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Die Erfindung betrifft ein System und ein Verfahren zum Kombinieren der Datenübertragung und Entfernungsmessung zwischen synchronisierten Vorrichtungen.
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Die Erfindung betrifft insbesondere ein System und ein Verfahren, die eine Übertragung von Signalen, welche beliebige Informationen transportieren, und eine Entfernungsmessung zwischen Vorrichtungen kombinieren, wobei die zwischen den Vorrichtungen übertragenen Signale digitale Signale sind, die insbesondere durch ein Spreizspektrum moduliert werden, und wobei die Entfernungsmessung durchgeführt wird, indem die Ausbreitungszeit dieser Signale zwischen den Vorrichtungen bewertet wird.
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Die Erfindung betrifft insbesondere die Übertragung von Daten und die Entfernungsmessung zwischen Unterseevorrichtungen, die durch akustische Wellen kommunizieren.
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Fachleute auf dem Gebiet sind mit Systemen vertraut, die ermöglichen, die Entfernung zwischen synchronisierten Vorrichtungen zu messen.
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Dabei und allgemein wird die Entfernungsmessung zwischen Vorrichtungen, die mindestens einen Sender und mindestens einen Empfänger umfassen, auf der Basis der Bewertung der Ausbreitungszeit eines monochromatischen Impulses oder eines Spreizspektrum-modulierten Impulses durchgeführt, der von einem Sender gesendet und dann von einem Empfänger empfangen und mit einem Zeitstempel versehen wird.
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Die Systeme, die einen monochromatischen Impuls verwenden, sind Fachleuten wohlbekannt und werden daher weiter unten nicht beschrieben.
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Das Dokument
WO 96/03689 A1 offenbart ein System, in dem die gesendeten Informationen durch ein Spreizspektrum moduliert werden. Die Spreizspektrum-Modulation bietet zahlreiche Vorteile gegenüber einer herkömmlicheren Modulation, da die auf diese Weise modulierten Signale unter anderem für eine weit geringere Anfälligkeit gegen eine Verwürfelung durch Signalstörungen, das Senden von mehreren Signalen über ein Frequenzband und sogar die Beseitigung oder Verarbeitung mehrerer Wege sorgen, wobei mehrere Wege besser unter dem Namen Schwund bekannt sind.
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In diesem Dokument ist das einzige Ziel der gesendeten Signale, zu ermöglichen, daß die Entfernung zwischen Vorrichtungen gemessen wird. Die implementierten Einrichtungen werden zu diesem Zweck bereitgestellt.
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Außerdem wird die Spreizspektrum-Modulation in diesem Fall insbesondere nach einem pseudostatistischen Verfahren durchgeführt. In dieser Art von Modulation wird das gesendete Signal in der folgenden Form ausgedrückt: a(t) = Ψ(t)i·d(t), wobei Ψ(t) = Φ(tmodts), wobei t die Zeit ist, d(t) eine Funktion ist, die positive und negative Einheitswerte annimmt, Φ(t) eine Impulsfolge mit einem oder mehreren Bits ist, die pseudostatistisch gesendet werden und die Länge ts haben, und Ψ(t) eine Sequenz aus Folgen Φ(t) ist, die N mal wiederholt werden.
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Die Bewertung der Ausbreitungszeit zwischen zwei Vorrichtungen wird auf einem Korrelator, der sich in einem Empfänger befindet, durchgeführt, indem der Durchgang der Impulsfolgen mit Hilfe der Spitzen der mit diesen Folgen verknüpften Selbstkorrelationsfunktion zeitgestempelt wird. Dann führt der Korrelator eine zeitgeführte Integration des Produkts aus dem empfangenen Signal und den verschiedenen Impulsfolgen aus und leitet daraus die Ankunftszeit des Signals ab.
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In diesem Dokument und außerdem in zahlreichen Dokumenten des Stands der Technik wird von einem Sender eine erste Impulsfolge an einen Empfänger gesendet, der die Ausbreitungszeit bestimmt, dann wird dieser Empfänger der ersten Folge der Sender einer zweiten Impulsfolge an den Sender der ersten Impulsfolge, welcher dann die Ausbreitungszeit der zweiten Impulsfolge berechnet. Unter Kenntnis der Ausbreitungszeiten dieser zwei Folgen, wird dann die Entfernung zwischen Vorrichtungen mit erhöhter Genauigkeit abgeleitet. Dieses Verfahren, das Leuten mit Kenntnissen der Technik wohlbekannt ist, ist angesichts der hohen Geschwindigkeit des Signals, die kurze Ausbreitungszeiten bedingt, insbesondere nützlich, wenn das Signal von elektromagnetischer Natur ist.
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Die
WO 2004/029649 A1 beschreibt ein System zur digitalen Kommunikation zwischen synchronisierten Unterseevorrichtungen gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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In der
US 2005/0058081 A1 wird ein System zur Distanzmessung basierend auf Zeitstempeln und Messung der Roundtrip-Zeit beschrieben, welches in akustischen Unterwasser-Netzwerken verwendet wird.
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Die
US 5 784 339 A betrifft ein Unterwasserlokalisierungs- und Kommunikations-System mit synchronisierten Sendern, mit einer Abstandsbestimmung mittels Messung der Roundtrip-Zeit sowie mit einer Richtungsbestimmung.
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Die
WO 2003/100451 A2 lehrt ein GPS basiertes Positions-System für Unterwasserkabel, welches für eine akustische Kommunikation zwischen Schiff und am Kabel befindlichen Empfänger-Modulen Spread-Spektrumsignale mit GPS-Synchronisation und Zeitstempel verwendet.
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Die
DE 199 27 040 A1 betrifft ein Verfahren zur Bearbeitung von frequenzvariablen Wellensignalen und eine System zur Signalverarbeitung, welche zur Kommunikation zwischen sich bewegenden Unterwasserobjekten einsetzbar sind.
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Die
WO 02/082695 A2 betrifft ein Unterwasser-Kommunikationssystem zur Übertragung von digital modulierten Signalen, das eine störresistente Unterwasserdatenübertragung ermöglichen soll, wobei z. B. Hintergrundrauschen, signalverschlechternde Mehrwegüberlagerungseffekte und akustische Doppler-Verzehrungen eliminiert werden.
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Es gibt zahlreiche Anwendungen, für die das Ziel nicht ist, eine Entfernung zwischen Vorrichtungen zu messen, sondern mit spezifischen Einrichtungen gemäß einem spezifischen Verfahren beliebige Informationen zu befördern.
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In dem Fall der Kommunikation zwischen Unterseevorrichtungen ist es insbesondere interessant, in der Lage zu sein, beliebige Informationen, wie etwa zum Beispiel Informationen bezüglich der Temperatur, des Drucks, der Adresse des Senders, oder andere Informationen auszutauschen, und die Entfernung zwischen Vorrichtungen basierend auf dem Signal festzulegen, das die Informationen transportiert.
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Außerdem werden die Signale im Fall von Unterseevorrichtungen durch akustische Wellen gesendet, und die Ausbreitungszeiten dieser Wellen sind sehr viel länger als die zu elektromagnetischen Wellen gehörenden. In diesem Fall macht es keinen Sinn, eine oder mehrere Umlaufmessungen einer Ausbreitungszeit zu machen, sondern in diesem Fall ist es wesentlich, die Ausbreitungszeit des Signals zwischen einem Sender und einem Empfänger so genau wie möglich zu bewerten, um daraus die Entfernung abzuleiten, die sie trennt.
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Diese Aufgaben werden im Zusammenhang der vorliegenden Erfindung durch ein System digitaler Kommunikation gemäß Anspruch 1 zwischen synchronisierten Unterseevorrichtungen mit Einrichtungen zum Senden eines Signals in modulierter Bitform, mindestens einem Sender und mindestens einem Empfänger gelöst, welches dadurch gekennzeichnet ist, daß der mindestens eine Sender ein Signal sendet, das sowohl ermöglicht, beliebige Daten an den mindestens einen Empfänger zu übertragen als auch eine Ausbreitungszeit zwischen dem mindestens einen Sender und dem mindestens einen Empfänger zu messen.
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Die Aufgaben werden im Zusammenhang der vorliegenden Erfindung auch durch ein Verfahren zur digitalen Kommunikation gemäß Anspruch 8 zwischen synchronisierten Unterseevorrichtungen basierend auf dem Senden eines Signals in modulierter Bitform gelöst, das einen Schritt aufweist, der besteht aus:
- – Senden eines Signals, das sowohl ermöglicht, beliebige Daten zu übertragen als auch eine Ausbreitungszeit zwischen dem mindestens einen Sender und dem mindestens einen Empfänger zu messen.
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Andere wesentliche Eigenschaften, Aufgaben und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden beim Lesen der folgenden detaillierten Beschreibung deutlich, wobei:
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1a ein Diagramm ist, das eine Übertragung eines Signals zwischen zwei Vorrichtungen darstellt;
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1b ein Diagramm ist, das eine Übertragung von Signalen zwischen einem Sender und einem Empfänger darstellt;
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2 ein Diagramm eines Empfänger gemäß der vorliegenden Erfindung ist;
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3a eine Modulationszeit darstellt, die im Zusammenhang der vorliegenden Erfindung verwendet wird, um ein Informationsbit zu modulieren;
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3b eine Binärfolge darstellt, die gemäß einer Ausführungsform und gemäß der in 3a dargestellten Modulation moduliert ist;
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4a einen Demodulator gemäß der vorliegenden Erfindung darstellt, der für eine lineare Frequenzdemodulation verwendet wird;
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4b einen Demodulator gemäß der vorliegenden Erfindung darstellt, der für eine Maximallängen-Binärfolgen-Demodulation verwendet wird;
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5 ein Funktionsdiagramm der von dem Demodulator der 4a und 4b bereitgestellten Verarbeitung ist;
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6 eine Binärfolge darstellt, die gemäß einer Ausführungsformvariante und gemäß der in 3a dargestellten Modulation moduliert ist.
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1 ist ein Übertragungsdiagramm eines Signals zwischen einem Sender 100 und einem Empfänger 200, wobei der Sender 100 Einrichtungen zum Senden eines von einem Empfänger 200 empfangenen Signals SN umfaßt. Dieses Signal SN akustischer Art transportiert Informationen beliebiger Art, wie etwa als nicht einschränkendes Beispiel die Adresse der Vorrichtung, die zeitstempeln soll, Temperatur- oder Druckdaten, und dies in digitaler Form. Das digitale Signal wird durch eine Einrichtung, die für die Erzeugung akustischer Impulse geeignet ist, d. h. einen (nicht gezeigten) Signalwandler, in digitaler Form ausgegeben und übertragen. Die von dem Signalwandler gelieferten Impulse sind von zwei Arten, um in der Lage zu sein, ”0”- oder ”1”-Bits darzustellen. Eine Folge akustischer Impulse wird als eine binäre Folge bezeichnet. Das Signal SN wird außerdem mit Hilfe eines in dem Sender 100 enthaltenen (nicht gezeigten) Modulators moduliert.
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Das beschriebene System ist vollkommen umkehrbar, das heißt, der Sender 100 kann auch mit Einrichtungen zum Empfangen von dem Empfänger 200 ausgerüstet werden. Ebenso kann der Empfänger 200 mit Einrichtungen zum Senden eines Signals wie denjenigen des Senders 100 ausgerüstet werden.
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Zu diesem Zweck und wie in 1b gezeigt, ist es für eine Vorrichtung 200 ausgesprochen machbar, ein Signal SN,1 von einer Vorrichtung 100 zu empfangen und ein Signal SN,2 an eine Vorrichtung 300 zu senden, die dann der Empfänger des Signals SN,2 ist. Diese Vorrichtung 300 kann ebenso ein Signal SN,3 an eine andere nicht gezeigte Vorrichtung oder sogar an die Vorrichtung 100 oder sogar an die Vorrichtung 200 senden. Die Anzahl von Vorrichtungen, die miteinander verbunden werden können, ist unbegrenzt. Insbesondere kann eine Vorrichtung 100 Informationen an eine Anzahl von Empfangsvorrichtungen senden, wobei mindestens eine dieser Empfangsvorrichtungen geeignet ist, die von der Vorrichtung 100 gesendeten Informationen zu empfangen.
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Wir werden uns nun selbst auf den Fall beschränken, in dem Signale zwischen zwei Vorrichtungen 100 und 200 gesendet werden, die jeweils Sender und Empfänger des Signals sind. Die verschiedenen Einrichtungen zum Senden eines durch eine Spreizspektrum-Modulation modulierten digitalen Signals sind bekannt und werden daher nicht im Detail beschrieben.
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2 zeigt die Hauptelemente, die die Empfangseinrichtungen des Empfängers 200 bilden. Die Empfangseinrichtungen umfassen einen Signalwandler 210 zum Umwandeln des akustischen Signals SN in ein elektrisches Signal, einen rauscharmen Vorverstärker 220, ein Verbesserungsfilter 230, das eine automatische Verstärkungsregelung bereitstellt, und einen Demodulator 240. Der Vorverstärker 220 und das Verbesserungsfilter 230 werden verwendet, um ein Signal zu erhalten, das ausreichend stark und aufbereitet ist, bevor das letztere in den Demodulator 240 eintritt.
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Der Demodulator 240 demoduliert nicht einfach das von dem Sender 100 gesendete Signal, sondern ermöglicht auch in Verbindung mit einer geeigneten Einrichtung 250 ein Zeitstempeln des Empfangs jedes Bit des Signals. Ein Vorteil der vorliegenden Erfindung ist, daß das Zeitstempeln basierend auf den Bits des zwischen dem Sender 100 und dem Empfänger 200 übertragenen Signals SN während der Demodulation durchgeführt wird. Somit wird kein spezifisches Signal von dem Sender 100 gesendet, um ausschließlich eine Messung der Ausbreitungszeit zwischen dem Sender und Empfänger durchzuführen.
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3a und 3b beschreiben eine gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung vorgesehene Modulationsart.
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3a zeigt die Modulationsart, die zum Übertragen von Informationen zwischen einem Sender und einem Empfänger verwendet wird. Diese Modulation ist eine Spreizspektrum-Modulation, die sonst als lineare Frequenzmodulation (oder auch als CHIRP-Modulation) bekannt ist. In dieser Modulationsart ändert sich die Trägerfrequenz jedes Bit des gesendeten Signals SN über ein Frequenzband ΔF zwischen einem Wert F1 und einem Wert F2 linear als eine Funktion der Zeit t und dies über eine Dauer T zum Senden eines Bit.
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3b beschreibt die Übertragung einer Binärfolge. Die als ein Beispiel gezeigte Folge besteht aus der Bitreihe [0 0 1 1 0]. Die ”0”- oder ”1”-Bits werden beide über ein Frequenzband mit identischer Breite ΔF moduliert. Diese Bits können jedoch durch die Tatsache unterschieden werden, daß die Modulation zwischen einer Frequenz F0 und einer Frequenz F1 durchgeführt wird, um ein ”0”-Bit zu modulieren, während sie zwischen der Frequenz F1 und einer Frequenz F2 durchgeführt wird, um ein ”1”-Bit zu modulieren.
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Eine andere Art von Spreizspektrum-Modulation, wie etwa zum Beispiel eine Maximallängen-Binärfolgenmodulation (MLBS-Modulation) ist vollkommen machbar. In dieser Modulationsart werden ein ”0”-Bit und ein ”1”-Bit jeweils durch unterschiedlich codierte Binärfolgen mit gleicher Länge dargestellt, wobei jede dieser Folgen aus einer Aufeinanderfolge akustischer Impulse besteht und diese akustischen Impulse Bits bilden.
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Als ein Beispiel kann ein ”0”-Bit durch die Binärfolge SB0 = [0 1 1 0 0 0] und ein ”1”-Bit durch die Binärfolge SB1 = [1 0 0 1 1 0] dargestellt werden, welche die gleiche Länge hat, aber anders codiert ist. Eine Binärfolge aus ”0” und ”1” ist daher eine Binärfolge, die selbst aus Binärfolgen SB0 und SB1 besteht. Die Dauer einer Binärfolge SB0 oder SB1 hat eine Dauer T, das heißt, eine Dauer, die der Zeit entspricht, um ein ”0”- oder ”1”-Bit in der linearen Frequenzmodulation zu senden.
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Die Binärfolge mit maximaler Länge, die entweder ein ”0”-Bit oder ein ”1”-Bit darstellt, wird von ein und derselben Frequenz befördert und bevorzugt durch eine Phasenmodulation mit zwei Zuständen (MDP2) moduliert. Ein Vorteil der MLBS-Modulation ist, daß sie die Interferenz begrenzt.
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4a und 4b zeigen ein Diagramm des Demodulators 240, der jeweils im Fall einer linearen Frequenzmodulation und im Fall einer MLBS-Modulation implementiert wird.
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In 4a umfaßt der Modulator 240 zwei Leitungen L0 und L1, die jeweils ein Filter 241 (oder 242) und einen Korrelator 243 (oder 244) umfassen. Jede Leitung L0 oder L1 ist mit der ausschließlichen Verarbeitung von entweder ”0”-Bits oder ”1”-Bits verknüpft, was dem Demodulator 240 zwei Ausgänge S0 und S1 verleiht. Die Filter 241 und 242 werden verwendet, um die Signale in dem gewünschten Band zu filtern. Es versteht sich, daß dieses Filtern zwischen den beiden Filtern nicht das gleiche ist, damit es eine selektive Erkennung eines ”0”-Bit oder eines ”1”-Bit in jedem der Filter gibt, die den zwei Arten von dem Sender 100 gesendeter akustischer Impulse entspricht.
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Per Bezeichnung ist die Leitung L0 mit der Verarbeitung der ”0”-Bits und die Leitung L1 mit der Verarbeitung der ”1”-Bits verknüpft. In diesem Fall geht ein an dem Filter 241 der Leitung L0 ankommendes ”1”-Bit nicht durch dieses Filter, weil das Frequenzband, über das das ”1”-Bit moduliert wird (zwischen den Frequenzen F1 und F2) nicht mit der Grenzfrequenz dieses Filters kompatibel ist. Dieses ”1”-Bit kann daher kein Signal bereitstellen, das an dem Ausgang des Filters 241 und dann am Ausgang des Korrelators 243 auf dieser Leitung L0 bezüglich eines ”0”-Bit verwendet werden kann, wobei die Grenzfrequenz des Filters 241 kompatibel mit dem Frequenzband ist, über das das ”0”-Bit moduliert wird. Das gleiche gilt für ein ”0”-Bit, das an dem Filter 242 der Leitung L1 ankommt.
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Die Korrelatoren 243 und 244 werden verwendet, um das ursprüngliche Signal aus zwei Referenzsignalen wiederherzustellen, wobei jedes dieser Signale zu einer Art von Bit, das heißt, einer Art von Impulsen, die das akustische Signal bilden, gehört.
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In 4b umfaßt der Demodulator 240 ein einziges Filter 245, dessen Funktion es ist, das erwünschte Frequenzband durchzulassen. In der MLBS-Modulation ist die Trägerfrequenz in der Tat sowohl für ”0”-Bits als auch für ”1”-Bits gleich, so ist ein einziges Filter ausreichend ist. Der Demodulator 240 umfaßt auch zwei Leitungen L0 und L1 am Ausgang des Filters 245, wobei jede einen Korrelator 246 (oder 247) umfaßt. Per Bezeichnung ist die Leitung L0 mit der Verarbeitung der ”0”-Bits und die Leitung L1 mit der Verarbeitung der ”1”-Bits verknüpft.
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Jeder der Korrelatoren 246 und 247 ist mit der Binärfolge kompatibel, die jeweils ein ”0”-Bit und ein ”1”-Bit darstellt. Daher können auf der Leitung L0 nur die ”0”-Bits korreliert werden und ein Signal s0 bereitstellen, das an dem Ausgang des Demodulators 240 verwendet werden kann. Das gleiche gilt für die ”1”-Bits auf der Leitung L1.
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Der in 1a und in 2 gezeigte Empfänger 200 umfaßt auch eine (nicht gezeigte) Karte, um all die Empfangseinrichtungen zu verwalten, wobei diese Karte selbst eine Einrichtung zum Erzeugen eines Alarms, der den Betrieb des Modulators ausblendet, und eine Einrichtung zum Anwenden eines Qualitätskriteriums auf die Bits von den Korrelatoren (und daher von dem Demodulator 240) umfaßt. Diese Karte kann auch eine Einrichtung zum Durchführen aller Berechnungen bereitstellen, die die Bewertung der Ausbreitungszeit und der den Sender und den Empfänger trennenden Entfernung mit sich bringt.
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Wenn die Ausbreitungszeit zwischen dem Sender und dem Empfänger einmal bekannt ist, kann die sie trennende Entfernung unter Kenntnis der Geschwindigkeit der akustischen Wellen in der betroffenen Unterseeumgebung abgeleitet werden. Dazu ist es möglich, entweder die Bereitstellung von mindestens einem Geschwindigkeitsmesser in dem Sender 100 und/oder dem Empfänger 200 vorzusehen oder die Geschwindigkeit aus Tabellen abzuleiten. In dem Fall, in dem ein Geschwindigkeitsmesser bereitgestellt wird, erledigt die Karte die Berechnungen, die zum Erhalten der Entfernung beteiligt sind. In dem Fall, in dem Tabellen verwendet werden, gewinnt ein Bediener die Daten wieder, um diese Berechnungen durchzuführen.
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5 beschreibt das Verfahren, das durch die verschiedenen Einrichtungsbestandteile der Erfindung implementiert wird. Dieses Verfahren hat die gleichen wesentlichen Eigenschaften, ob eine lineare Frequenzmodulation oder eine Maximallängen-Binärfolgen-Modulation verwendet wird.
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Die detaillierte Beschreibung, die folgt, betrifft insbesondere eine lineare Frequenzmodulation. Wenn ein Synchronisationsereignis stattfindet, wird von dem Sender 100 zu einer Zeit t0 eine modulierte Binärfolge (wie in 3b gezeigt) gesendet. Zu dieser gleichen Zeit t0 schaltet der Empfänger 200 des Signals auf die Demodulations- und Zeitstempelphase. Das erste Bit der gesendeten Binärsequenz wird an einem der Filter 241, 242 des Empfängers 200 zu einer Zeit t1 erkannt. Dieser anfängliche Schritt I umfaßt daher die Zeit, die für die Ausbreitung des ersten Bit der Signalfolge zwischen dem Sender und dem Empfänger benötigt wird.
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Das Demodulieren und das Zeitstempeln des ersten Bit beginnen dann zu dieser Zeit t1. Das Zeitstempeln dieses ersten Bit geht bis zu einer Zeit t2 weiter – und dies, wie in 3a definiert, über eine Dauer T (t2 – t1 = T). Die Erkennung des ersten Bit der Folge zur Zeit t1 führt zu dieser gleichen Zeit t1 zu der Programmierung eines Alarms, um die Demodulation und das Zeitstempeln des nächsten Bit der Binärfolge zu beginnen. Dieser programmierte Alarm wird zu der Zeit t2, der Zeit, zu der das Zeitstempeln des ersten Bit endet, ausgelöst. Die Dauer dieses Alarms ist daher gleich der Dauer, über die ein Bit der Folge gesendet wird, das heißt, gleich der Dauer T. Zwischen den Zeiten t1 und t2 wird daher ein Teil der Demodulation und des Zeitstempelns des ersten Bit der Binärfolge durchgeführt.
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Auf diese Weise bedingt jedes Bit i mit 1 < i < N der Binärfolge Schritte, die bestehen aus:
- – Programmieren eines Alarms zu der Zeit ti, der zu der Zeit ti+1 ausgelöst werden muß, wobei ti+1 – ti = T,
- – Durchführen einer Zeitstempelung des i-ten Bit zwischen den Zeiten ti und ti+1,
- – Auslösen des zur Zeit ti programmierten Alarms zur Zeit ti+1, um das Zeitstempeln des (i + 1)-ten Bit der Binärfolge zu beginnen.
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Die in einem Schritt i mit i > 1 durchgeführte Demodulation wird in zwei getrennte Phasen unterteilt. Die erste Phase Ai ist die, in der das einmal erkannte Bit durch eines der Filter 241 oder 242 gefiltert wird. Das Zeitstempeln des betroffenen Bit wird zur gleichen Zeit durchgeführt wie diese Phase Ai. Die zweite Phase Bi ist die, in der das während der Phase Ai zeitgestempelte und von einem der Filter 241 oder 242 erhaltene Bit in einem der Korrelatoren 243 oder 244 mit einem Referenzsignal korreliert wird, um das gesendete Signal wiederherzustellen. Diese Korrelationsphase Bi wird zu einer von der Phase Ai versetzten zeit durchgeführt, das heißt, sie beginnt nach dieser Phase Ai. Vorzugsweise ist die Dauer der Phase Bi gleich einer Bitzeit T, so daß ein von einem der Filter 241 oder 242 ausgehendes Bit sofort von einem der zugehörigen Korrelatoren 243 oder 244 verarbeitet werden kann.
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In dem Fall einer Maximallängen-Binärfolgen-Modulation (MLBS-Modulation) ist das verwendete Verfahren identisch zu dem weiter oben beschriebenen, aber mit den folgenden Unterschieden: ein einziges Filter 245 wird verwendet, da die ”0”- und ”1”-Bits auf ein und demselben Träger sind, und die Zeitspanne T entspricht der Länge der codierten Binärfolge, die entweder ein ”0”-Bit- oder ein ”1”-Bit darstellt.
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Welches Modulationsverfahren auch verwendet wird, das Zeitstempeln jedes Bit der Binärfolge wird unabhängig unter Bezug auf den Takt durchgeführt. Außerdem kann dieses Zeitstempeln basierend auf der Tatsache durchgeführt werden, daß die sendenden und empfangenden Vorrichtungen mit dem Takt synchronisiert sind. Um diesen Synchronismus aufrechtzuerhalten, ist es möglich, ein Satellitenpositionierungssystem, mit dem der Takt eine exakte Referenz oder sogar einen hochstabilen Takt hat, zu verwenden.
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Wenn einmal alle Bits der Binärfolge demoduliert und zeitgestempelt wurden, wird die Ausbreitungszeit zwischen dem Sender 100 und dem Empfänger 200 berechnet, indem nur die Bits berücksichtigt werden, die ein Qualitätskriterium erfüllen. Dieses Qualitätskriterium wird an dem Ausgang des Demodulators 240 durch eine in 2 schematisch dargestellte Einrichtung 260 bestimmt. Diese Einrichtung synthetisiert die von der Einrichtung 250 gelieferten Daten, wobei der Zeitstempel jedes Bit angegeben wird, und wendet das Qualitätskriterium an. Typischerweise entspricht das Qualitätskriterium einem Schwellwert überschritten werden soll, der von der Korrelationsspitze an den Ausgängen der Korrelatoren des Demodulators 240 erhalten wird. In diesem Fall werden von der Einrichtung 260 nur die Bits berücksichtigt, die eine Korrelationsspitze bereitstellen, die diesen Schwellwert überschreiten.
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Das Zeitstempeln jedes Bit und die Kenntnis der Position jedes Bit in der Binärfolge werden verwendet, um für jedes an dem Empfänger 200 zeitgestempelte Bit eine Bewertung der Zeit zu erhalten, zu der die Binärfolge. an den Sender 100 gesendet wurde. Ein Mittel der für jedes Bit bereitgestellten verschiedenen Bewertungen wird dann seinerseits berechnet. In Anbetracht dessen, daß bei der Mittelberechnung nur die Bits berücksichtigt werden, die das Qualitätskriterium erfüllen, ist die Bewertung der Ausbreitungszeit zwischen dem Sender und dem Empfänger robust gegen Störungen auf dem akustischen Kanal, wie etwa zum Beispiel Rauschen oder sogar Schwund.
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Der Mittelungsvorgang sorgt für die möglichst repräsentative Bewertung. Es versteht sich auch, daß die Mittelberechnung eine umso genauere Bewertung für die Ausbreitungszeit des Signals zur Verfügung stellt, je mehr Bits in der Binärfolge sind, die das Qualitätskriterium erfüllen.
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Wenn außerdem die Anzahl von Bits in der Binärfolge zunimmt, nimmt der Zeitstempel-Jitter ab. Der Zeitstempel-Jitter wird so verstanden, daß er eine unerwünschte Schwankung in der Bewertung der Ausbreitungszeit eines Bit im Vergleich zu einem anderen Bit der Binärfolge bedeutet, welche selbst für die mittlere Ausbreitungszeit repräsentativ ist. Genauer macht es der Mittelungsvorgang der bewerteten Ausbreitungszeiten über eine Anzahl von N das Qualitätskriterium erfüllenden Bits möglich, die Standardabweichung des Jitter durch einen Faktor √N zu dividieren.
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In manchen Fällen muß die Anzahl von in einer Binärfolge enthaltenen Bits begrenzt werden. Dies ist zum Beispiel der Fall, wenn die Relativgeschwindigkeit zwischen dem Sender und dem Empfänger nicht vernachlässigbar wird. In der Praxis wird in diesem Fall das Produkt der Signalausbreitungszeit mit der Relativgeschwindigkeit zwischen dem Sender und dem Empfänger, das einer Änderung der Entfernung zwischen ihnen entspricht, relativ zu der tatsächlichen Entfernung zwischen Sender und Empfänger zu dem Zeitpunkt, zu dem die Binärfolge gesendet wird, nicht vernachlässigbar. Es ist daher sehr nützlich, kurze Binärfolgen zu haben, um die genauest mögliche Bewertung der Entfernung, die den Sender und den Empfänger zu dem Zeitpunkt, zu dem das Signal gesendet wird, trennt, zu erhalten.
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In diesem Fall und aufgrund der begrenzten Anzahl von in der Binärfolge enthaltenen Bits, kann sich der Zeitstempel-Jitter als nicht vernachlässigbar erweisen. In dem Fall einer linearen Frequenzmodulation und um diesen Zeitstempel-Jitter zu verringern, ist es dann möglich, sich die Verwendung des ganzen verfügbaren Frequenzbands zwischen F0 und F2, das heißt 2ΔF, vorzustellen, um das erste Bit der Binärfolge, wie in 6 gezeigt, zu modulieren. In der Praxis erhöht dies das Band-Dauer-Produkt und erhöht die Verarbeitungsverstärkung, was einen verbesserten Empfang und eine geringere Empfindlichkeit, die mit den mehreren Wegen verbunden ist, bedeutet. In diesem Fall ist die Wahl einer linearen Frequenz-Modulation besonders relevant, weil dieses Verfahren selbst eine erhebliche Verarbeitungsverstärkung bereitstellt.
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Diese Möglichkeit ist jedoch nicht auf den Fall beschränkt, in dem die Binärfolge kurz ist und/oder der Sender und der Empfänger relativ zueinander in Bewegung sind, sondern kann auch für den Fall ins Auge gefaßt werden, in dem die Binärfolge lang ist und/oder der Sender und der Empfänger relativ zueinander nicht in Bewegung sind.
