RU2695318C1

RU2695318C1 - Underwater communication device

Info

Publication number: RU2695318C1
Application number: RU2018136656A
Authority: RU
Inventors: Алексей Александрович Алясев; Василий Михайлович Бондарев
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью "ХайТэк"
Priority date: 2018-10-18
Filing date: 2018-10-18
Publication date: 2019-07-23

Abstract

FIELD: antenna equipment.SUBSTANCE: invention relates to radio engineering and can be used in communication systems using an antenna near-field field. Underwater communication device includes antenna 1, underwater transceiver 2, surface transceiver 3 with antenna, range switch 4, controller 5 and user interface 6 connected to each other by means of communication.EFFECT: longer range of communication when using the device in an air-to-water combination environment, as well as higher operational versatility of the device.1 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к радиотехнике и может использоваться в системах связи с использованием поля ближней зоны действия антенны.The invention relates to radio engineering and can be used in communication systems using the near field antenna.

Известна «Система односторонней подводной радиосвязи» [РФ №2618518 C1, Н04В 13/00, 04.05.2017], использующая канал связи в виде воздушной и водной среды, роль которой выполняет морская вода, содержащая первый и второй надводные объекты и подводный объект, первый надводный объект содержит соединенные последовательно источник сообщения, кодирующее устройство, модулятор, радиопередатчик и воздушную антенну, второй надводный объект содержит соединенные последовательно воздушную антенну, радиоприемное устройство, преобразователь, передатчик и водное антенное устройство, подводный объект содержит соединенные последовательно антенное устройство, радиоприемное устройство, декодирующее устройство и регистратор, у подводного объекта антенное устройство содержит антенну и входное устройство, отличающаяся тем, что у подводного объекта входное устройство содержит первую и вторую входные клеммы, выходную клемму и общую шину, первый конденсатор, у которого первый вывод соединен с первой входной клеммой, а второй вывод соединен с первыми выводами первого индуктивного элемента, второго и третьего конденсаторов, второй вывод первого индуктивного элемента посредством первого электронного цифроуправляемого потенциометра соединен с общей шиной, второй вывод второго конденсатора соединен с общей шиной, второй вывод третьего конденсатора соединен с первым входом дифференциального усилителя, ко второй входной клемме подключен первый вывод четвертого конденсатора, у которого второй вывод соединен с первыми выводами пятого и шестого конденсаторов и второго индуктивного элемента, второй вывод пятого конденсатора соединен с общей шиной, второй вывод второго индуктивного элемента посредством второго электронного цифроуправляемого потенциометра соединен с общей шиной, второй вывод шестого конденсатора соединен со вторым входом дифференциального усилителя, к первому выходу дифференциального усилителя подключен первый вывод седьмого конденсатора, у которого второй вывод соединен с первыми выводами восьмого и девятого конденсаторов и третьего индуктивного элемента, второй вывод восьмого конденсатора соединен с общей шиной, второй вывод третьего индуктивного элемента посредством третьего электронного цифроуправляемого потенциометра соединен с общей шиной, второй вывод девятого конденсатора соединен с неинвертирующим входом операционного усилителя, ко второму выходу дифференциального усилителя подключен первый вывод десятого конденсатора, у которого второй вывод соединен с первыми выводами одиннадцатого и двенадцатого конденсаторов и четвертого индуктивного элемента, второй вывод одиннадцатого конденсатора соединен с общей шиной, второй вывод четвертого индуктивного элемента посредством четвертого электронного цифроуправляемого потенциометра соединен с общей шиной, второй вывод двенадцатого конденсатора соединен с инвертирующим входом операционного усилителя, к выходу которого подключен первый вывод тринадцатого конденсатора, второй вывод которого соединен с первыми выводами четырнадцатого и пятнадцатого конденсаторов и пятого индуктивного элемента, второй вывод четырнадцатого конденсатора соединен с общей шиной, второй вывод пятого индуктивного элемента посредством пятого электронного цифроуправляемого потенциометра соединен с общей шиной, второй вывод пятнадцатого конденсатора соединен с выходной клеммой устройства, при этом первый, второй, третий, четвертый и пятый индуктивные элементы выполнены по идентичным схемам обобщенного конвертора сопротивлений, каждый из которых содержит первый резистор, первый вывод которого является входом конвертора и подключен к неинвертирующему входу первого операционного усилителя, второй вывод первого резистора соединен с выходом второго операционного усилителя и первым выводом второго резистора, у которого второй вывод соединен с инвертирующими входами первого и второго операционных усилителей, а также с первым выводом третьего резистора, у которого второй вывод соединен с выходом первого операционного усилителя и первым выводом конденсатора, второй вывод которого подключен к неинвертирующему входу второго операционного усилителя и является выходом обобщенного конвертора.The well-known "System of one-way underwater radio communication" [RF No. 2618518 C1, Н04В 13/00, 05/04/2017], using a communication channel in the form of air and water, the role of which is sea water containing the first and second surface objects and an underwater object, the first the surface object comprises a message source, a coding device, a modulator, a radio transmitter and an air antenna connected in series, the second surface object contains aerial antenna, a radio receiver, a converter, a transmitter and a water antenna connected in series The antenna device, the underwater object contains an antenna device, a radio receiver, a decoding device and a recorder connected in series, the antenna device at the underwater object contains an antenna and an input device, characterized in that the input device contains an first and second input terminals, an output terminal, and a common one a bus, a first capacitor in which the first terminal is connected to the first input terminal, and the second terminal is connected to the first terminals of the first inductive element, second and capacitors, the second terminal of the first inductive element is connected to the common bus via the first electronic digitally controlled potentiometer, the second terminal of the second capacitor is connected to the common bus, the second terminal of the third capacitor is connected to the first input of the differential amplifier, the first terminal of the fourth capacitor is connected to the second input terminal, in which the second terminal is connected to the first terminals of the fifth and sixth capacitors and the second inductive element, the second terminal of the fifth capacitor is connected to bus, the second terminal of the second inductive element is connected to the common bus via the second electronic digitally controlled potentiometer, the second terminal of the sixth capacitor is connected to the second input of the differential amplifier, the first terminal of the seventh capacitor is connected to the first output of the differential amplifier, in which the second terminal is connected to the first terminals of the eighth and the ninth capacitor and the third inductive element, the second terminal of the eighth capacitor is connected to a common bus, the second terminal of the third inductively about the element by means of a third electronic digitally-controlled potentiometer connected to a common bus, the second terminal of the ninth capacitor is connected to a non-inverting input of the operational amplifier, the first terminal of the tenth capacitor is connected to the second output of the differential amplifier, in which the second terminal is connected to the first terminals of the eleventh and twelfth capacitors and the fourth inductive element , the second terminal of the eleventh capacitor is connected to a common bus, the second terminal of the fourth inductive element is by means of a fourth electronic digitally-controlled potentiometer connected to a common bus, the second terminal of the twelfth capacitor is connected to the inverting input of the operational amplifier, the output of which is connected to the first terminal of the thirteenth capacitor, the second terminal of which is connected to the first terminals of the fourteenth and fifteenth capacitors and the fifth inductive element, the second terminal of the fourteenth capacitor connected to a common bus, the second terminal of the fifth inductive element through the fifth electronic digital control of the potentiometer is connected to a common bus, the second terminal of the fifteenth capacitor is connected to the output terminal of the device, while the first, second, third, fourth and fifth inductive elements are made according to identical circuits of the generalized resistance converter, each of which contains a first resistor, the first output of which is an input Converter and connected to the non-inverting input of the first operational amplifier, the second output of the first resistor is connected to the output of the second operational amplifier and the first output of the second res ora, in which the second output is connected to the inverting inputs of the first and second operational amplifiers, as well as to the first output of the third resistor, in which the second output is connected to the output of the first operational amplifier and the first output of the capacitor, the second output of which is connected to the non-inverting input of the second operational amplifier and is the output of a generalized converter.

Основными недостатками данной системы являются невозможность организации передачи сигнала в обратном направлении, а также применение электродных антенн, что ограничивает применение данного устройства лишь морской водой, в пресной воде электродная антенна будет работать значительно хуже, либо не будет работать вообще.The main disadvantages of this system are the impossibility of organizing signal transmission in the opposite direction, as well as the use of electrode antennas, which limits the use of this device to sea water only, in fresh water the electrode antenna will work much worse or will not work at all.

Наиболее близким аналогом является «Система подводной связи» [Патент US 8682244 В2, Н04В 13/02, 01.08.2013], в которой предусмотрена подводная система связи, которая передает электромагнитные и/или магнитные сигналы на удаленный приемник. Передатчик включает в себя ввод данных. Цифровой компрессор данных сжимает данные для передачи. Модулятор модулирует сжатые данные на несущий сигнал. Электрически изолированная антенна с магнитной связью передает сжатые модулированные сигналы. Приемник, который имеет электрически изолированную магнитную связанную антенну для приема сжатого, модулированного сигнала. Предусмотрен демодулятор для демодуляции сигнала для отображения сжатых данных. Демпрессор сжимает данные. Соответствующий человеческий интерфейс предоставляется для передачи переданных данных в текстовую/аудио/визуальную форму. Аналогично, система передачи содержит соответствующие механизмы аудио/визуального / текстового ввода.The closest analogue is the “Underwater Communication System” [Patent US 8682244 B2, Н04В 13/02, 08/01/2013], which provides an underwater communication system that transmits electromagnetic and / or magnetic signals to a remote receiver. The transmitter includes data entry. A digital data compressor compresses the data for transmission. A modulator modulates the compressed data onto a carrier signal. An electrically isolated magnetically coupled antenna transmits compressed modulated signals. A receiver that has an electrically isolated magnetic coupled antenna for receiving a compressed, modulated signal. A demodulator is provided for demodulating the signal to display compressed data. The depressor compresses the data. An appropriate human interface is provided for transmitting the transmitted data in text / audio / visual form. Similarly, the transmission system includes appropriate audio / visual / text input mechanisms.

Недостатком данной системы является низкая дальность связи при использовании устройства в комбинированной среде воздух-вода.The disadvantage of this system is the low communication range when using the device in a combined air-water environment.

Технический результат заключается в повышении дальности связи при использовании устройства в комбинированной среде воздух-вода, а также в повышении эксплуатационной универсальности устройства.The technical result consists in increasing the communication range when using the device in a combined air-water environment, as well as in increasing the operational universality of the device.

Технический результат достигается тем, что в «Устройство подводной связи», содержащее подводную систему связи, состоящую из приемника, передатчика и антенны (дополнительно приемник и передатчик объединены в подводный приемопередатчик), введены соединенные между собой посредством связи надводный приемопередатчик с антенной, переключатель диапазонов, контроллер и интерфейс пользователя.The technical result is achieved by the fact that in the "Underwater communication device" containing an underwater communication system consisting of a receiver, a transmitter and an antenna (in addition, the receiver and transmitter are combined into an underwater transceiver), surface-mounted transceiver with antenna connected to each other by communication, a range switch, controller and user interface.

На фиг. 1 представлена блок-схема устройства подводной связи.In FIG. 1 is a block diagram of an underwater communication device.

Устройство содержит антенну 1, подводный приемопередатчик 2 с антенной, надводный приемопередатчик 3 с антенной, переключатель диапазонов 4, контроллер 5 и интерфейс пользователя 6.The device comprises an antenna 1, an underwater transceiver 2 with an antenna, a surface transceiver 3 with an antenna, a range switch 4, a controller 5, and a user interface 6.

Устройство (Фиг. 1) содержит соединенные между собой посредством связи антенну 1, подводный приемопередатчик 2, надводный приемопередатчик 3 с антенной, переключатель диапазонов 4, контроллер 5 и интерфейс пользователя 6.The device (Fig. 1) contains interconnected by communication antenna 1, underwater transceiver 2, surface transceiver 3 with antenna, range switch 4, controller 5 and user interface 6.

Устройство подводной связи работает следующим образом.The underwater communication device operates as follows.

Известно, что для связи под водой используются специализированные системы связи, поскольку радиоволны плохо проникают в толщу воды, и это проникновение тем хуже, чем выше соленость воды. Выделяют несколько способов связи под водой: гидроакустика, оптическая связь, связь с использованием электромагнитных волн и с использованием магнитного поля. Каждый способ отличается своими достоинствами и недостатками. Связь с использованием поля ближней зоны действия антенны имеет следующие преимущества: малые задержки при передаче сигналов, возможность передавать данные с высокой скоростью на небольшие расстояния, малое влияние среды (шум воды и подводных объектов, мутность воды, термоклин, загрязнение оптических элементов) на канал связи. В силу указанных достоинств подводные системы связи с использованием магнитного поля получают свое развитие.It is known that specialized communication systems are used for communication under water, since radio waves penetrate poorly into the water column, and this penetration is all the worse, the higher the salinity of the water. There are several methods of communication under water: sonar, optical communication, communication using electromagnetic waves and using a magnetic field. Each method is distinguished by its advantages and disadvantages. Communication using the near field antenna range has the following advantages: small delays in signal transmission, the ability to transmit data at high speed over short distances, low environmental impact (noise of water and underwater objects, turbidity, thermocline, pollution of optical elements) on the communication channel . By virtue of these advantages, underwater communication systems using a magnetic field are being developed.

Наличие надводного приемопередатчика позволяет значительно увеличить дальность связи при использовании устройства подводной связи на воздухе, к примеру, при всплытии водолаза, а с помощью переключателя (учитывая, находится ли устройство подводной связи под водой или над водой) возможно переключить приемопередатчики (подводный и надводный). Кроме того, предусматривается возможность работы устройства в режиме междиапазонной ретрансляции, когда сигнал с воздушной среды попадает на надводный приемопередатчик, а подводный приемопередатчик ретранслирует этот сигнал в водную среду. Ретрансляция может происходить и в обратную сторону - из водной среды в воздушную. Подобная конфигурация устройства позволяет значительно увеличить дальность связи в комбинированной среде воздух-вода, повысить эксплуатационную универсальность устройства, поскольку в каждой точке связи используется одно и то же устройство.The presence of a surface transceiver can significantly increase the communication range when using an underwater communication device in the air, for example, when a diver ascends, and using the switch (considering whether the underwater communication device is underwater or above water) it is possible to switch transceivers (underwater and surface). In addition, it is possible to operate the device in the inter-band relay mode when the signal from the air enters the surface transceiver, and the underwater transceiver relays this signal to the water environment. Relay can also occur in the opposite direction - from the aquatic environment to the air. Such a configuration of the device allows to significantly increase the communication range in the combined air-water environment, to increase the operational universality of the device, since the same device is used at each communication point.

Антенна 1 является рамочной и предназначена для передачи и приема сигналов под водой с использованием ближнего поля. Подводный приемопередатчик 2 передает и принимает сигналы от антенны 1, может использовать для работы низкие частоты до 1 МГц включительно, что позволяет магнитному полю антенны проникать в толщу воды. Приемопередатчик надводный 3 с антенной использует ОВЧ или УВЧ диапазон радиочастот для передачи сигналов над водой. Переключателем диапазонов 4 обеспечивается переключение приемопередатчиков в зависимости от того, где находится устройство подводной связи - на воздухе или в воде. Контроллер 5 обеспечивает взаимодействие составных частей устройства подводной связи, позволяет организовать ретрансляцию сигналов между приемопередатчиками в режиме реального времени. Интерфейс пользователя 6 обеспечивает взаимодействие пользователя и устройства подводной связи. Интерфейс 6 может быть выполнен в виде гарнитуры (для руки или встроенный в водолазную маску), текстового терминала или стандартного интерфейса, подключаемого к стандартному устройству ввода-вывода.Antenna 1 is a frame antenna and is designed to transmit and receive signals underwater using the near field. Underwater transceiver 2 transmits and receives signals from antenna 1, can use low frequencies up to 1 MHz inclusive for operation, which allows the magnetic field of the antenna to penetrate into the water column. A surface 3 transceiver with an antenna uses the VHF or UHF radio frequency band to transmit signals over water. Range switch 4 provides switching transceivers depending on where the underwater communication device is located - in air or in water. The controller 5 provides the interaction of the components of the underwater communication device, allows you to organize the relay of signals between transceivers in real time. The user interface 6 provides the interaction of the user and the underwater communication device. Interface 6 can be made in the form of a headset (for hands or built into a diving mask), a text terminal, or a standard interface connected to a standard input-output device.

Таким образом, устройство обеспечивает повышение дальности связи при использовании устройства в комбинированной среде воздух-вода, а также повышение эксплуатационной универсальности устройства.Thus, the device provides an increase in communication range when using the device in a combined air-water environment, as well as increasing the operational versatility of the device.

Claims

An underwater communication device comprising an underwater communication system consisting of a receiver, a transmitter and an antenna, characterized in that the receiver and the transmitter are combined into an underwater transceiver and a surface transceiver with an antenna, a range switch, a controller and a user interface are connected via communication.