Unterwasserkommunikation – Akustische Modems und Wandler

Drahtlose Unterwasserkommunikation

Unterwasser-Kommunikation kann zwar über Kabel und Leitungen erfolgen, dies schränkt jedoch die Vielseitigkeit und Flexibilität der beteiligten Systeme ein, insbesondere bei U-Booten und Roboterfahrzeugen. Drahtlose Unterwasser-Kommunikation kann schnell eingesetzt werden und in Umgebungen genutzt werden, in denen die Verlegung von Kabeln gefährlich oder unpraktisch ist.

Schallwellen werden weniger schnell gedämpft und absorbiert als HF-Wellen (Hochfrequenzwellen) oder Laserimpulse, weshalb die akustische Kommunikation die am weitesten verbreitete Form der drahtlosen Unterwassertechnologie ist. Mit Schallwellen lassen sich praktische Kommunikationsentfernungen von mehreren Kilometern erreichen, ohne dass ein extrem leistungsstarker Sender erforderlich ist.

Akustische Kommunikationssysteme

Akustische Modems

Unterwasser-Kommunikationssysteme, die Schallwellen nutzen, erfordern ein akustisches Modem. Dieses Gerät decodiert empfangene Schallwellen in digitale Daten, die von einem Computer verarbeitet werden können, und codiert auch alle digitalen Daten, die übertragen werden müssen, in akustische Wellenformen.
Digitale Informationen können mithilfe einer Reihe von Modulationstechniken in ein akustisches Signal umgewandelt werden, darunter:

• Frequenzumtastung (FSK)
• Phasenumtastung (PSK),
• Orthogonales Frequenzmultiplexverfahren (OFDM)

Akustische Modems können auch Fehlerkorrekturalgorithmen anwenden, um die Robustheit der Datenübertragung in schwierigen Unterwasserumgebungen zu verbessern.

Akustische Wandler

Akustische Modems sind mit akustischen Wandlern verbunden, also Geräten, die elektrische Energie in Schallwellen umwandeln und umgekehrt. Diese Wandler sind in Projektoren eingebaut, die Schallwellen aussenden, sowie in Hydrophonen, die diese empfangen. Am häufigsten werden piezoelektrische Wandler verwendet, deren Materialien Keramik, Einkristalle, Polymere und Verbundwerkstoffe umfassen.

Anwendungen der akustischen Kommunikation

Unterwasser-Akustikkommunikationssysteme werden für eine Vielzahl von Anwendungen in den Bereichen Wirtschaft, Industrie, Verteidigung und Wissenschaft eingesetzt. Sie können zur Verfolgung von U-Booten, Unterwasserfahrzeugen und anderen Objekten sowie zur Übertragung von Daten und Informationen zur und von der Oberfläche verwendet werden. Sie können auch zur Gewinnung von Informationen genutzt werden, die von Netzwerken aus Unterwasser- und Meeresbodensensoren gesammelt werden, beispielsweise ozeanografische Daten und Daten zur Meeresumwelt.