichtung zum Auslesen von Messwerten;
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3 das Zusammenspiel der in 1 und 2 gezeigten Vorrichtungen und
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4 eine erfasste Messkurve vor der Kodierung und nach der Dekodierung nach einem Übertragungsfehler.
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Ausführungsformen der Erfindung
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Die Ausführungsformen der Erfindung können zum Beispiel in einem System aus einer Vorrichtung für Tiefseemessungen und einer Vorrichtung zum Auslesen von Messwerten aus einer Messvorrichtung Verwendung finden.
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1 zeigt eine Vorrichtung 100 für Tiefseemessungen. Die Vorrichtung für Tiefseemessungen umfasst dabei eine Vorrichtung 10 zur Erfassung von Messwerten und eine Vorrichtung 20 zur Kodierung der erfassten Messwerte. Die Vorrichtung zur Kodierung umfasst ein Mittel 21 zum Erzeugen von Signalpulsen, beispielsweise einen Schallpulsgenerator. Die Vorrichtung 20 zur Kodierung umfasst weiterhin ein Mittel 22 zum Aussenden der Signalpulse über die Wassersäule, beispielsweise einen Unterwasserlautsprecher. Dabei kann das Mittel 22 zum Aussenden der Signalpulse ausgebildet sein, die Signalpulse so auszusenden, dass ein Abstand einer Frequenz des erzeugten Signalpulses zu einer Vergleichsfrequenz den Messwert repräsentiert. Zusätzlich oder alternativ kann das Mittel 21 zum Erzeugen der Signalpulse ausgebildet sein, die Signalpulse so zu erzeugen, dass ein Abstand des Zeitpunkts der Aussendung des Signalpulses zu einem Vergleichszeitpunkt den Messwert repräsentiert. Das Aussenden der Signalpulse zu bestimmten Zeiten und/oder mit bestimmten Frequenzen kann über eine Steuervorrichtung gesteuert werden.
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2 zeigt eine Vorrichtung 200 zum Auslesen von Messwerten. Die Vorrichtung 200 zum Auslesen von Messwerten der Vorrichtung für Tiefseemessungen umfasst einen Schwimmkörper 30 und eine auf und/oder in dem Schwimmkörper 30 angeordnete Vorrichtung 40 zur Dekodierung eines Messwerts. Die Vorrichtung 40 zur Dekodierung umfasst ein Mittel 41 zum Empfangen von Signalpulsen, beispielsweise ein Unterwassermikrophon, ein Mittel 42 zum Messen eines Abstands einer Frequenz des empfangenen Signalpulses zu einer Vergleichsfrequenz und/oder eines Abstands des Zeitpunkts des Empfang des Signalpulses zu einem Vergleichszeitpunkt und ein Mittel 43 zum Bestimmen des Messwertes unter Verwendung des gemessenen Abstandes. Nicht dargestellt ist eine optionale Speichervorrichtung zur Speicherung dekodierter Messwerte. Das Mittel zum Messen 42 eines Abstands kann ein Mikrocomputer sein.
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3 zeigt das Zusammenspiel der in 1 und 2 gezeigten Vorrichtungen 100, 200. Die Vorrichtung 100 ist dabei unter der Wasseroberfläche 70 auf dem Boden 80 eines Meeres angeordnet. Die Vorrichtung 100 kann jedoch auch eine tauchende Vorrichtung sein, die zwischen Wasseroberfläche 70 und Boden 80 schwimmt. Auf der Wasseroberfläche 70 schwimmt die Vorrichtung 200 in einem Bereich über der Vorrichtung 100. Von der Vorrichtung 100 erfasste Messdaten werden in dieser in Schallpulsen kodiert und die Schallpulse werden von der Vorrichtung 100 ausgesandt. Die Vorrichtung 200 empfängt die Schallpulse und dekodiert die Messwerte.
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In einer ersten bespielhaften Ausführungsform der Erfindung wird ein Messwert durch den Abstand eines Zeitpunkts der Aussendung eines Signalpulses zu einem Zeitpunkt eines Taktsignals repräsentiert, welches den Vergleichszeitpunkt bildet. Das Taktsignal kann beispielsweise sekündlich von einer Uhr zur Verfügung gestellt werden.
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Eine Folge von Signalpulsen, die zu t = 1s; 2,1s; 3,2s; 4,3s und 5,4s ausgesandt werden, repräsentiert dann beispielsweise eine Messwertfolge: 0; 0,1; 0,2; 0,3 und 0,4. Werden nun nur Signalpulse zu t = 1s; 2,1s; 4,3s und 5,4s korrekt empfangen, weil der Signalpuls zu t = 3,2s verloren gegangen oder korrumpiert ist, so wird die Signalpulsfolge wie folgt dekodiert: 0; 0,1; 0,3 und 0,4. Dabei bleiben die ersten beiden dekodierten Messwerte und die letzten beiden dekodierte Messwert von dem Verlust bzw. der Korrumpierung des dritten Signalpulses unbeeinflusst. 4 zeigt beispielhaft die zu diesem Ausführungsbeispiel gehörenden dekodierten Messwerte. Links in 4 sind die der Kodierung zugrundeliegenden Messwerte 50-1 mit den Werten 0; 0,1; 0,2; 0,3; 0,4 dargestellt. Rechts in 4 sind die dekodierten Messwerte 50-2 dargestellt. Hier fehlt der dritte Messwert 50. Die einhüllende Messwertkurve 52-1 vor der Kodierung ist eine Glockenkurve. Auch nach der Dekodierung rechts in 4 und obwohl der dritte Messwert 50 fehlt ist die einhüllende Messwertkurve 52-2 als Glockenkurve immer noch gut reproduzierbar.
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Da ein Signalimpuls im Zeitbereich 3–4 Sekunden nicht vorhanden ist, lässt sich erkennen, dass der dritte Schallpuls verloren gegangen oder korrumpiert ist, wodurch Dekodierung des dritten Messwerts korrumpiert ist. Die dekodierte Messwertreihe lässt sich entsprechend korrigieren: 0; 0,1; X; 0,3 und 0,4, wobei X für den fehlenden Messwert steht. Das Taktsignal kann dabei entsprechend der zu erwartenden Größe des Messwerts gewählt werden. Sollen zum Beispiel Werte im Bereich von 0–1,9 dargestellt werden, sollte ein Taktsignal von größer oder gleich 2s gewählt werden, damit es zu keinen Überlappungen der Signalpulse kommt. Auch kann der zu erwartende Wertebereich auf einen Bereich von 0–1 linear abgebildet werden. So kann ein tatsächlicher Wert von 10 als ein Wert 1 übertragen werden und ein Wert von 9 als ein Wert 0,9 etc. Auch nicht lineare Abbildungen wie z.B. Logarithmen können verwendet werden. Das Empfangsgerät der Signale muss dann nur entsprechend eingestellt werden und dieselbe Abbildung beim Dekodieren verwenden.
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In einer zweiten bespielhaften Ausführungsform der Erfindung wird ein Messwert durch den Abstand eines Zeitpunkts der Aussendung eines Signalpulses zu einem Zeitpunkt der Aussendung einem vorhergehenden Signalpuls repräsentiert, welcher den Vergleichszeitpunkt bildet, repräsentiert.
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Werden aufeinanderfolgende Messwerte von 0 z. B. mit einem Abstand von 1s nach dem letzten Signalpuls übertragen, dann repräsentiert beispielsweise eine Folge von Signalpulsen, die zu t = 1s; 2,1s; 3,3s; 4,6s und 6,0s ausgesandt werden, die Messwertfolge: 0; 0,1; 0,2; 0,3 und 0,4. Der Beginn der Messung bzw. des Sendevorgangs kann durch einen Taktgeber oder einen Referenzpuls festgelegt werden. Wann dann nach dem Beginn des Sendevorgangs der erste Signalpuls gesendet wird, kann festgelegt werden. Im obigen Beispiel wird angenommen, dass der erste Signalpuls 1s nach Beginn des Sendevorgangs übermittelt wird. Der erste Signalpuls wurde bei 1s gesendet. Somit entspricht der kodierte Messwert dem Wert 0. Der zweite Signalpuls wurde 1,1s nach dem ersten Signalpuls gesendet und somit 0,1s später als der festgelegte Abstand zwischen zwei Pulsen von t = 1s. Somit entspricht der zweite Signalpuls dem Messwert 0,1. Der dritte Signalpuls wurde t = 3,3s – 2,1s = 1,2s nach dem zweiten Signalpuls gesendet. Er entspricht daher dem Messwert 0,2. Der vierte Signalpuls wurde t = 4,6s – 3,3s = 1,3s nach dem dritten Signalpuls gesendet und entspricht daher dem Messwert 0,3. Der fünfte Signalpuls wurde 1,4s nach dem vierten Signalpuls gesendet und entspricht daher dem Messwert 0,4.
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Werden nun nur Signalpulse zu t = 1s; 2,1s; 4,6s und 6,0s korrekt empfangen, weil der Signalpuls zu t = 3,3s verloren gegangen oder korrumpiert ist, so wird die Schallpulsfolge wie folgt dekodiert: 0; 0,1; 1,5 und 0,4. Dabei bleiben die ersten beiden dekodierten Messwerte und der letzte dekodierte Messwert von dem Verlust bzw. der Korrumpierung des dritten Signalpulses unbeeinflusst. Jedoch ist in diesem Ausführungsbeispiel im Vergleich zum ersten Ausführungsbeispiel auch der vierte Signalpuls durch das Fehlen des dritten Signalpulses korrumpiert.
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Auch in diesem Beispiel ist erkennbar, dass der dritte dekodierte Messwert nicht zu den übrigen dekodierten Messwerten passt und daher vermutlich fehlerhaft ist. Wiederum kann wie im ersten Ausführungsbeispiel erläutert ein Abstand der Signalpulse entsprechend der zu erwartenden Messwertgröße gewählt werden oder der Wertebereich der Messwerte auf einen Bereich von 0–1 abgebildet werden.
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In einer dritten bespielhaften Ausführungsform der Erfindung werden Messwerte durch Abstand einer Frequenz des Signalpulses zu einer Vergleichsfrequenz repräsentiert, wobei die Vergleichsfrequenz eine vorgegebene Referenzfrequenz ist.
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Dabei entspricht ein Messwert gleich 0 (NULL), wenn der Schallpuls dieselbe Referenzfrequenz hat. Ist die Referenzfrequenz größer als die des Schallpulses, so ist der Messwert kleiner 0 (NULL). Ist die Referenzfrequenz kleiner als die des Schallpulses, so ist der Messwert größer 0 (NULL). Ist eine Referenzfrequenz beispielsweise 1MHz, so repräsentiert dann eine Folge von Signalpulsen, die mit f = 1MHz; 2,1MHz; 3,2MHz; 4,3MHz und 4,6MHz zeitlich beabstandet zueinander ausgesandt werden, beispielsweise eine Messwertfolge: 0; 1,1; 2,2; 3,3 und 3,6. Der zweite Signalpuls wird mit einer Frequenz von 2,1MHz und somit mit einer Frequenz von 1,1MHz über der Referenzfrequenz von 1MHz ausgesandt. Der dazugehörige Messwert hat daher den Wert 1,1.
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Gehen im ersten oder im dritten Ausführungsbeispiel einzelne Signalpulse verloren oder werden einzelne Signalpulse in der Übertragung korrumpiert, so beeinflusst dies lediglich höchstens die Dekodierung des Messwerts, der mittels des korrumpierten bzw. verlorenen Schallpulses kodiert ist. Die Dekodierung der anderen Messwerte bleibt durch die Korrumpierung bzw. den Verlust unberührt. Daher ist diese Form der Messwertrepräsentation besonders fehlerrobust.
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In einer vierten bespielhaften Ausführungsform der Erfindung werden Messwerte durch Abstand einer Frequenz des Signalpulses zu einer Vergleichsfrequenz repräsentiert, wobei die Vergleichsfrequenz die Frequenz eines vorhergehenden Signalpulses ist.
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Dabei entspricht ein Messwert gleich 0 (NULL), wenn die aufeinanderfolgenden Schallpulse dieselbe Frequenz haben. Ist die Frequenz des nachfolgenden Schallpulses größer als die des vorangehenden Schallpulses, so ist der Messwert größer 0 (NULL). Ist die Frequenz des nachfolgenden Schallpulses kleiner als die des vorangehenden Schallpulses, so ist der Messwert kleiner 0 (NULL).
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In diesem Ausführungsbeispiel repräsentiert dann dieselbe Folge von Signalpulsen wie im vorherigen Ausführungsbeispiel, also die Folge mit f = 1MHz; 2,1MHz; 3,2MHz; 4,3MHz und 4,6MHz, die zeitlich beabstandet zueinander ausgesandt werden, beispielsweise eine Messwertfolge von 1; 1,1; 1,1; 1;1; 0,3. Der erste Signalpuls wurde mit einer Frequenz von 1MHz ausgesandt und entspricht daher dem Wert von 1. Es kann auch festgelegt werden, dass der erste Messwert immer mit einer bestimmten Frequenz ausgesandt wird, so dass z. B. ein erster Messwert von 0 mit einer Frequenz von 1MHz ausgesandt wird. Dann ist im obigen Beispiel der erste Messwert 0 und nicht 1.
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Gehen im zweiten oder im dritten Ausführungsbeispiel einzelne Schallpulse verloren oder werden einzelne Schallpulse in der Übertragung korrumpiert, so beeinflusst dies lediglich höchstens die Dekodierung der zwei Messwerte, die mittels des korrumpierten bzw. verlorenen Schallpulses kodiert sind. Die Dekodierung der anderen Messwerte bleibt durch die Korrumpierung bzw. den Verlust unberührt. Daher ist diese Form der Messwertrepräsentation besonders fehlerrobust.
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Bei den getroffenen Festlegungen der Kodierung ist nur entscheidend, dass Kodierung und Dekodierung immer entsprechend zueinander erfolgen. Die Vorrichtung zur Dekodierung muss wissen, wie die Vorrichtung zur Kodierung arbeitet. Verschiedene Möglichkeiten zur Kodierung und Dekodierung können in den Vorrichtungen festgelegt sein. Eine gewählte Kodierung bzw. Dekodierung aus einer Gruppe von vorher festgelegten Kodierungen/Dekodierungen kann dann durch einen vordefinierten Puls vor Beginn der eigentlichen Übertragung der Messwerte von der Vorrichtung zur Kodierung zur Vorrichtung zur Dekodierung übermittelt werden, vice versa. Zum Beispiel kann ein Puls, der einem Wert von 1 entspricht, dem Kodierungsprogramm „1“ zugerechnet werden und die Vorrichtung zur Dekodierung kann entsprechend, auch automatisch, entsprechend eingestellt werden.
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Mithilfe der beispielhaft beschriebenen Kodierung/Dekodierung lassen sich Messdaten von der Tiefseemessvorrichtung zu einer Vorrichtung zum Auslesen der Messwerten übertragen, die beispielsweise in einem Schiff, einer Boje oder einem anderen Schwimmköper an der Wasseroberfläche im Bereich über der Tiefseemessvorrichtung angeordnet ist. Von dort können die Messdaten beispielsweise digital kodiert zu einer Empfangsstation an Land funkübertragen werden.
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Obwohl die Erfindung im Detail durch bevorzugte Ausführungsbeispiele näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.
