DE1804398B2 - Verfahren bzw. Einrichtung zur Fernsteuerung mindestens eines unter Wasser befindlichen Gerätes von einer Befehlsstelle aus - Google Patents

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren bzw. eine Einrichtung zur Fernsteuerung mindestens eines unter Wasser befindlichen Gerätes von einer Befehlsstelle aus gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Eine aus der US-Patentschrift 32 93 676 bekannte Einrichtung dieser Art besitzt als Prüfschaltung eine der Anzahl der Filter entsprechende Zahl jeweils mit den Filterausgängen gekoppelter Relais, deren Arbeitskontakte in Reihe zwischen eine Spannungsquelle und einen Nutzkreis gelegt sind, derart, daß nur bei gleichzeitiger Erregung sämtlicher Filter und damit der Schließung sämtlicher Relaiskontakte der Reihenschaltung Leistung zu dem Nutzkreis gelangt. Die bekannte Einrichtung hat jedoch den Nachteil, daß sie gegenüber einer breitbandigen Störung empfindlich ist, da in diesem Fall sämtliche Filter erregt werden.

Aus der Veröffentlichung »SEG-Nachrichten«, 1956, Heft 4, Seiten 174 bis 180, ist es ferner bekannt, die Fehlererkennbarkeit von Telegraphencodes in Form einer bestimmten spektralen Frequenzverteilung bei gleichzeitiger Übertragung der Frequenzen dadurch zu erhöhen, daß zwischen Spektrumsbereichen, in welchen Frequenzen ausgesendet werden, Spektrumsbereiche liegen, in welchen keine Frequenzen auftreten sollen. Verwendet man solche Telegraphencodes zur Fernsteuerung unter Wasser befindlicher Geräte, so müssen diese Codes sehr einfach aufgebaut sein, da anderenfalls eine bewußte Betätigung des unter Wasser befindlichen Gerätes wegen der starken, im Unterwasser-Übertragungsweg auftretenden Verzerrungen nicht möglich wäre. Andererseits ist aber bei einer solchen Vereinfachung des Codes eine Auslösung durch einen Störsender möglich, wenn beispielsweise eine einzelne, vom Störsender erzeugte Frequenziinie das Spektrum überstreicht oder wenn ein breitbandig aussendender Störsender in einem schmalen, das Spektrum überstreichenden Bereich jeweils nicht aussendet, was gleichsam das Überstreichen des Spektrums mit einer Frequenzkerbe bedeutet Diese Möglichkeit der Störsenderauslösung ist beispielsweise auch bei einem System nach der US-Patentschrift 25 13 342 gegeben, bei welchem das NichtVorhandensein einer zwischen zwei vorhandenen Frequenzen gelegenen Frequenz eine Auslösebedingung ist

Weiter ist es aus der US-Patenschrift 3138 778 bekannt eine unerwünschte Auslösung eines unter Wasser befindlichen Gerätes durch einen Störsender dadurch zu verhindern, daß die Fernsteuerung nur auf in zeitlich richtigem Abstand eintreffende Fernsteuersignale anspricht, so daß Fernsteuersignale, weiche in ihrer Gestalt dazu geeignet wären, die Fernsteuerung zu betätigen, einzeln auftretend die Auslösung nicht bewirken. Bei derartigen Fernsteuersystemen besteht jedoch die Möglichkeit, durch in sehr rascher Folge ausgesendete Störsignale den richtigen Zeitabstand zufällig zu treffen.

Durch die Erfindung soll die Aufgabe gelöst werden, ein Verfahren bzw. eine Einrichtung zur Fernsteuerung mindestens eines unter Wasser befindlichen Gerätes gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 so auszubilden, daß einerseits eine verhältnismäßig einfache Kodierung der Fernsteuersignale verwendet werden kann, welche einen geringen Schaltungsaufwand und eine trotz der Signalverzerrung auf der Unterwasser-Übertragungsstrecke sichere Betätigung der Fernsteuerung von der Befehlsstelle aus bedingt und daß andererseits eine Betätigung der Fernsteuerung durch einen Störsender weitgehend ausgeschlossen ist

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst

Durch die Erfindung wird auch eine Einrichtung zur Durchführung des hier vorgeschlagenen Verfahrens geschaffen, welche durch die Merkmale der Ansprüche 2 und 3 gekennzeichnet ist

Die Zeitschrankenschaltung gemäß Anspruch 2 gibt nach Aussendung der ersten Frequenzkombination entsprechend dem ersten Signalzustand der digitalen Kodierung gleichsam ein Zeitfenster vor, innerhalb dessen die zweite Frequenzkombination entsprechend dem zweiten Signalzustand der digitalen Kodierung

empfangen werden muß, um einen Steuerbefehl auszulösen.

Man erkennt, daß durch eine verhältnismäßig einfache Kodierungsvorschrift ein entsprechend einfacher Aufbau der Prüfschaltung erreicht wird und gleichzeitig die Wahrscheinlichkeit einer bewußten oder zufälligen Fehlauslösung praktisch unendlich klein wird, da die Auslösebedingung einen bestimmten spektrumsmäßigen Abstand mindestens zweier Frequenzen, die Lage dieser Frequenzen im Spektrum, das zeitrichtige Eintreffen der nächstfolgenden Frequenzkombinatiou oder Bestätigungs-Frequenzkombination und schließlich die Forderung enthält, daß diese nächstfolgende Frequenzkombination eine duale Kodierung zu der vorhergehenden Frequenzkombination aufweist

Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert Es stellen dar

Fig. IA ein Blockschaltbild, weiches den Schallwellensender und den am Orte des entfernten, unter Wasser befindlichen Gerätes gelegenen Schallempfänger einer Fernsteuereinrichtung zeigt,

Fig. IB eine Tabelle zur Erläuterung der logischen Verknüpfung der Positiv-Befehlssignalfrequenzen und der Negativ-Befehlssignalfrequensen,

Fig. IC den Kurvenverlauf der relativen Amplitude in Abhängigkeit der Frequenz einer Frequenzkombination mit zwei Frequenzkerben,

Fig.2A ein logisches Schaltbild des in Fig. IA gezeigten Senders und

Fig.2B ein logisches Schaltbild des in Fig.IA gezeigten Empfängers.

Auf der linken Seite von F i g. 1A ist ein Schallwellengenerator dargestellt, während auf der rechten Seite dieser Zeichnungsfigur ein von dem Generator entfernt gelegener Empfänger angegeben ist. Der Schallwellengenerator, oder einfacher ausgedrückt, der Sender, erzeugt eine frequenzkodierte Schallwelle. Die Frequenzkodierung besteht in der gleichzeitigen Festlegung von Positiv-Befehlssignalfrequenzen und Negativ-Befehlssignalfrequenzen. Wie bereits oben erklärt wurde, bedeutet dies, daß ganz bestimmte Frequenzen ausgesendet werden, während gleichzeitig bewußt andere Frequenzen (nämlich die Negativ-Befehls-Signalfrequenzen weggelassen werden. Die Aussage, welche Frequenzen gesendet und welche Frequenzen weggelassen werden sollen, wird in Form einer binären Zahlendarstellung aus »1« und »0« von einem Kodegeber 6 abgeleitet Auswahlkreise und zugehörige Oszillatoren A, B, Q D sprechen auf den jeweiligen binären Kode an und erzeugen die gewünschten Frequenzen. Diese Frequenzen werden gleichzeitig einem Kanalpaar zugeleitet, welches durch die Verstärker 2 und 4 angedeutet ist Die Verstärker speisen zwei akustische Wandler 1 und 3.

Trifft die Schallwelle auf einen empfangsseitig angeordneten akustischen Wandler 50 auf, so wird der Schall in ein elektrisches Signal umgewandelt, das einer Filterreihe 55 zugeführt wird. Eine logische Prüfschaltung 70 gibt nur dann ein Bestätigungssignal an einen Nutzkreis 85 ab, wenn die Ausgangssignale der Filterreihe gleichzeitig in kodegerechter Weise die Positiv-Befehlssignalfrequenzen und die Negativ-Befehlssignalfrequenzen enthalten bzw. nicht enthalten.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung finden zwei akustische Wandler 1 und 3 Verwendung, um einerseits eine große Quellenstärke des Senders zu erzielen, während andererseits eine vorzeitige Kavitation der schallabgebenden Elements: vermieden wird.

Fig. IC zeigt ein Beispiel für ein Senderspektrum in Form der Abhängigkeit der relativen Amplitude von der Frequenz. Zur Erläuterung und zur näheren Beschreibung des bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfin dung sei die Verwendung von vier Kodierungsfrequenzen angenommen. Die Kerben des Senderspektrumii nach F i g. IC liegen bei den Frequenzen fe und fo Die Positiv-Befehlssignalfrequenzen liegen beispielsweise bei /Ä Und fo

Fig. IB zeigt weitere Beispiele der logischen Verknüpfung und der binären Darstellungen der mittels des Kodegebers 6 erzeugbaren Kodierungsweisen. Di«: Verknüpfungsfunktion für den Kode 1 erfordert daiü Vorhandensein (die positive Aussage) der Frequenzen! f_A und /bund das gleichzeitige Fehlen der Frequenzen fm und //> In entsprechender Weise erfordert die Verknüpfungsfunktion für den Kode 2 das gleichzeitige: Fehlen (die negative Aussage) der Frequenzen & und fc sowie das gleichzeitige Vorhandensein der Frequenzen fs und /d. Vom Standpunkt der Kodierung aus gesehen ergeben sich bei Verwendung von vier Kodierungsfrequenzen maximal 16 Kodierungsmöglichkeiten. Praktisch wird der größte Kodierungsumfang aber nicht ausgenützt, da eine ausreichende Redundanz erwünscht ist, um eine sichere Kodeübertragung zu gewährleisten. Es sei darauf hingewiesen, daß bei dem vorliegenden Beispiel die Frequenzen von der niedrigsten Frequenz /4 bis zur höchsten Frequenz /b in bestimmtem Abstand! voneinander gewählt sind.

Die Wandler 1, 3 und 50 enthalten vorzugsweise: druckfeste Blei-Zirkonium-Titanat-Kugein, die einem Prüfdruck von ca. 141 at unterzogen worden sind. Die Durchlaßbänder sollten zwichen 24 kHz und 46 kHz liegen und der Sendepegel liegt zweckmäßig bei +87 db/Mikrobar, während die Empfangsempfindlichkeit -90 db//V/Mikrobar beträgt

F i g. 2A zeigt ein genaueres Schaltbild des Senders. Der Kodegeber 6 kann eine Kodematrix 7 enthalten, die ein Kodierungsgerät 8 speist Die Kodematrix kann die: Form einer beliebigen, an sich bekannten Speichereinrichtung haben und beispielsweise durch eine Anordnung magnetischer Kerne oder Ferrite, oder auch von; einem magnetischen Band mit geeigneten elektronischen Lesevorrichtungen gebildet sein. Bei derm dargestellten bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung enthält die Kodematrix eine einfache elektronische Ablesevorrichtung, welche einer Kernspeichermatrix zugeordnet ist und ein Kodierungsgerät speist, das entsprechende, an sich bekannte Schaltungen zur Impulsformung und zur Zeitgabe enthält. Arbeitet die Kodematrix oder ein anderes, verwendetes Speichermittel im Serienverfahren, so muß das Kodierungsgerät notwendigerweise die empfangene Information in ein entsprechendes Register einspeichern, so daß die Information anschließend parallel über entsprechende Leitungen 20,21,22 und 23 entnommen werden kann.

Eine die Auswahlkreise enthaltende Einheit 5 weist vier Oszillatoren A, B, C und D auf, die jeweils vier unterschiedliche Resonanzfrequenzen besitzen, von dei^n die Frequenz fo die niedrigste Frequenz ist, während die Frequenz /bdie höchste Frequenz darstellt. Die Oszillatoren sind vorzugsweise in ihrer Frequenz kristallgesteuert und liegen mit ihren Resonanzfrequen- ! zen in einem Betriebsbereich von 24 YRz bis 46 kHz.

Am Ausgang der Oszillatoren A, B, C und D sind jeweils UND-Schaltglieder 28 bzw. 29 bzw. 30 bzw. 31 angeordnet An den Ausgängen der UND-Schaltglieder 28 und 29 liegt der Verstärker 12 und in ähnlicher Weise liegt an den Ausgängen der UND-Schaltglieder 30 und 31 der Verstärker 4. Die Auswahlkreise 32 bewirken durch Zuführung eines geeigneten binären Signals an die UND-Schaltglieder deren Ein- oder Ausschaltung. Wird daher eine der Leitungen 24, 25, 26 oder 27 mit einer bestimmten Spannung beaufschlagt, so wird hierdurch das entsprechende der UND-Schaltglieder 28, 29, 30 oder 31 für ein Signal entsprechender Frequenz von den Oszillatoren A, B, C oder D durchlässig geschaltet

Wird von dem Kodegeber 6 ein geeignetes, binär kodiertes Signal, beispielsweise der Gestalt »L0L0« parallel an die Leitungen 20,21,22 und 23 abgegeben, so bewirken die Auswahlkreise 32 eine Spannungsbeaufschlagung der Leitungen 24 und 26. Dies wiederum führt zu einer Erregung der UND-Schaltglieder 28 und 30. Den Verstärkern 2 und 4 wird folglich die Frequenz //t bzw. fc zugeführt In entsprechender Weise wird durch ein Binärsignal der Gestalt »0L0L« erreicht, daß die Frequenzen fe und /b über die UND-Schaltglieder 29 bzw. 31 zu den Verstärkern 2 bzw. 4 gelangen. Es sei hier am Rande bemerkt, daß der verwendete Kode ein Zwei-Aus-Vier-Kode ist

F i g. 2B zeigt ein genaueres logisches Schaltbild des Empfängers.Wie bereits zuvor erwähnt, wird eine Schallwelle, die auf den Wandler 50 auftrifft, in das entsprechende elektronische Signal übersetzt, welches dann der Filterreihe 55 zugeführt wird. Letztere kann mehrere Bandpr ßfilter 56,57,58 und 59 enthalten, deren jeweilige Mittelirequenzen auf die Frequenzwerte f_A, f& fc und /d abgestimmt sind. Die Ausgänge der Bandpaßfilter werden parallel der Prüfschaltung 70 zugeleitet

Die Prüfschaltung 70 enthält eine Reihe von Detektoren und Tiefpaßfiltern 71 bzw. 72 bzw. 73 bzw. 74, welche über entsprechende Leitungen 60 bzw. 61 bzw. 62 bzw. 63 an einen jeweils zugehörigen der Bandpaßfilter angeschlossen sind. Ein eine bestimmte Minimalamplitude überschreitendes Ausgangssignal auf einer der genannten Leitungen wird jeweils gleichgerichtet und gefiltert und dann als Gleichspannungswert oder als Impuls den Eingangsklemmen 86 bzw. 87 bzw. 88 bzw. 89 jeweils zugehöriger Inverter 75 bzw. 76 bzw. 77 bzw. 78 zugeführt Die Prüfschaltung 70 mit dem Dekodierungsgerät enthält weiter zwei UND-Schaltglieder 79 und 80. Diese UND-Schaltglieder sind jeweils unmittelbar an die sekundäre Prüfschaltung 81 angeschlossen.

Das UN D-Schaltglied 79 ist nun unter Verwendung der Inverter 75 bis 78 so verdrahtet, daß es für eine Kombination der Eingangssignale mit der Bedeutung »L0L0« leitend geschaltet wird. Dies entspricht am Orte der Filter 71 bis 74 dem Vorhandensein der Frequenzen & und /bund dem gleichzeitigen Fehlen der Frequenzen ta und Ζ» In entsprechender Weise ist das UND-Schaltglied 80 unter Verwendung der Inverter 75 bis 78 so verdrahtet, daß es für eine Kombination der Eingangssignale der Bedeutung »0L0L« leitend geschaltet wird. Dies bedeutet das Fehlen der Frequenzen (a und fc und das gleichzeitige Vorhandensein der Frequenzen fs und fc Es sei also nochmals festgestellt, daß über das UN D-Schaltglied 79 ein Signal gegeben wird, wenn die gewählten Verhältnisse hinsichtlich der Positiv-Befehlssignalfrequenzen und der Negativ-Befehlssignalfre quenzen zutreffen, während ein anderes Signal über da! UND-Schaltglied 80 abgegeben wird, wenn an seinen Eingang Signale entsprechend den hierzu dualet Frequenzverhältnissen auftreten.

Eine Zeitschrankenschaltung 81 enthält ein UND Schaltglied 84, das durch das Zusammentreffen dei Eingangssignale von den UND-Schaltgliedern 79 und Si erregt wird. In der Leitung 97 der Zeitschrankenschal tung 81 liegen ferner zwei monostabile Kippstufen 8i und 83 in Reihenschaltung.

Praktisch erfolgt die Auslösung oder Betätigung de; entfernten, unter Wasser befindlichen Gerätes über der Empfänger dadurch, daß zwei frequenzkodierte Sen düngen unter Verwendung des gleichen Kodes abgestrahlt werden. Lautet also der Kode in binärei Darstellungsweise »L0L0«, so werden hierdurch be dem vorliegenden Ausführungsbeispiel die Positiv-Be fehlssignalfrequenzen U und fc und die Negativ-Befehls Signalfrequenzen /b und fp festgelegt Wird angenommen, daß ein einwandfreier Empfang erfolgt ist, so wire der erste kodierte Sendeabschnitt in der Prüfschaltung 70 dekodiert Über das UND-Schaltglied 79 gelang dann ein Signal zur Leitung 97. Hierdurch wird die monostabile Kippstufe 82 eingeschaltet Die beider monostabilen Kippstufen 82 Und 83 legen also einer bestimmten Zeitraum fest, innerhalb welchem die zweite Kodefolge empfangen werden muß. Wire innerhalb dieses Zeitraumes keine Kodefolge mehl empfangen, so kann der Nutzkreis 85 nicht erregt odei ausgelöst werden. Wird aber eine zweite Kodefolgc empfangen, so läßt das UND-Schaltglied 84 einer Impuls zu der Schaltung 85 durch. Die Anordnung kanr noch durch eine beliebige Zahl weiterer Zeitschranker verfeinert werden.

Das UND-Schaltglied 84 wird durch das gleichzeitige Auftreten eines Ausgangssignals der Kippstufe 83 unc eines Signals auf der Ausgangsleitung 98 des UND Schaltgliedes 80 erregt, das seinerseits bei Erregung entsprechend der dualen Form des empfangenen Kode: leitend geschaltet wird. Die logische duale Form vor »L0Uk< ist aber »0L0L«. Die Kippstufe 82 und 83 sind se ausgebildet, daß die Kippstufe 83 nur bei Auftreten de; zweiten kodierten Signals eingeschaltet werden kann.

Es kann nun erwünscht sein, eine Anzahl verschiedener Geräte zu betätigen oder auszulösen oder aber die Anordnung so zu treffen, daß ein Gerät auf eine größere Zahl bestimmter Befehle anspricht Im Falle einer Zahl verschiedener, entfernter Geräteeinheiten wird die Prüfschaltung 70 mit dem Dekodierungsgerät jedei Geräteeinheit so verdrahtet, daß nur eine Kodeform durchgelassen wird, welche für die betreffende Geräteeinheit eigentümlich ist Im Falle einer einziger Geräteeinheit die auf verschiedene Befehle ansprecher soll, lassen sich die der Erfindung zugrunde liegender Gedanken in dem Sinne weiter entwickeln, daß in dem betreffenden Gerät ein Schrittschaltmechanismus odei dergleichen vorgesehen wird, der nur auf die richtige Folge von Frequenzkodierungsformen anspricht Gemaß einer Alternative können die aus den Invertern und UND-Schaltgliedern gebildeten Schaltungen mit anderer Verdrahtung so parallel geschaltet werden, daß die richtige Kodierung aufeinanderfolgender oder parallel eintreffender frequenzkodierter Sendungen erreicht wird.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Fernsteuerung mindestens eines unter Wasser befindlichen Gerätes von einer Befehlsstelle aus, mit einem Schallsender, der s Kombinationen von Frequenzen aussendet, und mit einem Schallempfänger, der die ankommenden Frequenzen mittels Filter trennt und einer Prüfschaltung zuführt, die die Weitergabe eines Steuerbefehls sperrt, wenn unzulässige Frequenzkombinationen empfangen werden, dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb eines vorgegebenen Frequenzbandes vier Frequenzen vorgesehen sind, von denen entweder die erste und die dritte oder die zweite und die vierte vom Schallsender ausgesandt werden, wodurch zwei Signalzustände für eine digitale Kodierung in zeitlich aufeinanderfolgenden Schritten gegeben sind.

2 Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß empfangsseitig eine logische Zeitschrankenschaltung (81) vorgesehen ist, die zwei in Reihe liegende, an eine der ersten und dritten Frequenz zugeordnete Dekodierungsschaltung (79) angeschlossene, monostabile Kippstufen (82,83) und ein UND-Schaltglied (84) enthält, welches eingangsseitig an den Ausgang der Reihenschaltung der monostabilen Kippstufen und an eine der zweiten und vierten Frequenz zugeordnete Dekodierungsschaltung (80) angeschlossen ist und ausgangsseitig den Steuerbefehl an einen Nutzkreis (85) abgibt

3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß senderseitig ein Kodegeber (6) zur Darstellung n-stelliger binärer Zahlen, ferner vier jeweils verschiedene Resonanzfrequenz aufweisende Oszillatoren (A, B, Q D), weiter über vier UND-Schaltglieder (28,29,30,31) mit entsprechenden der Oszillatoren verbundene, elektrische Eingangssignale in Schallwellen umsetzende Wandler (1,3) sowie Auswahlkreise (32) vorgesehen sind, die jeweils ganz bestimmte der UND-Schiiltglieder in Abhängigkeit von Binärsignalen entsprechend den genannten binären Zahlen erregen und daß empfangsseitig eine Anzahl der Prüfschaltung (70) vorgeschaltete, jeweils auf die Resonanzfrequenz je eines der Oszillatoren (A, B, C, D) abgestimmte Filter (56 bis 59) vorgesehen sind, welche die Prüfschaltung entsprechend dem Vorhandensein oder Fehlen bestimmter Frequenzen eines empfangenen Schallwellensignals mit Eingangssignalen so speisen.