Funksignalfolge, Sender, Empfänger, Vorrichtung und Data- Link-System
[01] Die Erfindung betrifft eine Funksignalfolge, insbesondere mit einer HF- oder UHF Trägerfrequenz, zum Verteilen von Informationen in einem Data-Link-System mit einem ersten Rahmen und einem zweiten Rahmen, wobei der erste Rahmen einem ersten Zeitschlitz und der zweite Rahmen einem zweiten Zeitschlitz zugeordnet ist. Zudem betrifft die Erfindung einen Sender, einen Empfänger, eine Vorrichtung und ein Data-Link-System.
[02] Insbesondere im militärischen Bereich werden Data- Link-Systeme eingesetzt. Bei einem Data-Link-System wird eine Verbindung zwischen zwei oder mehreren Endstellen zur Datenübertragung verwendet. Die eigentliche Übertragung kann allgemein über Datenkabel, drahtlos über Funk oder optisch erfolgen. Für derartige Data-Links haben sich unterschiedliche Protokolle etabliert. Beispielhaft seien hier ACARS, JTIDS und MIDS erwähnt.
[03] Insbesondere bei Funkübertragung ist die Datenkapazität sehr gering. Das bedeutet, dass taktische Daten wie beispielsweise die Position, die Geschwindigkeit und die Richtung eines Flugkörpers oder eines Schiffs in regelmäßigen Zeitabständen erneuert werden, sodass gewährleistet ist, dass eine rundum „Karte" mit sämtlichen taktischen Daten zur Verfügung steht. Etwaige ausgesandte Funksignale und somit auch die darunterliegenden Protokolle
können kaum auf schnelle Änderungen der Lage reagieren. Vielmehr werden jeweils sämtliche Informationen ermittelt und allen am Data-Link-System angeschlossenen Teilnehmern mitgeteilt . [04] Aufgabe der Erfindung ist es, den Stand der Technik zu verbessern .
[05] Gelöst wird die Aufgabe durch eine Funksignalfolge, insbesondere mit einer HF- oder UHF-Trägerfrequenz, zum Verteilen von Informationen in einem Data-Link-System mit einem ersten Rahmen und einem zweiten Rahmen, wobei der erste Rahmen mit einer ersten Bitfolge einem ersten Zeitschlitz und der zweite Rahmen mit einer zweiten Bitfolge einem zweiten Zeitschlitz zugeordnet ist, wobei eine zeitliche Reihenfolge des ersten Rahmens und des zweiten Rahmens oder der ersten Bitfolge oder der zweiten Bitfolge aufgrund eines Sensorergebnisses festgelegt ist.
[06] Somit kann ein Data-Link-System bereitgestellt werden, welches anhand von Sensorsignalen und mittels der Sensoren abgeleiteter Parameter eine Funksignalfolge festlegen kann. [07] So ist es beispielsweise möglich, dass ein Radar die Position und die Geschwindigkeit eines sich nähernden Flugzeuges oder Schiffes ermittelt. Sobald die Richtung und die Geschwindigkeit kritische Werte aufweisen, welche darauf schließen lassen, dass das sich nähernde Fahrzeug gegebenenfalls in feindlicher Absicht auf einen zu fährt, können die Daten bezüglich dieses feindlichen Fahrzeugs priorisierend über die Funksignalfolge an sämtliche Teilnehmer des Data-Link-Systems übermittelt werden.
[08] Umgekehrt können beispielsweise die Informationen bezüglich eines Fahrzeuges, welches sich von der eigenen Position oder der Position anderer im Verband befindlicher Fahrzeuge entfernt, mit niedriger Priorität behandelt werden, sodass die Informationen bezüglich des sich entfernenden Fahrzeugs lediglich alle paar Minuten an die Teilnehmer des Daten-Link-Systems übermittelt werden.
[09] Folgendes Begriffliche sei erläutert:
[10] Unter „Funk" ist insbesondere die Funktechnik umfasst, welche eine Methode bereitstellt, Signale aller Art mit Hilfe modulierter elektromagnetischer Wellen im Radiofrequenzbereich (Radiowellen) drahtlos zu übertragen. HF ist die Abkürzung für Hochfrequenz, insbesondere ist das Frequenzband von 3MHz bis 30MHz umfasst. Eine alternative Bezeichnung für derartige Funkwellen sind Kurzwellen oder Dekameterwellen. Die Abkürzung UHF steht für Ultrahochfrequenz und umfasst insbesondere Mikrowellen, deren Wellenlängen im Dezimeterbereich also zwischen 10dm und 1dm liegen. Dieses entspricht insbesondere einem Frequenzband von 0,3GHz bis 3GHz. Vorliegend sind jedoch auch die Bereiche zwischen 30MHz und 300MHz für die Nutzung als Funk mit umfasst.
[11] Die „Trägerfrequenz", wird auch als Träger bezeichnet, ist eine sich periodisch ändernde Größe einer Funkwelle mit konstanten charakteristischen Parametern wie beispielsweise Frequenz, Amplitude oder Tastgrad. Dabei ist das Trägersignal insbesondere das Bezugssignal zur Demodulation eines zuvor zum Zwecke der Übertragung eines
informationssignalmodulierten Trägers. Vorliegend ist auch der inverse Weg umfasst. Das Trägersignal beziehungsweise die Trägerfrequenz selbst kann selbst der Träger der Information sein, aus dem der Träger zur Demodulation rekonstruiert wird, wenn zum Beispiel bei bestimmten Modulationsarten der Träger nicht mit übertragen wird. Vorliegend kann die Trägerfrequenz auch der Nennfrequenz der abgestrahlten Funkwelle entsprechen.
[12] Die „Informationen" umfassen insbesondere taktische Daten in einem militärischen Data-Link-System. Diese taktischen Daten können die Position, die Geschwindigkeit oder die Richtung eines Fahrzeuges oder auch Karten und sonstige Positionsinformationen sowie Sprache oder sonstige Texte umfassen. [13] Bei einem „Data-Link-System" wird insbesondere von Verbindungen zwischen zwei oder mehreren Endstellen gesprochen, zwischen denen eine Datenübertragung erfolgt. Die Datenübertragung kann dabei sowohl duplex (Datenfluss in beide Richtungen zur gleichen Zeit möglich) , im halbduplex (Datenfluss in beide Richtungen möglich, jedoch nicht zeitgleich) und im simplex-Verfahren (Daten fließen nur in eine und dieselbe Richtung) erfolgen. Vorliegend sind insbesondere taktische Data-Links wie ACARS, JTIDS und MIDS Beispiele für Data-Links. [14] Da bei vorliegender Funksignalfolge die Daten im Wesentlichen digital übertragen werden, werden einzelne Datenpakte vorliegend in einen Rahmen gefasst. Dieser Rahmen kann sowohl einen Header, als auch einen Trailer als
auch die zu übertragenen Informationen in kodierter Form aufweisen. In dem Header können insbesondere Daten zur Dekodierung und die Datenlänge und Paketlänge aufgeführt sein, während im Trailer beispielsweise Prüfziffern z.B. für CRC-Prüf erfahren hinterlegt sein können. Die Rahmen weisen jeweils eine „Bitfolge" auf, welche beispielsweise zuerst Lageinformationen und abschließend
Sprachinformationen aufweist.
[15] Eine „Bitfolge" umfasst insbesondere eine Digitale Information im Rahmen. So kann der Rahmen aus „len" und „Oen" gebildet sein. Die gesamte Abfolge der Digitalen Signale wird Bitfolge genannt. Zudem kann die Bitfolge auch die Länge der Header oder Trailer beeinflussen. Insbesondere umfasst die Bitfolge die zu übertragende Information.
[16] Damit eine effektive Kommunikation erfolgen kann, sind die Rahmen einzelnen „Zeitschlitzen" zugeordnet, in denen die Übertragung der Datenpakete erfolgen soll. Insbesondere können so über das Data-Link-System mehrere Teilnehmer Daten beziehungsweise Rahmen senden. Dabei kann einem jeden Teilnehmer ein fester Zeitschlitz für seinen Rahmen zugeordnet werden. Die Zeitschlitzzuordnung kann vorliegend aber auch dynamisch erfolgen. Die Dynamik kann insbesondere durch die Sensorergebnisse festgelegt werden. [17] In einer weiteren Aus führungs form weist die Funksignalfolge weitere Rahmen auf, welche jeweils einem eigenen Zeitschlitz zugeordnet sind, wobei insbesondere die zeitliche Reihenfolge der Rahmen oder der einzelnen
Bitfolgen der Rahmen aufgrund des Sensorergebnisses festgelegt sind, und die Rahmen einen ersten Sendezyklus bilden .
[18] So kann beispielsweise ein breiter gefasster Sendezyklus von einem Hauptschiff wie beispielsweise einem Flugzeugträger an die Begleitschiffe einer Flotte gesandt werden und etwaige U-Boote in der Flotte lediglich einen sehr weiten Sendezyklus mit wenigen Rahmen zur Verfügung gestellt werden. Somit kann gewährleistet werden, dass ein optimales Verteilen von Informationen gewährleistet wird.
[19] Um noch schneller auf etwaige Änderungen in der gegebenen Lage eingehen zu können, kann die Funksignalfolge weitere Sendezyklen aufweisen, welche wiederum Rahmen mit zugeordneten Zeitschlitzen aufweisen und deren zeitliche Reihenfolge innerhalb eines Sendezyklus aufgrund des Sensorergebnisses festgelegt ist.
[20] In einer weiteren Ausgestaltungsform bestimmt ein Bewertungsalgorithmus das Sensorergebnis.
„Sensorergebnisse" können vorliegend insbesondere die Ergebnisse oder die Daten von Radaranlagen, Sonaranlagen, Kameras und optischer Sensoren sein. Insbesondere werden Kameradaten, Radardaten und Passiv- oder Aktivsonardaten ausgewertet. Beispielsweise können bei den optischen Daten die Bilder eines Flugzeuges ausgewertet werden, welches die Schiffe optisch aufgezeichnet haben. Insbesondere können dabei mittels Mapping-Verfahren etwaige Feindflugzeuge erkannt werden, und diese Information an sämtliche Teilnehmer des Data-Links übermittelt werden.
[21] Bei Radardaten oder Sonardaten, können insbesondere die Richtung und Geschwindigkeit von Fahrzeugen ermittelt werden und daraus gegebenenfalls Handlungen abgeleitet werden . [22] Bei diesen Bewertungsalgorithmen können je nach Vorgaben die Sensorergebnisse ausgewertet werden und so die zeitliche Reihenfolge der Bitfolgen oder der Rahmen oder der Sendezyklen beeinflusst werden.
[23] So kann beispielsweise im offenen Meer ein sich schnell bewegendes Wasserfahrzeug als gefährlich erkannt werden, wohingegen beispielsweise in der Nähe der Küste dies auf übliche Speed-Boote, wie sie beispielsweise im Freizeitbereich eingesetzt werden, hinweisen kann. Selbstverständlich können diese Bewertungsalgorithmen durch etwaiges Bedienpersonal modifiziert werden.
[24] Um feststellen zu können welche Information von welchem Teilnehmer des Data-Link-Systems ausgesandt wurde, kann jedem Rahmen einem Sender zuordenbar sein, welcher den Rahmen ausgesandt hat. [25] In einer besonderen Aus führungs form stammen wenigstens zwei Rahmen von wenigstens zwei unabhängigen Sendern. Somit kann ein Data-Link-System mit zwei aktiven Teilnehmern bereitgestellt werden. Um die Sensordaten selbst oder abgeleitete Parameter der Sensordaten effektiv im Data- Link-System zu verteilen, können die Rahmen die Sensordaten oder aufbereitete Sensordaten umfassen.
[26] Unter aufbereitete Sensordaten sind insbesondere ableitbare Größen, welche mittels mathematischer Verfahren oder elektronischer Überarbeitung ermittelt werden, zu verstehen. Während beispielsweise bei einer Kamera das Bild selbst als Sensordaten übertragbar ist, können beispielsweise bei Radardaten Informationen wie die Größe eines Schiffs, Geschwindigkeit des Schiffs und der Kurs des Schiffes als aufbereitete Sensordaten übermittelt werden.
[27] Um bessere Daten von beispielsweise einer etwaigen Bedrohung zu erhalten, kann die Funksignalfolge ein Steuersignal aufweisen, durch welches ein zweiter Sensor, beispielsweise bei einem Empfänger der Funksignalfolge, ansteuerbar ist. Somit kann beispielweise in einem Flottenverband das Hauptschiff das Radarsystem eines ebenfalls zum Flottenverband gehörenden Schiffes ansprechen, um gegebenenfalls bestimmte Lagen besser aufklären zu können.
[28] In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird die Aufgabe gelöst durch einen Sender mit einem zugeordneten Sensor, wobei der Sender derart eingerichtet ist, dass eine zuvor beschriebene Signalfolge aussendbar ist. Insbesondere kann dieser Sender eine Funkantenne aufweisen, welche derart elektronisch angesteuert wird, dass die Funksignalfolge ausgesandt wird. [29] Um das von dem Sender ausgesandte Signal zu empfangen, wird die Aufgabe ebenfalls gelöst durch einen Empfänger, welcher derart eingerichtet ist, dass eine zuvor
beschriebene Funksignalfolge oder von dem Sender ausgesandte Funksignalfolge auswertbar ist.
[30] Somit kann ein Sender-Empfänger-Paar bereitgestellt werden, mit dem ein Data-Link-System bereitgestellt werden kann .
[31] In einer Ausführungsform weist der Empfänger einen Sensor auf, welcher mittels der Funksignalfolge ansteuerbar ist. So kann insbesondere der Empfänger beispielsweise die Funksignalfolge empfangen und anhand der dort ermittelten Daten beispielsweise das Radar eines Schiffes auf einen bestimmten Punkt lenken.
[32] In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird die Aufgabe gelöst durch eine Vorrichtung oder ein Fahrzeug, insbesondere Wasserfahrzeug, Unterwasserfahrzeug,
Landfahrzeug und/oder Luftfahrzeug, welche oder welches einen zuvor beschriebenen Sender und/oder einen zuvor beschriebenen Empfänger aufweist.
[33] Zudem kann die Aufgabe gelöst werden durch ein Data- Link-System, welches eine zuvor beschriebene Vorrichtung oder ein zuvor beschriebenes Fahrzeug aufweist.
[34] Im Weiteren wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen erläutert. Es zeigen
Figur 1 eine schematische Darstellung einer
Draufsicht von oben auf eine Lage mit einem Schiffsverband und weiteren Fahrzeugen und
Figur 2 eine Funksignalfolge mit mehreren Rahmen und Sendezyklen sowie eine vergrößerte Darstellung eines Rahmens
[35] Ein Schiffsverband 101 weist einen Flugzeugträger 103 mit einem Flugzeug 131, einem Radar 133 und einem HF- Sender/-Empfänger 135 auf. Zu dem Schiffsverband 101 gehören Begleitschiffe 105 sowie ein U-Boot 107. Der Schiffsverband 101 bewegt sich in
Schiffsverbandsfahrtrichtung 109.
[36] Um den Schiffsverband herum befinden sich Schiffe, Flugzeuge und U-Boote. Zu den Schiffen gehört das erste Fremdschiff 159, welches in die Fahrtrichtung 161 fährt, und das zweite Fremdschiff 163, welches in die Fahrtrichtung 165 fährt und das dritte Fremdschiff 167, welches in Fahrtrichtung 169 fährt. Zudem befindet sich in der Nähe des Schiffsverbands 101 ein U-Boot 155, welches sich in Fahrtrichtung 157 bewegt. Weiterhin überfliegt ein Fremdflugzeug 151 in Richtung 153 das Gebiet.
[37] Sämtliche Fremdschiffe 159, 163, 167 und das Flugzeug 151 werden von dem Radar 133 überwacht und erfasst. Über die Funkantenne 135 werden sämtliche Begleitschiffe 105 und das U-Boot 107, welches eine Überwasserantenne aufweist, über die ermittelte Lage des Radars 133 mittels einer eine Funksignalfolge aussendenden HF-Sender 135 informiert.
[38] Das erste Fremdschiff 159 wird aufgrund seiner Fahrtrichtung 161 und der angenommen stark beschleunigten Fahrt als Gefahr für den Schiffsverband 101 identifiziert. Um die Positionen, Geschwindigkeit und Richtung des ersten
Fremdschiffs 159 möglichst zeitaktuell an sämtliche Mitglieder des Schiffsverbands 101 mitzuteilen, werden hochaufgelöste Daten priorisierend über Funk und dem zugehörigen Data-Link-System an sämtliche Mitglieder des Schiffsverbandes 101 gesandt.
[39] Die Daten bezüglich des Flugzeuges 151, welches sich in die Richtung 153 bewegt, welches sich also von dem Schiffsverband 101 wegbewegt, werden nicht permanent den Mitgliedern des Schiffsverband übermittelt, sondern lediglich alle paar Minuten den Schiffsverbandsmitglieder mitgeteilt, da dieses Flugzeug 151 vom Radar 133 und den nachgeordneten Bewertungsalgorithmen als geringe Gefahr eingeschätzt wird.
[40] Gleiches gilt für das zweite Fremdschiff 163, welches sich ebenfalls mit der Richtung 165 vom Schiffsverband 101 entfernt .
[41] Die Informationen zu dem dritten Fremdschiff 167, welches sich in Richtung 169 mit geringerer Geschwindigkeit als die Geschwindigkeit des Schiffsverbands 101 bewegt, werden mit mittlerer Priorität an die Mitglieder des Schiffsverbands weitergeleitet, da sich vorliegend der Schiffsverband etwas schneller bewegt als das dritte Fremdschiff 167.
[42] Das zu dem Schiffsverband gehörende Begleit-U-Boot 107 weist ein passives Sonar auf. Mittels dieses passiven Sonars wird das Fremd-U-Boot 155 und dessen Richtung 157 detektiert. Aufgrund dessen, dass sich das Fremd-U-Boot 155 mit relevanter Geschwindigkeit in Richtung 157 des
Schiffsverbandes 101 bewegt, sendet das Begleit-U-Boot 107 in seinem Sendezyklus priorisiert sämtliche Daten über das Fremd-U-Boot 155. Zu diesen Daten gehören die Richtung 157 sowie die Geschwindigkeit des Fremd-U-Boots 155. [43] Das mittels der HF-Sender/-Empfänger vom oder an dem Flugzeugträger, von oder an das U-Boot 107 sowie von oder an die Begleitschiffe 105 ausgesandte/empfangene Signal im Data-Link-System ist in Figur 2 exemplarisch dargestellt.
[44] Eine Funksignalfolge 250 weist mehrere Rahmen 251, 253, 257, 259 auf. Jeder dieser Rahmen weist wiederum einen Header 271, einen Trailer 273 und eine Bitfolge 275 Daten D auf, welche die zu übermittelnde Information darstellt. Der Rahmen hat eine zeitliche Breite tl.
[45] Die Funksignalfolge 250 ist entlang eines Zeitstrahls 255 dargestellt. Die einzelnen Sequenzen sind dem Flugzeugträger 103, den Begleitschiffen 105 und dem Begleit-U-Boot 107 zugeordnet.
[46] So weist das ausgesandte Funksignal des Flugzeugträgers 103 sechs Rahmen auf. Diese sechs Rahmen bilden eine Sequenz. Die Sequenz der Begleitschiffe 105 weist zwei Rahmen auf. Die Sequenz des Begleit-U-Boots 107 weist vorliegend drei Rahmen auf. Der Sequenzablauf sei wie folgt. Es wird zuerst die Sendesequenz des Begleit-U-Boots 107, dann die Sendesequenz des Flugzeugträgers 103 und abschließend die Sendesequenz der Begleitschiffe ausgesandt, wobei anschließend wiederum die Sequenz des Begleit-U-Boots 107, dann des Flugzeugträgers usw.
ausgesandt werden. Diese Struktur wiederholt sich regelmäßig .
[47] Wird nun aufgrund des Radars 133 festgestellt, dass ein Fremdfahrzeug wie beispielsweise das erste Fremdschiff 159 eine zu hohe Geschwindigkeit in Richtung des Schiffverbandes 101 aufweist, werden die Informationen zu dem ersten Fremdschiff 159 in den Rahmen eins, zwei und drei vorrangig gesendet.
[48] Das als durchschnittlich gefährlich eingestufte Fremdschiff 169 wird im Rahmen vier und die übrigen Flug- und Fahrzeuge im Rahmen fünf sämtlichen Mitgliedern des Schiffverbandes 101 mittels des HF-Senders 135 übermittelt. In dem Rahmen sechs wird eine Textnachricht für die Begleitschiffe eingestellt.
[49] Sollte das erste Fremdschiff 159 sich vom Flottenverband abwenden, so wird dieses Fremdschiff nicht mehr als primäre Gefahr, sondern als durchschnittlich gefährlich klassifiziert und die Übermittlung der diesbezüglichen Daten erfolgt erst im dritten Rahmen.
[50] Analog verhält es sich mit den vom Begleit-U-Boot 107 ausgesandten Rahmen, welche aufgrund der Gefahr des Fremd- U-Boots 155 mit sämtlichen Informationen bezüglich dieses Fremd-U-Bootes gefüllt sind. Sollten keine Unterwasserziele detektiert werden, kann vorliegend mittels des Data-Link- Systems festgelegt werden, dass vorerst das U-Boot nicht mehr drei Rahmen, sondern lediglich einen Rahmen während seiner Sequenz aussendet. Sobald jedoch das Passivsonar des U-Bootes ein Unterwassersignal detektiert, welches
potentiell gefährlich ist, wird über den einen Rahmen dem Data-Link-System mitgeteilt, dass mehrere Rahmen für das Signal, welches vom Begleit-U-Boot 107 ausgesandt wird, bereitgestellt werden. [51] In einer alternativen Ausgestaltung, sind nicht die Rahmen selbst in ihrer Reihenfolge mittels eines Sensorsignals priorisiert oder werden diesbezüglich angeordnet, sondern die Bitfolgen, welche im Datenteil eines Rahmens befindlich sind. So können die ersten zwei Drittel sich auf eine Gefahrenlage beziehen und mittels des letzten Drittels der Bits allgemeine Lagedaten oder Sprachinformationen übermittelt werden.
Bezugs zeichenliste
101 Schiffsverband
103 Flugzeugträger
105 Begleitschiff
107 Begleit-U-Boot
109 Schiffsverband Fahrtrichtung
131 Flugzeug
133 Radar
135 HF-Sender/-Empfänger
151 Fremdflugzeug
153 Flugrichtung
155 Fremd-U-Boot
157 Fahrtrichtung des Fremd-U-Boots
159 erstes Fremdschiff
161 Fahrtrichtung des ersten Fremdschiffs
163 zweites Fremdschiff
165 Fahrtrichtung des zweiten Fremdschiffs
167 drittes Fremdschiff
169 Fahrtrichtung des dritten Fremdschiffs
250 Funksignalfolge
251 Rahmen
253 Rahmen
255 Zeitstrahl
257 Rahmen
259 Rahmen
261 Zeitabstand zwischen Rahmen 259 und Rahmen 257
271 Header
273 Trailer
275 Data