DE102022000070B3 - Acoustic underwater communication method for returning home of a returning subject, as well as corresponding computer program products - Google Patents

Acoustic underwater communication method for returning home of a returning subject, as well as corresponding computer program products Download PDF

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Abstract

Ein neues akustisches Unterwasserkommunikationsverfahren zur Heimkehrung eines in See getauchten Heimkehrersubjektes zu einem Heimsubjekt soll derart ausgebildet sein, dass es sowohl einfach in bestehende Unterwassereinrichtungen zu implementieren ist als auch effizient arbeitet.Nachdem das Heimkehrersubjekt (1a, 1b, 1c) in ein zuvor vereinbartes Treffgebiet eintritt und den Empfangsbereich des Heimsubjektes (2a, 2b) erreicht hat, sind die neuen Verfahrensschritte wie folgt:a) der Sendewandler (12) des Heimkehrerkommunikationsgerätes (10) sendet eine Pingnachricht aus, die Identifikationsdaten des Heimkehrersubjektes (1a, 1b, 1c) aufweist,b) die Hydrofonanordnung (23) des Heimkommunikationsgerätes (20) empfängt die Pingnachricht,c) . der Heimkommunikationsrechner (21) überprüft die ldentifikationsdaten der Pingnachricht,d) der Sendewandler (22) des Heimkommunikationsgerätes (20) sendet eine Pongnachricht mit Zeitdaten betreffend Empfang der Pingnachricht und Absendung der Pongnachricht zurück,e) die Hydrofonanordnung (13) des Heimkehrersubjektes (1a, 1b, 1c) empfängt die Pongnachricht,f) der Heimkehrerkommunikationsrechner (11) berechnet über die Laufzeit der Pingnachricht und die Laufzeit der Pongnachricht einen aktuellen Entfernungswert,g) der Heimkehrerkommunikationsrechner (11) berechnet mit Pongnachrichtsempfangsdaten der Hydrofonanordnung des Heimkehrersubjektes (1a, 1b, 1c) einen aktuellen Richtungswert zum Heimsubjekt (2a, 2b),h) das Heimkehrersubjekt (1a, 1b, 1c) bewegt sich zum Heimsubjekt (2a, 2b) unter Zugrundelegung mindestens des aktuellen Richtungswertes und des aktuellen Entfernungswertes,i) mehrfache Wiederholung der Schritte a) bis h).A new underwater acoustic communication method for returning a sea-submerged returning subject to a home subject should be designed in such a way that it is both easy to implement in existing underwater facilities and works efficiently. After the returning subject (1a, 1b, 1c) enters a previously agreed meeting area and has reached the receiving range of the home subject (2a, 2b), the new method steps are as follows: a) the transmitter converter (12) of the homecoming communication device (10) sends out a ping message which has identification data of the homecoming subject (1a, 1b, 1c), b) the hydrophone arrangement (23) of the home communication device (20) receives the ping message, c). the home communication computer (21) checks the identification data of the ping message, d) the transmitter converter (22) of the home communication device (20) sends back a pong message with time data relating to receipt of the ping message and sending of the pong message, e) the hydrophone arrangement (13) of the homecoming subject (1a, 1b, 1c) receives the pong message,f) the homecomer communication computer (11) calculates a current distance value via the runtime of the ping message and the runtime of the pong message,g) the homecomer communication computer (11) calculates with pong message reception data of the hydrophone arrangement of the homecoming subject (1a, 1b, 1c ) a current direction value to the home subject (2a, 2b),h) the returning subject (1a, 1b, 1c) moves to the home subject (2a, 2b) based on at least the current direction value and the current distance value,i) repeating steps a multiple times ) to h).

Description

Die Erfindung betrifft ein akustisches digitales Unterwasserkommunikationsverfahren zur Heimkehrung eines in See getauchten Heimkehrersubjektes zu einem Heimsubjekt, sowie entsprechende Computerprogrammprodukte.The invention relates to an acoustic digital underwater communication method for returning a homecoming subject submerged at sea to a home subject, as well as corresponding computer program products.

Aus einem Fachbuch (Postproceedings der DWT-Tagung, Schall und Schwingungen Wellen und Turbulenzen sensibler Umgebung, Tagung in Kiel, 17.-20. September 2012, ISBN 978-3-935938-94-5, https://www.researchgate.net/publication/269873931) sind Unterwasserkommunikationsverfahren beschrieben. Unter dem Thema „Unterwasserkommunikation mit Spezialkräften“ wird auf eine verratsarme Kommunikation eingegangen. Zudem wird der Aufbau eines Unterwasserkommunikationsgerätes in Form eines Modems für Taucher beschrieben.From a specialist book (post-proceedings of the DWT conference, sound and vibration waves and turbulence in a sensitive environment, conference in Kiel, September 17-20, 2012, ISBN 978-3-935938-94-5, https://www.researchgate. net/publication/269873931) underwater communication methods are described. Under the topic "Underwater communication with special forces" low-treason communication is discussed. In addition, the structure of an underwater communication device in the form of a modem for divers is described.

Aus einem Aufsatz (TY-BOOK; AU-Schreiber, Sabrina; AU-Nissen, Ivor; PY- 2015/06/04; T1 - Digital distance and channel measurements with the underwater telephone UT 3000; https://www.researchgate.net/publication/281904054)
ist im Text zur 3 die Berechnung eines Entfernungswertes mit Hilfe von Laufzeiten von Nachrichten beschrieben.
From an article (TY-BOOK; AU-Schreiber, Sabrina; AU-Nissen, Ivor; PY- 2015/06/04; T1 - Digital distance and channel measurements with the underwater telephone UT 3000; https://www.researchgate. net/publication/281904054)
is in the text to 3 the calculation of a distance value using the transit times of messages is described.

Der Unterwasserkommunikationsstandard JANUS (STANAG 4748, ANEP 87) definiert ein digitales Unterwasserkommunikationsverfahren.The JANUS (STANAG 4748, ANEP 87) underwater communication standard defines a digital underwater communication method.

Aus der US 2016/0315717 A1 ist für Sporttaucher ein akustisches Unterwasserkommunikationsverfahren und ein Verfahren zur Lokalisierung bekannt..From the U.S. 2016/0315717 A1 An acoustic underwater communication method and a method for localization is known for scuba divers.

Die US 8600 592 B2 betrifft für Unterwasseranwendungen einen mobilen akustischen Empfänger, der seine Position über einen ortsfesten akustischen Sender ermittelt.the U.S. 8600 592 B2 relates to a mobile acoustic receiver for underwater applications, which determines its position via a stationary acoustic transmitter.

Die US 10 139 469 B1 zeigt einen mobilen Empfänger und einen ortsfesten Sender, die im Ultraschallbereich arbeiten, für eine Unterwasser-Positionsbestimmung.the U.S. 10,139,469 B1 shows a mobile receiver and a stationary transmitter operating in the ultrasonic range for underwater positioning.

Aus der US 5 570 323 A und der US 6 272 073 B1 sind weitere akustische Unterwasserkommunikationsverfahren zur Heimkehrung eines in See getauchten Heimkehrersubjektes zu einem Heimsubjekt bekannt.From the U.S. 5,570,323 A and the U.S. 6,272,073 B1 other underwater acoustic communication methods for returning a sea-submerged returnee subject to a homeee are known.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein akustisches Unterwasserkommunikationsverfahren zur Heimkehrung eines in See getauchten Heimkehrersubjektes zu einem Heimsubjekt derart auszubilden, dass es sowohl einfach in bestehende Unterwassereinrichtungen zu implementieren ist als auch effizient arbeitet.The invention is based on the object of developing an underwater acoustic communication method for returning a sea-submerged returnee subject to a home subject in such a way that it is both easy to implement in existing underwater facilities and works efficiently.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des auf ein Verfahren gerichteten Verfahrensanspruch 1 gelöst. Ferner wird diese Aufgabe durch die Merkmale des auf Computerprogrammprodukte gerichtete, nebengeordnete Ansprüche 6 und 7 gelöst.According to the invention, this object is achieved by the features of method claim 1, which is directed to a method. Furthermore, this object is achieved by the features of the independent claims 6 and 7 directed to computer program products.

Die Vorteile der Erfindung beruhen darauf, dass beim „Heimkehren“ die Initiative vom Heimkehrersubjekt (Initiator) ausgeht und dass das Heimsubjekt eine Nebenrolle (Responder) einnimmt. Nachdem das Heimkehrersubjekt in ein zuvor vereinbartes Treff-Gebiet eingetroffen ist und den Empfangsbereich des Heimsubjektes erreicht hat, werden Frage-Antwort-Nachrichten ausgetauscht. Aus gesendeten und erhaltenen digitalen Nachrichten und deren Daten berechnet das Heimkehrersubjekt zum einen über die akustischen Ausbreitungslaufzeiten der Nachrichten und einer geschätzten Wasserschallgeschwindigkeit einen Entfernungswert und zum anderen über eine Richtungsbildung einen Richtungswert zum Heimsubjekt.The advantages of the invention are based on the fact that when “coming home” the initiative comes from the homecoming subject (initiator) and that the home subject takes on a supporting role (responder). After the homecoming subject has arrived at a prearranged meeting area and reached the home subject's service area, question-and-answer messages are exchanged. From sent and received digital messages and their data, the returning subject calculates a distance value using the acoustic propagation times of the messages and an estimated water speed of sound and a direction value to the home subject using direction formation.

Im Einzelnen sind die Schritte wie folgt:

  1. a) Der Sendewandler des Heimkehrerkommunikationsgerätes sendet eine Pingnachricht aus, die Identifikationsdaten des Heimkehrersubjektes aufweist,
  2. b) die Hydrofonanordnung des Heimkommunikationsgerätes empfängt die Pingnachricht,
  3. c) der Heimkommunikationsrechner überprüft die Identifikationsdaten der Pingnachricht,
  4. d) der Sendewandler des Heimkommunikationsgerätes sendet eine Pongnachricht mit Zeitdaten betreffend Empfang der Pingnachricht und Absendung der Pongnachricht zurück,
  5. e) die Hydrofonanordnung des Heimkehrersubjektes empfängt die Pongnachricht,
  6. f) der Heimkehrerkommunikationsrechner berechnet über eine Laufzeit der Pingnachricht und eine Laufzeit der Pongnachricht einen aktuellen Entfernungswert,
  7. g) der Heimkehrerkommunikationsrechner berechnet mit Pongnachrichtsempfangsdaten der Hydrofonanordnung des Heimkehrersubjektes einen aktuellen Richtungswert zum Heimsubjekt,
  8. h) das Heimkehrersubjekt bewegt sich zum Heimsubjekt unter Zugrundelegung mindestens des aktuellen Richtungswertes und des aktuellen Entfernungswertes,
  9. i) mehrfache Wiederholung der Schritte a) bis h).
Specifically, the steps are as follows:
  1. a) The transmitter converter of the homecomer communication device sends out a ping message which contains the identification data of the homecomer subject,
  2. b) the hydrophone arrangement of the home communication device receives the ping message,
  3. c) the home communication computer checks the identification data of the ping message,
  4. d) the transmitter converter of the home communication device sends back a pong message with time data relating to the receipt of the ping message and the sending of the pong message,
  5. e) the returning subject's hydrophone assembly receives the pong message,
  6. f) the returnee communication computer calculates a current distance value via a runtime of the ping message and a runtime of the pong message,
  7. g) the returnee communication computer calculates a current direction value to the homeee subject using pong message reception data from the returnee subject's hydrophone arrangement,
  8. h) the homecoming subject moves to the home subject using at least the current direction value and the current distance value,
  9. i) multiple repetition of steps a) to h).

Es werden digitale Geräte benutzt, die über eine digitale Unterwasserkommunikation Nachrichten austauschen.Digital devices are used which exchange messages via digital underwater communications.

Da das Heimsubjekt lediglich mit einer einfachen Pongnachricht zu antworten hat, ist eine Implementierung des Verfahrens mit Hilfe eines entsprechenden Computerprogramms einfach zu bewerkstelligen.Since the home subject only has to reply with a simple Pong message, the method can easily be implemented with the aid of a corresponding computer program.

Eine Implementierung des Verfahrens in das Heimkehrersubjekt ist ebenfalls mit Hilfe eines entsprechenden Computerprogramms zu bewerkstelligen. Zu beachten ist, dass die Hydrofonanordnung des Heimkehrersubjektes mindestens zwei so voneinander beabstandete Hydrofone aufzuweisen hat, dass bezüglich einer eintreffenden Pongnachricht bestimmt werden kann, ob die Pongnachricht von rechts oder links eintrifft (Stereoortung).The method can also be implemented in the returnee subject with the aid of a corresponding computer program. It should be noted that the hydrophone arrangement of the returning subject must have at least two hydrophones spaced apart in such a way that, with respect to an incoming pong message, it can be determined whether the pong message arrives from the right or left (stereolocation).

Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung geben die Merkmale des Unteranspruches 2 an. Diese konkretisieren das Merkmal h) des Anspruches 1. Der Heimkehrerkommunikationsrechner bestimmt eine Entscheidungsalternative aus einer Gruppe von Entscheidungsalternativen umfassend mindestens:

  • • eine Entscheidungsalternative, die Bewegung des Heimkehrersubjektes unverändert fortzuführen,
  • • eine Entscheidungsalternative, die Bewegungsrichtung der Bewegung des Heimkehrersubjektes abzuändern.
The features of dependent claim 2 indicate an advantageous embodiment of the invention. These specify feature h) of claim 1. The returnee communication computer determines a decision alternative from a group of decision alternatives comprising at least:
  • • a decision alternative to continue the movement of the returnee subject unchanged,
  • • A decision alternative to change the direction of movement of the returnee subject's movement.

Ist das Heimkehrersubjekt ein Taucher, werden die Entscheidungsalternativen dem Taucher beispielsweise über eine Anzeigevorrichtung mitgeteilt. Der Taucher entscheidet dann auf der Basis der angezeigten Entscheidungsalternative. Ist das Heimkehrersubjekt ein Roboter (Autonomous Underwater Vehicle [AUV], Glider, o.ä.), wird eine ausgewählte Entscheidungsalternative computergesteuert ausgeführt.If the returnee subject is a diver, the decision alternatives are communicated to the diver via a display device, for example. The diver then makes a decision based on the displayed decision alternative. If the returning subject is a robot (Autonomous Underwater Vehicle [AUV], Glider, etc.), a selected alternative decision is executed under computer control.

Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung gemäß Unteranspruch 3 weist jede Pingnachricht und jede Pongnachricht eine Checksumme auf, damit überprüft werden kann, ob die Nachricht korrekt dekodiert wurde.According to a further embodiment of the invention according to dependent claim 3, each ping message and each pong message has a checksum so that it can be checked whether the message was correctly decoded.

Einen besonderen Effekt erreicht man mit den Merkmalen des Anspruches 4, der auf der vorangegangenen Ausgestaltung aufbaut und darlegt, dass in jeder Pongnachricht auch die Checksumme der vorhergehenden Pingnachricht aufgeführt wird. Über die Checksumme der vorhergehenden Pingnachricht können einander zugehörigen Ping-Pongnachrichten-Paare zueinander zeitlich zugeordnet werden.A special effect is achieved with the features of claim 4, which builds on the previous embodiment and states that the checksum of the previous ping message is also listed in each ping message. Ping-pong message pairs that belong to one another can be assigned to one another in terms of time via the checksum of the preceding ping message.

Dieser besondere Vorteil gewinnt noch an Bedeutung, wenn, wie Anspruch 5 darlegt, mehrere Heimkehrersubjekte in das zuvor vereinbartes Treffgebiet eintreffen und den Empfangsbereich des Heimsubjektes erreichen und die im Anspruch 1 genannten Schritte für jedes Heimkehrersubjekt angewandt werden.This particular benefit becomes even more significant when, as claimed in claim 5, a plurality of homecoming subjects arrive at the pre-arranged meeting area and reach the home subject's coverage area and the steps set forth in claim 1 are applied to each homecoming subject.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend an Hand der Figuren näher beschrieben. Dabei zeigen:

  • 1a Taucher als Heimkehrersubjekte und ein U-Boot als Heimsubjekt, als einfache Prinzipskizze;
  • 1b ein AUV als Heimkehrersubjekt und eine Unterwassergarage als Heimsubjekt, als einfache Prinzipskizze;
  • 2 ein Heimkehrerkommunikationsgerät eines Heimkehrersubjektes und ein Heimkommunikationsgerät eines Heimsubjektes, als Blockdarstellung;
  • 3 Schritte des Heimkehr-Verfahrens, die einerseits dem Heimkehrersubjekt und andererseits dem Heimsubjekt zugeordnet sind, als Ablaufdarstellung.
Exemplary embodiments of the invention are described in more detail below with reference to the figures. show:
  • 1a Divers as homecoming subjects and a submarine as home subject, as a simple schematic;
  • 1b an AUV as a homecoming subject and an underwater garage as a home subject, as a simple schematic;
  • 2 a homecomer communication device of a homecomer subject and a home communication device of a home subject, as a block diagram;
  • 3 Steps of the homecoming procedure, which are associated on the one hand with the homecoming subject and on the other hand with the home subject, as a flow diagram.

Nachfolgend wird ein akustisches Unterwasserkommunikationsverfahren zur Heimkehrung eines in See getauchten Heimkehrersubjektes zu einem Heimsubjekt beschrieben. Die Zeichnungen sind so konzipiert, dass die linke Seite dem Heimkehrersubjekt und die rechte Seite dem Heimsubjekt zugeordnet sind.An underwater acoustic communication method for returning home from a sea-submerged returnee subject to a homeee subject will be described below. The drawings are designed so that the left side is associated with the homecoming subject and the right side is associated with the home subject.

1a illustriert ein erstes Ausführungsbeispiel. Im ersten Ausführungsbeispiel kehrt eine Rotte von zwei Tauchern, die Heimkehrersubjekte 1a und 1b sind, die zu ihrem U-Boot, das ein Heimsubjekt 2a ist, zurück. Jedes Heimkehrersubjekt 1a und 1b weist ein Unterwasserkommunikationsgerät, nachfolgend Heimkehrerkommunikationsgerät 10 genannt, auf. Das Heimsubjekt 2a weist ebenfalls ein Unterwasserkommunikationsgerät, nachfolgend Heimkommunikationsgerät 20 genannt, auf. Das Heimkehrerkommunikationsgerät 10 ist ein Unterwasser-Modem. Das Heimkommunikationsgerät 20 ist ein Unterwasser-Telefon. 1a illustrates a first embodiment. In the first embodiment, a crew of two divers who are homecoming subjects 1a and 1b return to their submarine, which is a home subject 2a. Each returnee subject 1a and 1b has an underwater communication device, hereinafter called returnee communication device 10 . The home subject 2a also has an underwater communication device, called home communication device 20 hereinafter. The homecoming communication device 10 is an underwater modem. The home communication device 20 is an underwater phone.

2 illustriert den Aufbau des Heimkehrerkommunikationsgerätes 10 und den Aufbau des Heimkommunikationsgerätes 20. Das Heimkehrerkommunikationsgerät 10 weist einen Rechner, nachfolgend Heimkehrerkommunikationsrechner 11 genannt, eine Hydrofonanordnung 13, die ausbildet ist zu einer Richtungsbildung, und einen Sendewandler 12 auf. Das Heimkommunikationsgerät 20 weist einen Rechner, nachfolgend Heimkommunikationsrechner 21 genannt, sowie eine Hydrofonanordnung 23 und einen Sendewandler 22 auf. 2 illustrates the structure of homecomer communication device 10 and the structure of home communication device 20. Homecomer communication device 10 has a computer, hereinafter referred to as homecomer communication computer 11, a hydrophone arrangement 13 that is designed for direction formation, and a transmitter converter 12. The home communication device 20 has a computer, referred to below as the home communication computer 21 , as well as a hydrophone arrangement 23 and a transmission converter 22 .

3 illustriert, beispielhaft für das Heimkehrersubjekt 1a, wenn es in ein zuvor vereinbartes Treffgebiet eintritt und den Empfangsbereich des Heimsubjektes 2a erreicht hat, die ablaufenden Schritte:

  1. a) der Sendewandler 12 des Heimkehrerkommunikationsgerätes 10 sendet eine Pingnachricht aus, die Identifikationsdaten des Heimkehrersubjektes 1a aufweist,
  2. b) die Hydrofonanordnung 23 des Heimkommunikationsgerätes 20 empfängt die Pingnachricht,
  3. c) der Heimkommunikationsrechner 20 überprüft die Identifikationsdaten der Pingnachricht,
  4. d) der Sendewandler 22 des Heimkommunikationsgerätes 20 sendet eine Pongnachricht mit Zeitdaten betreffend Empfang der Pingnachricht und Absendung der Pongnachricht zurück, wobei die Zeitdaten dazu dienen, im Schritt f) eine Laufzeit der Pingnachricht und eine Laufzeit der Pongnachricht zu bestimmen,
  5. e) die Hydrofonanordnung 13 des Heimkehrersubjektes 1a empfängt die Pongnachricht,
  6. f) der Heimkehrerkommunikationsrechner 11 berechnet über die Laufzeit der Pingnachricht und die Laufzeit der Pongnachricht einen aktuellen Laufzeitwert,
  7. g) der Heimkehrerkommunikationsrechner 11 berechnet mit Pongnachrichtsempfangsdaten der Hydrofonanordnung des Heimkehrersubjektes 1a einen aktuellen Richtungswert zum Heimsubjekt 2a,
  8. h) das Heimkehrersubjekt 1a bewegt sich zum Heimsubjekt 2a unter Zugrundelegung mindestens des aktuellen Richtungswertes und des aktuellen Entfernungswertes,
  9. i) mehrfache Wiederholung der Schritte a) bis h).
3 illustrates, by way of example for the homecoming subject 1a, when entering a previously agreed meeting area and having reached the receiving area of the home subject 2a, the steps that take place:
  1. a) the transmitter converter 12 of the homecomer communication device 10 sends out a ping message which has identification data of the homecomer subject 1a,
  2. b) the hydrophone arrangement 23 of the home communication device 20 receives the ping message,
  3. c) the home communication computer 20 checks the identification data of the ping message,
  4. d) the transmitter converter 22 of the home communication device 20 sends back a pong message with time data relating to the receipt of the ping message and the sending of the pong message, the time data being used to determine a runtime of the ping message and a runtime of the pong message in step f),
  5. e) the hydrophone arrangement 13 of the returning subject 1a receives the pong message,
  6. f) the returnee communication computer 11 calculates a current runtime value via the runtime of the ping message and the runtime of the pong message,
  7. g) the returnee communication computer 11 uses pong message reception data from the hydrophone arrangement of the returnee subject 1a to calculate a current direction value for the homeee subject 2a,
  8. h) the homecoming subject 1a moves to the home subject 2a based on at least the current direction value and the current distance value,
  9. i) multiple repetition of steps a) to h).

Für das Heimkehrersubjekt 1b gelten ebenfalls die vorgenannten Schritte.The aforementioned steps also apply to the returnee subject 1b.

In 3 sind die Schritte des Verfahrens zum einen dem Heimkehrersubjekt und zum andern dem Heimsubjekt zugeordnet. Diese Darstellungsform hebt besonders hervor, dass im vorliegenden Heimkehrungs-Verfahren dem Heimkehrersubjekt die bestimmende Rolle zukommt und dass das Heimsubjekt lediglich zeitnah auf eine empfangene Pingnachricht mit einer auszusendenden Pongnachricht reagiert. Dieses Heimkehrungs-Verfahren kann in beliebige Heimkehrersubjekte und Heimsubjekte implementiert werden, weil es sich durch einen dezentralen Charakter auszeichnet. In einer Marine bereits vorhandene digitale Unterwasserkommunikationsgeräte können für das Heimkehrungs-Verfahren eingesetzt werden, ohne dass grundlegende Modifikationen vorzunehmen sind.In 3 the steps of the method are assigned to the homecoming subject on the one hand and to the home subject on the other hand. This form of representation particularly emphasizes that in the present homecoming method the homecoming subject has the determining role and that the home subject only reacts promptly to a received ping message with a pong message to be sent. This homecoming method can be implemented in any homecoming subject and home subject because it is characterized by a decentralized character. Underwater digital communications equipment already in place in a Navy can be used for the homecoming process without major modifications.

Das Verfahren kann für ein Heimkehrersubjekt angewandt werden, bis das Heimkehrersubjekt einen Nahbereich bezogen auf das Heimsubjekt erreicht hat.The method can be applied to a homecoming subject until the homecoming subject has reached close range relative to the home subject.

Im Schritt h) bestimmt der Heimkehrerkommunikationsrechner 11, beispielhaft für das Heimkehrersubjekt 1a, eine Entscheidungsalternative aus einer Gruppe von Entscheidungsalternativen umfassend mindestens:

  • • eine Entscheidungsalternative, die Bewegung des Heimkehrersubjektes 1a unverändert fortzuführen,
  • • eine Entscheidungsalternative, die Bewegungsrichtung der Bewegung des Heimkehrersubjektes 1a abzuändern.
In step h), the returnee communication computer 11 determines, for example for the returnee subject 1a, a decision alternative from a group of decision alternatives comprising at least:
  • • a decision alternative to continue the movement of the returnee subject 1a unchanged,
  • • a decision alternative to change the direction of movement of the returnee subject 1a's movement.

Der Heimkehrerkommunikationsrechner 11 berechnet eine Entscheidungsalternative aus einer Gruppe von Entscheidungsalternativen basierend auf dem Eigenwissen des Heimkehrersubjektes und fakultativ zusätzlich dem Fremdwissen, das das Heimsubjekt als Antwort (Respons) in der Pongnachricht mitliefert.The homecomer communication computer 11 calculates a decision alternative from a group of decision alternatives based on the self-knowledge of the homecomer subject and optionally also the foreign knowledge that the home subject provides as a response (response) in the pong message.

Um eine Synchronisierung und exakte Laufzeit bestimmen zu können, wird die Verarbeitungszeit unmittelbar oder mittelbar der digitalen Pongnachricht abgebildet. Ist die Laufzeit und damit die Distanz zwischen den Subjekten kleiner als in dem Vorgänger-Ping-Pongnachrichten-Paar, dann ist die Bewegungsrichtung korrekt und beizubehalten. Ist die Laufzeit größer als beim Vorgänger-Paar, dann wird sich entfernt, die Richtung des Heimkehrersubjektes ist abzuändern.In order to be able to determine synchronization and the exact runtime, the processing time is mapped directly or indirectly to the digital pong message. If the transit time and thus the distance between the subjects is smaller than in the previous ping-pong message pair, then the direction of movement is correct and should be maintained. If the running time is longer than that of the previous pair, then they move away, and the direction of the returning subject is to be changed.

Jede Pingnachricht und jede Pongnachricht weisen eine Checksumme auf, um zu prüfen, ob eine Nachricht richtig empfangen wurde.Every ping message and every pong message has a checksum to check if a message was received correctly.

In jeder Pongnachricht wird auch die Checksumme der vorhergehenden Pingnachricht aufgeführt. Dies ermöglicht, dass eine Pongnachricht einer zugehörigen Pingnachricht zugeordnet werden kann.The checksum of the previous ping message is also listed in each ping message. This allows a pong message to be associated with an associated ping message.

Dies ist bedeutsam, wenn, wie im vorliegenden ersten Ausführungsbeispiel, mehrere Heimkehrersubjekte 1a, 1b in das zuvor vereinbartes Treffgebiet eintreffen und den Empfangsbereich des Heimsubjektes 2a erreichen. Die zuvor genannten Schritte a) bis h) werden bei dieser Konstellation für jedes Heimkehrersubjekt 1a, 1b angewandt.This is significant when, as in the present first embodiment, a plurality of homecoming subjects 1a, 1b arrive at the previously agreed meeting area and reach the reception area of the home subject 2a. The aforementioned steps a) to h) are used in this constellation for each returnee subject 1a, 1b.

Ein Computerprogrammprodukt mit einem Computerprogramm ist vorgesehen für einen Heimkehrerkommunikationsrechner 11 eines Heimkehrersubjektes 1a, 1b, 1c zur Durchführung des Verfahrens, wenn das Computerprogramm auf dem auf dem Heimkehrerkommunikationsrechner 11 ausgeführt wird.A computer program product with a computer program is provided for a homecomer communication computer 11 of a homecomer subject 1a, 1b, 1c for carrying out the method when the computer program is executed on the homecomer communication computer 11.

Ein weiteres Computerprogrammprodukt mit einem Computerprogramm ist vorgesehen für einen Heimkommunikationsrechner 21 eines Heimsubjektes 2a, 2b zur Durchführung des Verfahrens, wenn das Computerprogramm auf dem auf dem Heimkommunikationsrechner 21 ausgeführt wird.A further computer program product with a computer program is provided for a home communication computer 21 of a home subject 2a, 2b for carrying out the method when the computer program is executed on the home communication computer 21.

Unter einem Computerprogrammprodukt ist allgemein ein Handelsgegenstand zu verstehen, der beispielsweise einen Datenträger mit einem Programmcode aufweist, um ein Computerprogramm auf einen Rechner zu implementieren. Das eine Computerprogrammprodukt mit einem Computerprogramm für den Heimkehrerkommunikationsrechner 11 und das andere Computerprogrammprodukt mit einem Computerprogramm für den Heimkommunikationsrechner 21 können von unterschiedlichen Entwicklern vertrieben werden. Der eine Entwickler kann beispielsweise ein Hersteller von Heimsubjekten sein. Der andere Entwickler kann beispielsweise ein Hersteller von Kommunikationseinrichtungen für Heimkehrersubjekte sein.A computer program product is generally to be understood as an item of commerce which, for example, has a data carrier with a program code in order to implement a computer program on a computer. One computer program product with a computer program for homecomer communication computer 11 and the other computer program product with a computer program for home communication computer 21 can be marketed by different developers. For example, the one developer may be a manufacturer of home subjects. The other developer may be, for example, a manufacturer of communication equipment for homecoming subjects.

In Abweichung zum ersten Ausführungsbeispiel könnte die Rotte auch eine gemischte Rotte bestehend aus einem Taucher und einem ein AUV sein.In contrast to the first exemplary embodiment, the gang could also be a mixed gang consisting of a diver and an AUV.

1b illustriert ein zweites Ausführungsbeispiel. Im zweiten Ausführungsbeispiel kehrt ein AUV, das ein Heimkehrersubjekt 1c ist, zu ihrer Unterwassergarage, das ein Heimsubjekt 2b ist, zurück. Das Heimkehrerkommunikationsgerät 10 ist ein Unterwasser-Modem. Das Heimkommunikationsgerät 20 ist ebenfallls Unterwasser-Modem. Für das zweite Ausführungsbeispiel gelten in einer entsprechenden Weise die Ausführungen zum ersten Ausführungsbeispiel. In Abweichung zum zweiten Ausführungsbeispiel könnte das Heimsubjekt 2b auch ein Bodenknoten sein. 1b illustrates a second embodiment. In the second embodiment, an AUV that is a homecoming subject 1c returns to its underwater garage that is a home subject 2b. The homecoming communication device 10 is an underwater modem. The home communication device 20 is also an underwater modem. The explanations for the first exemplary embodiment apply in a corresponding manner to the second exemplary embodiment. In contrast to the second exemplary embodiment, the home subject 2b could also be a ground node.

In einem dritten Ausführungsbeispiel wird, ohne Bezug auf die Figuren zu nehmen, beschrieben, wie die Pingnachrichten und die Pongnachrichten nach dem Übertragungsverfahren JANUS ausgebildet werden. JANUS bietet die Möglichkeit die Pingnachrichten und die Pongnachrichten mit jeweils einer 8-Bit-Checksumme zu versehen. Janus bietet ferner die Möglichkeit, 34 Bit als Build-In-Payload zu übertragen, die unter anderem für die Identifizierungs- und Lagedaten der Pingnachricht verwendet werden können. Es sei angemerkt, dass die Sendefrequenz bei den JANUS-Nachrichten den Abstand (Wellenlänge/4) der Hydrofone der Hydrofonanordnung des Heimkehrersubjektes bestimmt.

       <JANUS UserClass="Homing-Interrogator" Application="MARK-PING">

        <Wakeup type=BIT[1] choice={disable}/>
        <Baseline>

         <Version type=BIT[4] value2="0011" />
         <MobilityFlag type=BIT[1] choice={1=mobile} />
         <Schedule type=BIT[1] choice={0=off} />
         <TxRxFlag type=BIT[1] choice={0=Tx} />
         <Forwarding type=BIT[1] choice={0=No} />
         <ClassUserID type=BIT[8] value10=12 />
         <Application type=BIT[6] value10=44 />
         <AppDataBlock type=BIT[34]>

         <ID type=BIT[4] value2="1101"/>
         <SecondInMinute type=BIT[6] vatue 10="61" /> # in s
         <myDepths type=BIT[5] value10="24" /> # in 2 m Schritten
         <estimatedDirection type=BIT[5] /> #

          if FirstTransmission
             <IdentificationValue type=BIT[14] />
          else
             <estimatedDelayTime type=BIT[10] /> # delta
             <estimatedOffsetTime type=BIT[4] /> # psi
         </AppDataBlock>
         <CRC type=BIT[8] />

        </Baseline>
        <Cargo></Cargo>

       </JANUS>
In a third exemplary embodiment, without making reference to the figures, it is described how the ping messages and the pong messages are formed according to the JANUS transmission method. JANUS offers the possibility of providing the ping messages and the pong messages with an 8-bit checksum. Janus also provides the ability to push 34-bit as a build-in payload running under among other things, can be used for the identification and location data of the ping message. It should be noted that in the JANUS messages, the transmission frequency determines the spacing (wavelength/4) of the hydrophones of the returning subject's hydrophone array.
 <JANUS UserClass="Homing Interrogator"Application="MARK-PING"><Wakeup type=BIT[1] choice={disable}/><baseline><Version type=BIT[4] value2="0011"/><MobilityFlag type=BIT[1] choice={1=mobile} /><Schedule type=BIT[1] choice={0=off} /><TxRxFlag type=BIT[1] choice={0=Tx} /><Forwarding type=BIT[1] choice={0=No} /><ClassUserID type=BIT[8] value10=12 /><Application type=BIT[6] value10=44 /><AppDataBlocktype=BIT[34]><ID type=BIT[4] value2="1101"/><SecondInMinute type=BIT[6] value 10="61"/># in s
         <myDepths type=BIT[5] value10="24"/># in 2 m steps
         <estimatedDirection type=BIT[5] />#

          if FirstTransmission
             <IdentificationValue type=BIT[14] />
          else
             <estimatedDelayTime type=BIT[10] /># delta
             <estimatedOffsetTime type=BIT[4] />#psi</AppDataBlock><CRC type=BIT[8] /></Baseline><Cargo></Cargo></JANUS>

Diese MARK-Pingnachricht beantwortet das Heimsubjekt mit einer SNAP-Pongnachricht, indem der richtige CRC der Anfrage in lastCRC eingesetzt wird. Als SecondInMinute wird die unmittelbar nächste oder die nachfolgende Sekunde verwendet und die entsprechende ProcessingTime eingesetzt. Dazu kommt noch die eigene Fahrzeuggeschwindigkeit und Richtung des Heimsubjektes als Responder.

       <JANUS UserClass="Homing-Responder" Application="SNAP-PONG">

        <Wakeup type=BIT[1] choice={disable}/>
        <Baseline>

         <Version type=BIT[4] value2="0011" />
         <MobilityFlag type=BIT[1] choice={1=mobile} /> 
        <Schedule type=BIT[1] choice={0=off} />
        <TxRxFlag type=BIT[1] choice={0=Tx} />
        <Forwarding type=BIT[1] choice={0=No} />
        <ClassUserID type=BIT[8] value10=12 />
        <Application type=BIT[6] value10=45 />
        <AppDataBlock type=BIT[34]>

         <LastCRC type=BIT[8] />
         <SecondInMinute type=BIT[6] value10="12" /> # in s
         <ProcessingTime type=BIT[11] /> # in ms up to 2 seconds

          if MobilityFlag
            <myDirection type=BIT[5] />
            <mySpeed type=BIT[4] />
          else
            <Range type=BIT[9] /> # in m
         </AppDataBlock>
         <CRC type=BIT[8] />

        </Baseline>
       <Cargo></Cargo>

       </JANUS>
This MARK ping message is answered by the home subject with a SNAP ping message by inserting the correct CRC of the request into lastCRC. The immediately next or subsequent second is used as SecondInMinute and the corresponding ProcessingTime is used. In addition, there is the own vehicle speed and direction of the home subject as a responder.
 <JANUS UserClass="Homing Responder"Application="SNAP-PONG"><Wakeup type=BIT[1] choice={disable}/><baseline><Version type=BIT[4] value2="0011"/><MobilityFlag type=BIT[1] choice={1=mobile} /><Schedule type=BIT[1] choice={0=off} /><TxRxFlag type=BIT[1] choice={0=Tx} /><Forwarding type=BIT[1] choice={0=No} /><ClassUserID type=BIT[8] value10=12 /><Application type=BIT[6] value10=45 /><AppDataBlocktype=BIT[34]><LastCRC type=BIT[8] /><SecondInMinute type=BIT[6] value10="12"/># in s
         <ProcessingTime type=BIT[11] /># in ms up to 2 seconds

          if MobilityFlag
<myDirection type=BIT[5] /><mySpeed type=BIT[4] />
          else
            <Range type=BIT[9] /># in m
         </AppDataBlock><CRC type=BIT[8] /></Baseline><Cargo></Cargo></JANUS>

Diese SNAP-Pongnachricht empfangen die Heimkehrersubjekte, auch das initialisierende Heimkehrersubjekt, das an Hand des lastCRC erkennt, dass es sich um eine Antwort auf die gestellte Nachricht handelt, wie auch die restlichen Heimkehrersubjekte. Das Interrogator-Heimkehrersubjekt kann nun die Laufzeit bestimmen. Da es feststellt, dass auf seine Pingnachricht geantwortet wurde, nutzt es den Sendezeitpunkt von der MARK-Pingnachricht und den Empfangszeitpunkt von der SNAP-Pongnachricht zur Abschätzung der Laufzeit. Die Bearbeitungszeit des Heimkommunikationsrechners ist nicht in der Laufzeit enthalten.This SNAP-Pong message is received by the homecoming subjects, including the initializing homecoming subject, which recognizes from the lastCRC that this is a response to the message sent, as do the remaining homecoming subjects. The interrogator homecoming subject can now determine the runtime. Since it determines that its ping message has been answered, it uses the time it was sent from the MARK ping message and the time it was received from the SNAP ping message to estimate the runtime. The processing time of the home communication computer is not included in the term.

Die Laufzeit wird abgeschätzt durch: Delta = 1 / 2 ( RX _ Interrogator TX _ Interrogator processingTime _ Responder )

Figure DE102022000070B3_0001
The running time is estimated by: delta = 1 / 2 ( RX _ interrogator TX _ interrogator processingTime _ responders )
Figure DE102022000070B3_0001

Zusätzlich kann der zeitliche Offset zum Homesubjekt abgeschätzt werden durch: Psi = RX _ Interrogator TX _ Responder ( SecondlnMinute ) -Delta

Figure DE102022000070B3_0002
In addition, the time offset to the home subject can be estimated by: psi = RX _ interrogator TX _ responders ( secondlminute ) -Delta
Figure DE102022000070B3_0002

Alle anderen Heimkehrersubjekte kennen so ihre Nachbarn mit deren Position. Es werden in allen folgenden Pingnachrichten die Schätzwerte Delta und Psi eingetragen. Damit hat auch das Heimsubjekt die Möglichkeit, Laufzeiten respektive Entfernungen und Richtungen zu bestimmen.All other homecoming subjects thus know their neighbors and their position. The estimated values delta and psi are entered in all subsequent ping messages. This means that the home subject also has the option of determining transit times, distances and directions.

BezugszeichenlisteReference List

1a, 1b, 1c1a, 1b, 1c
Heimkehrersubjekthomecoming subject
2a, 2b2a, 2b
Heimsubjekt home subject
1010
Heimkehrerkommunikationsgeräthomecomer communication device
1111
HeimkehrerkommunikationsrechnerReturning Communications Calculator
1212
Sendewandlertransmit converter
1313
Hydrofonanordnung hydrophone arrangement
2020
Heimkommunikationsgeräthome communication device
2121
Heimkommunikationsrechnerhome communication computer
2222
Sendewandlertransmit converter
2323
Hydrofonanordnunghydrophone arrangement

Claims (7)

Akustisches Unterwasserkommunikationsverfahren zur Heimkehrung eines in See getauchten Heimkehrersubjektes (1a, 1b, 1c) zu einem Heimsubjekt (2a, 2b), mit den Merkmalen: • das Verfahren verwendet für das Heimkehrersubjekt (1a, 1b, 1c) ein Unterwasserkommunikationsgerät, nachfolgend Heimkehrerkommunikationsgerät (10) genannt, welches einen Rechner, nachfolgend Heimkehrerkommunikationsrechner (11) genannt, eine Hydrofonanordnung (13), die ausbildet ist zu einer Richtungsbildung, und einen Sendewandler (12) aufweist, • das Verfahren verwendet für das Heimsubjekt (2a, 2b) ein Unterwasserkommunikationsgerät, nachfolgend Heimkommunikationsgerät (20) genannt, welches einen Rechner, nachfolgend Heimkommunikationsrechner (21) genannt, sowie eine Hydrofonanordnung (23) und einen Sendewandler (22) aufweist, • derart, dass, nachdem das Heimkehrersubjekt (1a, 1b, 1c) in ein zuvor vereinbartes Treffgebiet eintritt und einen Empfangsbereich des Heimsubjektes (2a, 2b) erreicht hat, folgende Schritte erfolgen: a) der Sendewandler (12) des Heimkehrerkommunikationsgerätes (10) sendet eine Pingnachricht aus, die Identifikationsdaten des Heimkehrersubjektes (1a, 1b, 1c) aufweist, b) die Hydrofonanordnung (23) des Heimkommunikationsgerätes (20) empfängt die Pingnachricht, c) der Heimkommunikationsrechner (21) überprüft die Identifikationsdaten der Pingnachricht, d) der Sendewandler (22) des Heimkommunikationsgerätes (20) sendet eine Pongnachricht mit Zeitdaten betreffend Empfang der Pingnachricht und Absendung der Pongnachricht zurück, e) die Hydrofonanordnung (13) des Heimkehrersubjektes (1a, 1b, 1c) empfängt die Pongnachricht, f) der Heimkehrerkommunikationsrechner (11) berechnet über eine Laufzeit der Pingnachricht und eine Laufzeit der Pongnachricht einen aktuellen Entfernungswert, g) der Heimkehrerkommunikationsrechner (11) berechnet mit Pongnachrichtsempfangsdaten der Hydrofonanordnung des Heimkehrersubjektes (1a, 1b, 1c) einen aktuellen Richtungswert zum Heimsubjekt (2a, 2b), h) das Heimkehrersubjekt (1a, 1b, 1c) bewegt sich zum Heimsubjekt (2a, 2b) unter Zugrundelegung mindestens des aktuellen Richtungswertes und des aktuellen Entfernungswertes, i) mehrfache Wiederholung der Schritte a) bis h).Acoustic underwater communication method for returning a homecoming subject (1a, 1b, 1c) submerged at sea to a home subject (2a, 2b), with the features: • the method uses an underwater communication device for the homecoming subject (1a, 1b, 1c), hereinafter homecoming communication device (10 ) mentioned, which has a computer, hereinafter called returnee communication computer (11), a hydrophone arrangement (13) which is designed for direction formation, and a transmission converter (12), • the method uses an underwater communication device for the home subject (2a, 2b), hereinafter referred to as home communication device (20), which has a computer, hereinafter referred to as home communication computer (21), as well as a hydrophone arrangement (23) and a transmitter converter (22), • such that after the homecoming subject (1a, 1b, 1c) enters a previously agreed meeting area and has reached a reception area of the home subject (2a, 2b), the following steps take place: a) the transmitting converter (12) of the homecoming communication device (10) sends out a ping message which has identification data of the returning subject (1a, 1b, 1c), b) the hydrophone arrangement (23) of the home communication device (20) receives the ping message, c) the home communication computer (21) checks the identification data of the ping message, d) the Transmitting converter (22) of the home communication device (20) sends back a pong message with time data relating to receipt of the ping message and sending of the pong message, e) the hydrophone arrangement (13) of the homecomer subject (1a, 1b, 1c) receives the pong message, f) the homecomer communication computer (11 ) calculates a current distance value over a runtime of the ping message and a runtime of the pong message, g) the home keeper The communication computer (11) calculates a current direction value to the home subject (2a, 2b) using pong message reception data from the hydrophone arrangement of the homecoming subject (1a, 1b, 1c), h) the homecoming subject (1a, 1b, 1c) moves to the home subject (2a, 2b). Taking as a basis at least the current direction value and the current distance value, i) repeating steps a) to h) several times. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem im Schritt h) der Heimkehrerkommunikationsrechner (11) eine Entscheidungsalternative auswählt aus einer Gruppe von Entscheidungsalternativen umfassend mindestens: • eine Entscheidungsalternative, die Bewegung des Heimkehrersubjektes (1a, 1b, 1c) unverändert fortzuführen, • eine Entscheidungsalternative, die Bewegungsrichtung der Bewegung des Heimkehrersubjektes (1a, 1b, 1c) abzuändern.procedure after claim 1 , in which in step h) the returnee communication computer (11) selects a decision alternative from a group of decision alternatives comprising at least: • one decision alternative to continue the movement of the returnee subject (1a, 1b, 1c) unchanged, • one decision alternative to change the direction of movement of the to change the returnee subject (1a, 1b, 1c). Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem jede Pingnachricht und jede Pongnachricht eine Checksumme aufweisen.procedure after claim 1 or 2 , where every ping message and every pong message has a checksum. Verfahren nach Anspruch 3, bei dem in jeder Pongnachricht auch die Checksumme der vorhergehenden Pingnachricht aufgeführt wird.procedure after claim 3 , in which the checksum of the previous ping message is also listed in each ping message. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem mehrere Heimkehrersubjekte (1a, 1b, 1c) in das zuvor vereinbartes Treffgebiet eintreffen und einen Empfangsbereich des Heimsubjektes (2a, 2b) erreichen, und bei dem die im Anspruch 1 genannten Schritte für jedes Heimkehrersubjekt (1a, 1b, 1c) angewandt werden.Procedure according to one of Claims 1 until 4 , in which a plurality of homecoming subjects (1a, 1b, 1c) arrive at the previously agreed meeting area and reach a reception area of the home subject (2a, 2b), and in which the im claim 1 said steps are applied for each returnee subject (1a, 1b, 1c). Computerprogrammprodukt mit einem Computerprogramm für einen Heimkehrerkommunikationsrechner (11) eines Heimkehrersubjektes (1a, 1b, 1c) zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wenn das Computerprogramm auf dem Heimkehrerkommunikationsrechner (11) ausgeführt wird.Computer program product with a computer program for a homecomer communication computer (11) of a homecomer subject (1a, 1b, 1c) for carrying out the method according to one of Claims 1 until 5 , when the computer program is executed on the returnee communication computer (11). Computerprogrammprodukt mit einem Computerprogramm für einen Heimkommunikationsrechner (21) eines Heimsubjektes (2a, 2b) zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wenn das Computerprogramm auf dem Heimkommunikationsrechner (21) ausgeführt wird.Computer program product with a computer program for a home communication computer (21) of a home subject (2a, 2b) for carrying out the method according to one of Claims 1 until 5 , when the computer program is running on the home communication computer (21).
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