Ultraschall-Unterwasser-Kommunikationslösung

Technologisches Prinzip: Ultraschall als Schlüssel zur drahtlosen Unterwasserkommunikation

In Unterwasserumgebungen ist eine effektive Kommunikation mit elektromagnetischen Wellen aufgrund ihrer starken Hochfrequenzdämpfung und sehr begrenzten Reichweite kaum möglich. Gleichzeitig schränken kabelgebundene Lösungen die Mobilität und Flexibilität von Geräten erheblich ein.

Die von ADW entwickelte Lösung verfolgt einen innovativen Ansatz und nutzt Ultraschall als Informationsträger. Dabei werden die physikalischen Vorteile von Schallwellen im Wasser voll ausgeschöpft – geringe Dämpfung, gute Richtwirkung und hohe Durchdringungsfähigkeit.

Ultraschall ist eine mechanische Welle mit Frequenzen oberhalb der menschlichen Hörgrenze (20 kHz). Im Wasser breitet er sich mit etwa 1500 m/s aus – deutlich schneller als in Luft (ca. 340 m/s). Aufgrund seiner kurzen Wellenlänge und moderaten Beugungseigenschaften ermöglicht er eine präzise Punkt-zu-Punkt-Kommunikation selbst in komplexen Unterwasserumgebungen.

Die Lösung nutzt spezialisierte Wandler, um elektrische Signale in Ultraschallwellen umzuwandeln und im Wasser zu übertragen. Am Empfangspunkt werden die Signale wieder in elektrische Signale zurückgewandelt. In Kombination mit proprietären Filteralgorithmen werden relevante Signale aus komplexen akustischen Kanälen extrahiert, wodurch eine präzise Umgebungswahrnehmung und zuverlässige Datenanalyse ermöglicht wird.

Drei-in-eins-Funktionalität: Kommunikation, Distanzmessung und Positionierung

Im Gegensatz zu herkömmlichen Systemen, die sich ausschließlich auf Datenübertragung konzentrieren, integriert diese Lösung drei zentrale Funktionen:

• Zuverlässige Datenkommunikation

• Präzise Distanzmessung (Time of Flight, ToF)

• Exakte Positionierung durch Triangulation
  

  
  

Durch die Messung der Laufzeit von Ultraschallsignalen kann die Entfernung zwischen Objekten präzise bestimmt werden. In Kombination mit mehreren Referenzstationen und Triangulationsalgorithmen ermöglicht das System die Echtzeitbestimmung der dreidimensionalen Position von Unterwasserrobotern.

Diese akustische Positionierung ist unabhängig von der Wassertrübung und gewährleistet auch bei sehr schlechten Sichtverhältnissen eine hohe Zuverlässigkeit.

Automatisches Andocken und zuverlässige Kommunikation

Für intelligente Betriebsabläufe unterstützt das System automatisches Andocken und Laden. Sinkt der Batteriestand eines Unterwasserroboters, wird dieser mithilfe von Ultraschallsignalen präzise zur Ladestation geführt. Die hohe Genauigkeit bei Distanzmessung und Nahbereichspositionierung gewährleistet einen sicheren und zuverlässigen Andockvorgang.

Die Lösung bietet eine stabile Kommunikationsreichweite von über 20 Metern und eignet sich ideal für Anwendungen in der Unterwasser-Konsumelektronik sowie in leichten industriellen Szenarien.

Hinsichtlich der Datenqualität überzeugt das System durch:

• Bitfehlerrate (BER): ≤ 10⁻³

• Paketverlustrate: ≤ 1%

Diese Leistungsfähigkeit basiert auf der geringen Mehrwegeinterferenz von Ultraschall im Kurzstreckenbereich sowie optimierten Kanalcodierungs- und Fehlerkorrekturverfahren.

Das „Goldene Dreieck“ für intelligente Unterwasseranwendungen

Die Lösung bildet ein integriertes System aus:

• Intelligenten Endgeräten (Steuereinheit)

• Unterwasserrobotern (Ausführungseinheit)

• Basisstationen (Energie- und Datenzentrum)
  

Dieses „Goldene Dreieck“ ermöglicht eine umfassende Echtzeitüberwachung und präzise Steuerung von Unterwassersystemen. Anwendungen wie Zielerkennung, Datenübertragung und autonome Navigation werden effizient unterstützt.

Als führender Anbieter intelligenter Sensor- und Aktuatorlösungen treibt ADW die Vernetzung von Geräten durch innovative Sensortechnologie kontinuierlich voran.

Die auf der AWE erstmals vorgestellte Ultraschall-Unterwasserkommunikationslösung demonstriert die technologische Kompetenz des Unternehmens im Bereich akustischer Sensorik und Signalverarbeitung und bietet eine leistungsstarke, kosteneffiziente Lösung für Anwendungen wie:

• Unterwasser-Konsumelektronik

• Poolreinigungsroboter

• Aquakultur-Überwachung

• Unterhaltungsgeräte im Wasser

Auch künftig wird ADW die Entwicklung akustischer Sensortechnologien weiter vorantreiben und deren Einsatz in unterschiedlichen Anwendungsfeldern ausbauen – für intelligentere, effizientere und komfortablere Lösungen im Alltag.