WO2018202447A1 - Hydrophone unit for transmitting hydrophone signals and processing unit for receiving these and sonar installation therewith, and method therefor - Google Patents

Hydrophone unit for transmitting hydrophone signals and processing unit for receiving these and sonar installation therewith, and method therefor Download PDF

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WO2018202447A1
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hydrophone
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processing unit
signals
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Vladimir BURSTEIN
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Atlas Elektronik Gmbh
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Definitions

  • Hydrophone unit for transmitting hydrophone signals and processing unit for receiving and sonar system therewith and method therefor
  • the invention relates to the field of sonar systems of underwater vehicles, which serve to receive underwater sound waves.
  • sonar system is intended to include both an active and a passive sonar system, wherein the invention relates to the signal processing when receiving underwater sound.
  • Sonar systems have one or more underwater antennas with a plurality of subsonic sound receivers, namely so-called hydrophones.
  • the hydrophones are electrically connected to an evaluation unit in order to transmit hydrophone signals recorded with the hydrophones to the evaluation unit.
  • several hydrophones are often combined in groups as a hydrophone unit and then the hydrophone signals are transmitted from the individual hydrophone units to the evaluation unit.
  • the received sound waves can then be displayed graphically or acoustically using the evaluation unit based on an evaluation of the hydrophone signals recorded with the hydrophones. Due to increasing computer power and the associated increasing possibilities in the evaluation of the signals of the hydrophones in the evaluation unit, ever greater data transfer rates between the hydrophones and the evaluation unit are desired. The desire for higher data transfer rates is also reinforced by the fact that the number of hydrophones used in an underwater antenna increases, since nowadays smaller and smaller hydrophones are available.
  • the electrical lines for electrical connection of the hydrophone to the evaluation unit in a sonar system must pass through the pressure hull of the underwater vehicle.
  • openings of the pressure hull for carrying out the electrical conduction are a weak point in the pressure hull and therefore have to be chosen as small as possible or the number of openings must be kept small.
  • US 201 1/0216626 A1 describes acoustic sensors 102, 202 with hydrophones. Each hydrophone generates analog voltage signals 108 from sound waves. An analog-to-digital converter 14 converts the analog signal 108 into a digital signal 118. A digital modulation scheme is applied to the digital signal 1 18 to transmit an analog data line.
  • the data of a digital signal is divided into multiple parallel data streams, and the data streams are modulated individually.
  • the modulated digital signal 220 is transmitted on a single cable or wire.
  • a cable 230 is used with a plurality of the devices, for example, a wire for power supply by a voltage source 226, a wire for the transmission of hydrophone signals, and a third wire for the transmission of signals to the hydrophones.
  • a sonar unit with several hydrophones 546 is described, which can operate actively or passively.
  • the analog signals of the hydrophones are digitized by an analog-to-digital converter 545 and transmitted to an FPGA / ASIC 540.
  • a digital signal processor 542 receives digital signals and can time-stamp significant events.
  • Each sensor with hydrophones can aggregate information and transmit it periodically to a data center (USPECM control center).
  • a compression algorithm 488 combines the sensor information into data packets, which are then communicated as a stream 456 of data packets to the data center. These data packets can also be provided with time stamps.
  • the sensors are supplied with electrical energy in one embodiment according to the standard Power over Ethernet (PoE).
  • PoE Power over Ethernet
  • DE 1 12014003335 T5 describes how a source device 120, 220 is connected to a sink device 130, 230 via a cable 1 10, 210, wherein the cable 1, 10, 210 has a quantity 1 12, 212 of electrical conductors.
  • a memory 256 information is stored, which indicate at least one performance property of the cable 1 10, 210.
  • the impedance, the length, the operable frequency range, the measured degree of crosstalk between individual conductors of the conductor sets 1 12, 212 are called.
  • a circuit 16 can configure a cable 110 using these characteristics. In the configuration, data is transferred between the circuit 16 and either the source device 120 or the sink device 130.
  • a circuit 216 may determine the event that the performance of the cable 210 is limited and communicate that restriction to an external display device or source device 220 or sink device 230. For example, the circuitry 216 may notify a device how the performance of the cable 210 is limited. In one embodiment, signals are optionally transmitted directly between the two devices 220, 230 or between a device 220, 230 and the circuit 216. It is therefore an object of the present invention to provide a sonar system and its components and a method which make it possible to remedy one of the problems mentioned above in the prior art. In particular, the invention should make it possible to increase the possible data rates of the data transmission from the hydrophones to the evaluation unit while maintaining a constant number of openings or without enlarging openings through the pressure body.
  • the invention initially relates to a hydrophone unit for transmitting hydrophone signals, for example to a processing unit.
  • the hydrophone unit has at least one hydrophone for generating hydrophone signals from underwater sound waves.
  • the hydrophone unit comprises at least one segmenter with which the hydrophone signals are segmented.
  • the hydrophone signals are divided into equally spaced time intervals, with each time interval of the hydrophone signal being referred to as a segment.
  • the hydrophone unit includes a timestamp generator.
  • the time stamp generator assigns a time stamp to each of the segments depending on the time or time range in which the hydrophone signals of the respective segment were generated.
  • timestamps are generated with the time or time in the timestamp generator corresponding to the time or time range at which the hydrophone signals of a segment were picked up by the hydrophones. This time or time range is then assigned to the respective segment.
  • the hydrophone unit comprises a packer for generating data packets each having a segment and the time stamp associated with the segment.
  • the data packets are transmitted with a transmitter of the hydrophone unit. Thanks to this hydrophone unit, the hydrophone signal is transmitted in the form of data packets, with each data packet supplying information about the recording time of the hydrophone signal precisely on its own accord based on the time stamp.
  • the data packets can therefore be transmitted without synchronization signal via a data line and then be converted back into time signals in a processing unit based on the time stamp, for example.
  • the packer is set up to additionally generate, for each data packet, an identifier of the one or more hydrophones with which the hydrophone signals of the corresponding data packet, ie the segment of the data packet, have been generated and to add it to the data packet.
  • the hydrophone unit comprises an analog-to-digital converter for converting the analogue hydrophone signals into digital hydrophone signals. Accordingly, hydrophone signals are generated with the hydrophones as analog signals from underwater sound and then digitized with an analog-to-digital converter. These digital hydrophone signals are then segmented, packed and sent out. A further reduction in the amount of data to be transmitted is possible by digitizing the hydrophone signals.
  • the transmitter of the hydrophone unit comprises a bus connection for transmitting the data packets to a connected data bus.
  • the data bus is preferably a two-wire bus and comprises a two-wire line.
  • the hydrophone units can be supplied with a supply voltage via the two-wire line, with the two-wire line simultaneously serving for transmitting the data.
  • a transmission first preferably means the transmission of the data packets.
  • the hydrophone unit in particular its transmitter, is set up to transmit data by means of a frequency division multiplexing method.
  • the transmitter preferably comprises a modulator for modulating the data signal for transmission of the data packets.
  • the data are preferably transmitted using an orthogonal frequency division multiplexing method (OFDM).
  • OFDM orthogonal frequency division multiplexing method
  • modulation parameters for modulating and transmitting the data packets are received by a processing unit.
  • the hydrophone unit is set up to adapt the modulation parameters for modulating and transmitting the data packets with the frequency division multiplexing method by the received modulation parameters.
  • the invention comprises a processing unit for receiving hydrophone signals.
  • the processing unit is preferably configured to receive hydrophone signals that have been transmitted with at least one hydrophone unit according to one of the aforementioned embodiments.
  • the processing unit comprises at least one receiver for receiving data packets, each comprising at least one segment of a hydrophone signal and a time stamp associated with the segment.
  • the processing unit comprises a signal generation unit that is set up from among the segments Considering at least the time stamp to generate at least one hydrophone signal or derived from the hydrophone signal.
  • the processing unit is arranged to generate direction signals from the hydrophone signals.
  • the segments are preferably selected with regard to the number of sample values in such a way that the hydrophone signals contained in a segment can be subjected to a Fourier transformation.
  • one segment preferably comprises 256, 512 or 1,024 samples.
  • Directional signal formation is then possible in a simple manner in the frequency domain. In the frequency domain, the corresponding phase-shifted hydrophone signals can be easily added.
  • the hydrophone signals can also be assembled again into time signals by simple juxtaposition of the segments taking into account a sorting on the basis of their time stamps and these are added up in a time-delayed manner.
  • the processing unit has a bus connection for connecting a data bus in order to receive the data packets via a connected data bus.
  • the processing unit is adapted to receive the data packets transmitted by a frequency division multiplexing method.
  • the frequency division multiplexing method is an Orthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM) method.
  • the processing unit comprises measuring means for estimating or measuring a data transmission channel provided by a bus connection at predefined intervals or event-based.
  • the processing unit according to this exemplary embodiment is set up to modify modulation parameters as a function of the results of the estimation or measurement and to transmit the changes preferably to the hydrophone units via the bus connection.
  • the transmission characteristics are dependent on physical properties of the transmission lines.
  • the hydrophone unit and / or the processing unit belong to an underwater vehicle.
  • the physical properties can act on the underwater vehicle and thus on transmission lines from the outside while the underwater vehicle is submerged. This applies in particular to a transmission line which is arranged outside the pressure hull of the underwater vehicle.
  • the modulation parameters are modified as a function of at least one measured physical property, which acts on the transmission lines.
  • An example of such a measured physical property is the ambient pressure exerted by the surrounding water on the submerged vessel and thus on the or each transfer unit outside the interior of the pressure hull.
  • This physical property changes, for example, when changing the pressure conditions exerted on the transmission lines, for example, by different depths of a submersible, in which the processing unit is used.
  • Another physical property is the temperature of the surrounding water. Both the water pressure and the water temperature can change the diameter of the or a cable of the transmission line.
  • Another physical property is a property of the transmission line that changes due to aging of the cable or a cable.
  • the modified attenuation properties of the transmission channel can be taken care of by adapting the modulation parameters which can be determined by measuring the transmission channel. If the modulation parameters are transmitted to the hydrophone units and taken into account in the modulation, preferably by the frequency multiplexing method, the transmission can be adapted to the changed physical properties of the transmission lines and thus a transmission which is as suitable as possible for the prevailing conditions can be guaranteed. Surveying can be done, for example, by sending test data or test signals as well as its response.
  • the processing unit comprises at least one sensor in order to determine physical properties which act on a bus connection connected to the bus connection.
  • the sensor is, for example, a pressure sensor for measuring the ambient pressure acting on the bus connection.
  • the modul Lation parameters are then preferably modified as a function of the or at least one physical property measured with the sensor.
  • the invention comprises a sonar system for a watercraft, preferably an underwater vehicle, for receiving and evaluating waterborne noise.
  • the sonar system comprises at least one hydrophone unit according to one of the aforementioned embodiments and a processing unit according to one of the aforementioned embodiments.
  • this comprises at least one bus connection.
  • the bus connection is a two-wire line to which the processing unit and the hydrophone units are connected in parallel.
  • the two-wire line is used to supply the hydrophone units with a supply voltage provided by the supply unit and to transmit data at least from the hydrophone units to the processing unit.
  • data may also be transferred from the processing unit to the hydrophone unit (s).
  • the hydrophones and the processing unit are set up to transmit and / or exchange data in full-duplex mode.
  • this comprises one or more Time Domain Equalizers (TEQ).
  • TEQ Time Domain Equalizers
  • the invention comprises a method for transmitting hydrophone signals with a sonar system according to one of the aforementioned embodiments, in particular from a hydrophone unit according to one of the aforementioned embodiments via a bus connection to a processing unit. Further embodiments will become apparent from the embodiments explained in more detail in the figures.
  • Fig. 1 shows a first embodiment of a hydrophone unit and a first
  • FIG. 2 shows a data packet
  • Fig. 3 shows the sequence of an embodiment of the method.
  • the hydrophone unit 12 is connected to the processing unit 14 via a data bus 16, which is a two-wire bus or a two-wire line.
  • the two-wire bus 16 passes through an opening 18 in the pressure body 20 of an underwater vehicle.
  • data can be transmitted from the hydrophone unit 12, which is arranged on the outside of the pressure body 20, to the processing unit 14, which is arranged within the pressure body 20.
  • the hydrophone unit 12 comprises a plurality of hydrophones 22. Meet the hydrophones 22 underwater sound waves, these sound waves are converted into hydrophone 24 signals. These hydrophone signals 24 correspond to analogue hydrophone signals 24. These are then converted in an analog-to-digital converter 25 into digital hydrophone signals 26.
  • the digital or digitized hydrophone signals 26 are then fed to a segmenter 28 which segments the digital hydrophone signals 26.
  • time stamps are generated in a time stamp generator 30.
  • a timestamp is generated in the timestamp generator 30 indicating the time or period in which a signal contained in the respective segment was generated by the hydrophone 22.
  • the segments 32 and the timestamps 34 are then fed to a packer 36, which creates data packets 38 which comprise at least the segment 32 and the associated time stamp 34.
  • the data packets 38 are then output by the packer 36 to a transmitter 40, which contains a modulator 42 in order to transmit the data packets 38 to the processing unit 14 by means of frequency modulation via the data bus 16.
  • the processing unit 14 receives the data packets 38 with a receiver 44. This demodulates the modulated data packets 38 and transmits the demodulated data corresponding to the data packets 38 to a signal generation unit 46.
  • the signal generation unit 46 sorts the segments 32 of the data packets 38 according to their time stamp 34 and generates again either hydrophone signals 24, 26 or direction signals derived from a plurality of hydrophone signals 24, 26.
  • the data packets 38 are preferably each assigned, in addition to the time stamp 34, information about the respective hydrophone 22, with which the hydrophone signals 24, 26 contained in the segment 32 have been recorded.
  • the generated signals 48 are then output from the processing unit 14 to be displayed with a display 50, for example.
  • the data bus 16 connects the processing unit 14 with its bus connection 52 to the hydrophone unit 12 with its bus connection 54.
  • the processing unit 14 also supplies the hydrophone unit 12 with a supply voltage.
  • the processing unit 14 comprises a voltage source 56, which is likewise connected to the data bus 16 via the bus connection 52. This voltage is tapped in the hydrophone unit 12 by a power supply unit 58 and then serves to supply the individual elements of the hydrophone unit 12.
  • the processing unit 14 comprises measuring means 60.
  • the measuring means 60 are connected to a sensor 62, which is preferably designed as a pressure sensor and anyway is integrated in the pressure body 20 for depth measurement of the underwater vehicle.
  • the pressure forces exerted on the bus lines of the data bus 16 can be measured on the basis of the ambient pressure and thus the data transmission channel can be measured.
  • the measuring means 60 are then also connected via the bus connection 52 to the data bus 16 in order to transmit modulation parameters to the modulator 42 of the hydrophone unit 12 in dependence on the measured values with the sensor 62.
  • the data transmission channel is measured on the basis of print values recorded with the sensor 62.
  • An alternative measurement can also take place without the sensor 62 on the basis of the evaluation of the transmitted data signals or by means of test signals.
  • a single hydrophone unit 12 is connected to the data bus 16, which can also be called a two-wire bus, for a better overview.
  • a plurality of hydrophone units 12 are connected in parallel with the processing unit 14 to the same data bus 16. 2 shows by way of example a data packet 38. This comprises a first area 64 in which an identifier of the hydrophone unit 12 from which the data packet originates is contained.
  • the identifier of a hydrophone 22 is then included, with which a hydrophone signal 24, 26 was recorded and whose segment 32 is contained in a further region 68.
  • the data packet 38 also has a region 70 with a time stamp which indicates at which time or in which time range the segment 32 with the hydrophone 22 has been recorded.
  • Fig. 3 shows the steps of an embodiment of the method.
  • hydrophone signals 24 are picked up and digitized in a step 74.
  • the digital hydrophone signals 26 are then subdivided into segments 32 and the segments 32, together with a time stamp 34 generated for the respective segment 32, are transmitted to a packer 36 in a step 78.
  • the packer 36 generates in a step 80 data packets 38, which are transmitted in a step 82 after modulation via a data bus 16 to a processing unit 14.
  • the modulated signals are demodulated in the processing unit 14 and signals 48 from the data packets 38 are generated in a signal generation unit 46 in step 86.
  • the data packets 38 are then displayed after generating a signal 48 therefrom.

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Abstract

The invention relates to a hydrophone unit (12) for transmitting hydrophone signals (24, 26), comprising at least one hydrophone (22) for producing hydrophone signals (24, 26) from underwater sound waves. Further, the hydrophone unit (12) comprises at least one segmenting means (28) for segmenting the hydrophone signals (24, 26) and a timestamp producing means (30) for producing and assigning timestamps (34), in each case to each segment (32) depending on the time or the time period in which the hydrophone signals (24, 26) of the respective segment (32) were produced. Moreover, the hydrophone unit (12) comprises a packing means (36) for producing data packets (38), in each case with a segment (32) and the timestamp (34) assigned to the segment (32), and a transmitter (40) for emitting the data packets (38). Further, the invention relates to a processing unit (14) for receiving hydrophone signals (24, 26) and a sonar installation (10) comprising a hydrophone unit (12) and a processing unit (14). Moreover, the invention relates to a method for transmitting hydrophone signals (24, 26).

Description

Hydrophoneinheit zum Senden von Hydrophonsignalen sowie Verarbeitungseinheit zu deren Empfang und Sonaranlage damit sowie Verfahren dafür  Hydrophone unit for transmitting hydrophone signals and processing unit for receiving and sonar system therewith and method therefor
Die Erfindung betrifft den Bereich der Sonaranlagen von Unterwasserfahrzeugen, die zum Empfang von Unterwasser-Schallwellen dienen. The invention relates to the field of sonar systems of underwater vehicles, which serve to receive underwater sound waves.
Gemäß dem Stand der Technik sind Unterwasserfahrzeuge mit Sonaranlagen bekannt, wobei mit den Sonaranlagen Schallwellen, die sich unter Wasser ausbreiten, empfangen werden. In der allgemeinen Literatur wird zwischen passiven und aktiven Sonaranlagen unterschieden. Passive Sonaranlagen dienen ausschließlich dem Empfang von Schallwellen, wobei aktive Sonaranlagen - zusätzlich zum Empfang von Schallwellen - auch eingerichtet sind, Schallwellen auszusenden. According to the prior art underwater vehicles are known with sonar systems, which are received with the sonar systems sound waves that propagate under water. In the general literature a distinction is made between passive and active sonar systems. Passive sonar systems are exclusively for the reception of sound waves, with active sonar systems - in addition to the reception of sound waves - are also set up to emit sound waves.
Im Folgenden soll der Begriff „Sonaranlage" sowohl eine aktive als auch eine passive Sonaranlage umfassen, wobei sich die Erfindung auf die Signalverarbeitung beim Empfangen von Unterwasserschall bezieht. In the following, the term "sonar system" is intended to include both an active and a passive sonar system, wherein the invention relates to the signal processing when receiving underwater sound.
Sonaranlagen weisen eine oder mehrere Unterwasserantennen mit einer Vielzahl von Unterwasserschallempfängern auf, nämlich sogenannten Hydrophonen. Die Hydrophone sind mit einer Auswerteeinheit elektrisch verbunden, um mit den Hydrophonen aufgenom- mene Hydrophonsignale an die Auswerteeinheit zu übertragen. Hierzu sind häufig mehrere Hydrophone in Gruppen als Hydrophoneinheit zusammengeschlossen und es werden dann die Hydrophonsignale von den einzelnen Hydrophoneinheiten an die Auswerteeinheit übertragen. Sonar systems have one or more underwater antennas with a plurality of subsonic sound receivers, namely so-called hydrophones. The hydrophones are electrically connected to an evaluation unit in order to transmit hydrophone signals recorded with the hydrophones to the evaluation unit. For this purpose, several hydrophones are often combined in groups as a hydrophone unit and then the hydrophone signals are transmitted from the individual hydrophone units to the evaluation unit.
Mit der Auswerteeinheit können dann die empfangenen Schallwellen basierend auf einer Auswertung der mit den Hydrophonen aufgenommenen Hydrophonsignale beispielsweise graphisch oder akustisch dargestellt werden. Durch zunehmende Rechnerleistung und die damit einhergehenden zunehmenden Möglichkeiten bei der Auswertung der Signale der Hydrophone in der Auswerteeinheit werden immer größere Datenübertragungsraten zwischen den Hydrophonen und der Auswerteeinheit gewünscht. Der Wunsch nach höheren Datenübertragungsraten wird zudem dadurch verstärkt, dass auch die Anzahl der eingesetzten Hydrophone in einer Unterwasserantenne zunimmt, da heutzutage immer kleinere Hydrophone zur Verfügung stehen. The received sound waves can then be displayed graphically or acoustically using the evaluation unit based on an evaluation of the hydrophone signals recorded with the hydrophones. Due to increasing computer power and the associated increasing possibilities in the evaluation of the signals of the hydrophones in the evaluation unit, ever greater data transfer rates between the hydrophones and the evaluation unit are desired. The desire for higher data transfer rates is also reinforced by the fact that the number of hydrophones used in an underwater antenna increases, since nowadays smaller and smaller hydrophones are available.
Es ist jedoch auch bekannt, dass durch die physikalischen Eigenschaften einer elektrischen Leitung - wie beispielsweise dem Leitungsquerschnitt - die Datenübertragungsrate der elektrischen Leitung begrenzt ist. Demnach müssen also - wenn die elektrischen Leitungen zur Verbindung der Hydrophone mit der Auswerteeinheit heute im Hinblick auf ihre maximale Datenübertragungsrate vollends ausgeschöpft sind - zur Erhöhung der gewünschten Datenübertragungsrate beispielsweise weitere elektrische Leitungen oder elektrische Leitungen mit vergleichsweise größerem Leitungsquerschnitt verwendet werden. Die soeben genannten Maßnahmen zur Erhöhung der Datenübertragungsrate sind jedoch im Bereich der Unterwasserfahrzeuge nicht ohne Weiteres ausführbar. Es muss nämlich beachtet werden, dass Hydrophone an der Außenseite des Druckkörpers des Unterwasserfahrzeugs und die Auswerteeinheit im Inneren des Druckkörpers angeordnet sind. Daher müssen die elektrischen Leitungen zum elektrischen Verbinden der Hydro- phone mit der Auswerteeinheit bei einer Sonaranlage durch den Druckkörper des Unterwasserfahrzeugs führen. Öffnungen des Druckkörpers zum Durchführen der elektrischen Leitung stellen jedoch eine Schwachstelle im Druckkörper dar und müssen daher möglichst klein gewählt werden bzw. die Anzahl der Öffnungen gering gehalten werden. However, it is also known that due to the physical properties of an electrical line - such as the line cross section - the data transmission rate of the electrical line is limited. Accordingly, if the electrical lines for connecting the hydrophones to the evaluation unit are today completely exhausted with regard to their maximum data transmission rate, then, for example, additional electrical lines or electrical lines having a comparatively larger line cross section must be used to increase the desired data transmission rate. However, the measures just mentioned for increasing the data transmission rate are not readily executable in the area of underwater vehicles. It must be noted that hydrophones are arranged on the outside of the pressure hull of the underwater vehicle and the evaluation unit in the interior of the pressure hull. Therefore, the electrical lines for electrical connection of the hydrophone to the evaluation unit in a sonar system must pass through the pressure hull of the underwater vehicle. However, openings of the pressure hull for carrying out the electrical conduction are a weak point in the pressure hull and therefore have to be chosen as small as possible or the number of openings must be kept small.
Im Falle einer Sonaranlage eines Unterwasserfahrzeugs wären demnach vergleichsweise größere Öffnungen oder eine vergleichsweise größere Anzahl von Öffnungen im Druckkörper des Unterwasserfahrzeugs nötig, um Signale von Hydrophonen mit höheren Datenübertragungsraten von den Hydrophonen zur Auswerteeinheit zu übertragen. Eine Vergrößerung derartiger Öffnungen oder ein Hinzufügen von weiteren Öffnungen würde jedoch zu zunehmender Instabilität des Druckkörpers führen und ist daher unerwünscht. In US 201 1/0216626 A1 werden akustische Sensoren 102, 202 mit Hydrophonen beschrieben. Jedes Hydrophon generiert analoge Spannungssignale 108 aus Schallwellen. Ein Analog-Digital-Wandler 1 14 wandelt das Analog-Signal 108 in ein Digital-Signal 1 18 um. Ein digitales Modulationsschema wird angewendet, um das Digital-Signal 1 18 auf einer analogen Datenleitung zu übertragen. In einer Ausgestaltung werden die Daten eines digitalen Signals im mehrere parallele Datenströme unterteilt, und die Datenströme werden einzeln moduliert. In einer Ausgestaltung wird das modulierte Digital-Signal 220 auf einem einzigen Kabel oder Draht übertragen. In einer anderen Ausgestaltung wird ein Kabel 230 mit mehreren den Räten verwendet, beispielsweise ein Draht für die Energieversorgung durch eine Spannungsquelle 226, ein Draht für die Übermittlung von Signalen der Hydrophone und ein dritter Draht für die Übermittlung von Signalen an die Hydrophone. In the case of a sonar system of an underwater vehicle, comparatively larger openings or a comparatively larger number of openings in the pressure hull of the underwater vehicle would therefore be necessary in order to transmit signals from hydrophones with higher data transmission rates from the hydrophones to the evaluation unit. However, an enlargement of such openings or addition of further openings would lead to increasing instability of the pressure hull and is therefore undesirable. US 201 1/0216626 A1 describes acoustic sensors 102, 202 with hydrophones. Each hydrophone generates analog voltage signals 108 from sound waves. An analog-to-digital converter 14 converts the analog signal 108 into a digital signal 118. A digital modulation scheme is applied to the digital signal 1 18 to transmit an analog data line. In one embodiment, the data of a digital signal is divided into multiple parallel data streams, and the data streams are modulated individually. In one embodiment, the modulated digital signal 220 is transmitted on a single cable or wire. In another embodiment, a cable 230 is used with a plurality of the devices, for example, a wire for power supply by a voltage source 226, a wire for the transmission of hydrophone signals, and a third wire for the transmission of signals to the hydrophones.
In US 8677920 B1 wird eine Sonareinheit mit mehreren Hydrophonen 546 beschrieben, welche aktiv oder passiv arbeiten kann. Die analogen Signale der Hydrophone werden von einem Analog-Digital-Wandler 545 digitalisiert und an ein FPGA/ASIC 540 übermittelt. Ein Digitalsignal Prozessor 542 erhält digitale Signale und kann signifikante Ereignisse mit Zeitstempeln versehen. Jeder Sensor mit Hydrophonen kann Informationen aggregieren und sie periodisch an eine Datenzentrale (USPECM control center) übermitteln. Ein Komprimierungs-Algorithmus 488 fasst die Sensorinformationen zu Datenpaketen zusammen, die dann als ein Strom 456 von Datenpaketen an die Datenzentrale übermittelt werden. Auch diese Datenpakete können mit Zeitstempeln versehen werden. Die Sensoren werden in einer Ausgestaltung gemäß dem Standard Power over Ethernet (PoE) mit elektrischer Energie versorgt. In DE 1 12014003335 T5 wird beschrieben, wie ein Quellengerät 120, 220 mit einem Senkengerät 130, 230 über ein Kabel 1 10, 210 verbunden ist, wobei das Kabel 1 10, 210 eine Menge 1 12, 212 von elektrischen Leitern aufweist. In einem Speicher 256 sind Informationen abgespeichert, welche mindestens eine Leistungsfähigkeits-Eigenschaft des Kabels 1 10, 210 angeben. Als beispielhafte Eigenschaften werden die Impedanz, die Länge, der betreibbare Frequenzbereich, der gemessene Grad des Übersprechens zwischen einzelnen Leitern der Leiter-Mengen 1 12, 212 genannt. Eine Schaltung 1 16 kann unter Verwendung dieser Eigenschaften ein Kabel 1 10 konfigurieren. Bei der Konfiguration werden Daten zwischen der Schaltung 1 16 und entweder dem Quellengerät 120 oder dem Senkengerät 130 übertragen. Eine Schaltung 216 kann das Ereignis feststel- len, dass die Leistungsfähigkeit des Kabels 210 beschränkt ist, und diese Beschränkung an ein externes Anzeigegerät oder an das Quellengerät 220 oder das Senkengerät 230 übermitteln. Beispielsweise kann die Schaltung 216 einem Gerät mitteilen, wie die Leistungsfähigkeit des Kabels 210 beschränkt ist. In einer Ausgestaltung werden Signale wahlweise direkt zwischen den beiden Geräten 220, 230 oder zwischen einem Gerät 220, 230 und der Schaltung 216 übermittelt. Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Sonaranlage sowie deren Komponenten und ein Verfahren anzugeben, die es ermöglichen, eines der zuvor im Stand der Technik genannten Probleme zu beheben. Insbesondere soll es die Erfindung ermöglichen, bei gleichbleibender Anzahl von Öffnungen oder ohne die Vergrößerung von Öff- nungen durch den Druckkörper eine Erhöhung der möglichen Datenraten der Datenübertragung von den Hydrophonen zur Auswerteeinheit zu schaffen. In US 8677920 B1 a sonar unit with several hydrophones 546 is described, which can operate actively or passively. The analog signals of the hydrophones are digitized by an analog-to-digital converter 545 and transmitted to an FPGA / ASIC 540. A digital signal processor 542 receives digital signals and can time-stamp significant events. Each sensor with hydrophones can aggregate information and transmit it periodically to a data center (USPECM control center). A compression algorithm 488 combines the sensor information into data packets, which are then communicated as a stream 456 of data packets to the data center. These data packets can also be provided with time stamps. The sensors are supplied with electrical energy in one embodiment according to the standard Power over Ethernet (PoE). DE 1 12014003335 T5 describes how a source device 120, 220 is connected to a sink device 130, 230 via a cable 1 10, 210, wherein the cable 1, 10, 210 has a quantity 1 12, 212 of electrical conductors. In a memory 256 information is stored, which indicate at least one performance property of the cable 1 10, 210. As exemplary properties, the impedance, the length, the operable frequency range, the measured degree of crosstalk between individual conductors of the conductor sets 1 12, 212 are called. A circuit 16 can configure a cable 110 using these characteristics. In the configuration, data is transferred between the circuit 16 and either the source device 120 or the sink device 130. A circuit 216 may determine the event that the performance of the cable 210 is limited and communicate that restriction to an external display device or source device 220 or sink device 230. For example, the circuitry 216 may notify a device how the performance of the cable 210 is limited. In one embodiment, signals are optionally transmitted directly between the two devices 220, 230 or between a device 220, 230 and the circuit 216. It is therefore an object of the present invention to provide a sonar system and its components and a method which make it possible to remedy one of the problems mentioned above in the prior art. In particular, the invention should make it possible to increase the possible data rates of the data transmission from the hydrophones to the evaluation unit while maintaining a constant number of openings or without enlarging openings through the pressure body.
Hierzu betrifft die Erfindung zunächst eine Hydrophoneinheit zum Senden von Hydrophonsignalen, beispielsweise an eine Verarbeitungseinheit. Die Hydrophoneinheit weist mindestens ein Hydrophon zum Erzeugen von Hydrophonsignalen aus Unterwasser- Schallwellen auf. Außerdem umfasst die Hydrophoneinheit mindestens einen Segmentierer, mit dem die Hydrophonsignale segmentiert werden. Die Hydrophonsignale werden beispielsweise in gleichgroße Zeitintervalle unterteilt, wobei dann jedes Zeitintervall des Hydrophonsignals als ein Segment bezeichnet wird. To this end, the invention initially relates to a hydrophone unit for transmitting hydrophone signals, for example to a processing unit. The hydrophone unit has at least one hydrophone for generating hydrophone signals from underwater sound waves. In addition, the hydrophone unit comprises at least one segmenter with which the hydrophone signals are segmented. For example, the hydrophone signals are divided into equally spaced time intervals, with each time interval of the hydrophone signal being referred to as a segment.
Außerdem umfasst die Hydrophoneinheit einen Zeitstempelerzeuger. Der Zeitstempeler- zeuger ordnet jedem der Segmente einen Zeitstempel in Abhängigkeit des Zeitpunktes oder Zeitbereichs zu, in dem die Hydrophonsignale des jeweiligen Segments erzeugt wurden. Vorzugsweise werden also Zeitstempel mit dem Zeitraum oder dem Zeitpunkt im Zeitstempelerzeuger erzeugt, die dem Zeitpunkt oder dem Zeitbereich entsprechen, zu dem bzw. in dem die Hydrophonsignale eines Segments von den Hydrophonen aufge- nommen wurden. Dieser Zeitpunkt oder Zeitbereich wird dann dem jeweiligen Segment zugeordnet. In addition, the hydrophone unit includes a timestamp generator. The time stamp generator assigns a time stamp to each of the segments depending on the time or time range in which the hydrophone signals of the respective segment were generated. Preferably, therefore, timestamps are generated with the time or time in the timestamp generator corresponding to the time or time range at which the hydrophone signals of a segment were picked up by the hydrophones. This time or time range is then assigned to the respective segment.
Außerdem umfasst die Hydrophoneinheit einen Packer zum Erzeugen von Datenpaketen jeweils mit einem Segment und dem dem Segment zugeordneten Zeitstempel. Zudem werden die Datenpakete mit einem Sender der Hydrophoneinheit ausgesendet. Dank dieser Hydrophoneinheit wird das Hydrophonsignal in Form von Datenpaketen übertragen, wobei jedes Datenpaket genau aus sich selbst heraus anhand des Zeitstempels Informationen über den Aufnahmezeitpunkt des Hydrophonsignals liefert. Die Datenpakete können demnach ohne Synchronisationssignal über eine Datenleitung übertragen werden und dann in einer Verarbeitungseinheit anhand des Zeitstempels beispielsweise wieder in Zeitsignale zurückgewandelt werden. In addition, the hydrophone unit comprises a packer for generating data packets each having a segment and the time stamp associated with the segment. In addition, the data packets are transmitted with a transmitter of the hydrophone unit. Thanks to this hydrophone unit, the hydrophone signal is transmitted in the form of data packets, with each data packet supplying information about the recording time of the hydrophone signal precisely on its own accord based on the time stamp. The data packets can therefore be transmitted without synchronization signal via a data line and then be converted back into time signals in a processing unit based on the time stamp, for example.
Gemäß dem Stand der Technik war bislang eine Synchronisationsleitung notwendig, um dafür Sorge zu tragen, dass Hydrophonsignale so übertragen wurden, dass man anhand des Übertragungszeitpunkts auf den Aufnahmezeitpunkt Rückschlüsse ziehen konnte. Diese Synchronisationsleitung führte zu einer zusätzlichen elektrischen Leitung durch den Druckkörper, auf die nun verzichtet werden kann. Der hierdurch freigewordene Querschnitt einer Öffnung durch den Druckkörper kann beispielsweise zur Erhöhung der Datenrate - sei es durch Hinzufügen einer zusätzlichen Datenleitung oder Erhöhen des Querschnitts der bisherigen Datenleitungen - genutzt werden. In the prior art, a synchronization line has hitherto been necessary in order to ensure that hydrophone signals have been transmitted in such a way that reference is made to FIG of the transmission time on the recording time could draw conclusions. This synchronization line led to an additional electrical line through the pressure hull, which can now be dispensed with. The thus released cross-section of an opening through the pressure body can be used, for example, to increase the data rate - be it by adding an additional data line or increasing the cross section of the previous data lines.
Zusätzlich können durch die Verwendung von Zeitstempeln wesentlich exaktere Aussagen über den genauen Aufnahmezeitpunkt der einzelnen Signale getroffen werden, sodass auch eine exaktere Weiterverarbeitung möglich ist. Gemäß einer ersten Ausführungsform ist der Packer eingerichtet, jedem Datenpaket zusätzlich eine Kennung des oder der Hydrophone, mit dem die Hydrophonsignale des entsprechenden Datenpakets, also des Segments des Datenpakets, erzeugt wurden, zu erzeugen und dem Datenpaket hinzuzufügen. In addition, the use of time stamps allows significantly more exact statements to be made about the exact recording time of the individual signals, so that more precise further processing is also possible. According to a first embodiment, the packer is set up to additionally generate, for each data packet, an identifier of the one or more hydrophones with which the hydrophone signals of the corresponding data packet, ie the segment of the data packet, have been generated and to add it to the data packet.
Hierdurch ist es möglich, einer Hydrophoneinheit mehrere Hydrophone zuzuordnen. Nach dem Aussenden, also dem Übertragen der Hydrophonsignale in Form des Datenpakets, kann somit aus einem Datenpaket nicht nur der Zeitpunkt oder Zeitraum seiner Aufnahme, sondern auch das Hydrophon, mit dem die Aufnahme erfolgte, und somit dessen Position bei der Weiterverarbeitung der Hydrophonsignale berücksichtigt werden. This makes it possible to assign a hydrophone to several hydrophones. After the transmission, ie the transmission of the hydrophone signals in the form of the data packet, not only the time or period of its recording, but also the hydrophone with which the recording took place and thus its position in the further processing of the hydrophone signals can be taken into account ,
Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst die Hydrophoneinheit einen Analog-Di- gital-Wandler zum Wandeln der analogen Hydrophonsignale in digitale Hydrophonsignale. Demnach werden Hydrophonsignale mit den Hydrophonen als analoge Signale aus Unterwasserschall erzeugt und dann mit einem Analog-Digital-Wandler digitalisiert. Diese digitalen Hydrophonsignale werden dann segmentiert, gepackt und ausgesendet. Eine weitere Reduzierung der zu übertragenden Datenmengen ist durch Digitalisierung der Hydrophonsignale möglich. According to a further embodiment, the hydrophone unit comprises an analog-to-digital converter for converting the analogue hydrophone signals into digital hydrophone signals. Accordingly, hydrophone signals are generated with the hydrophones as analog signals from underwater sound and then digitized with an analog-to-digital converter. These digital hydrophone signals are then segmented, packed and sent out. A further reduction in the amount of data to be transmitted is possible by digitizing the hydrophone signals.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst der Sender der Hydrophoneinheit einen Busanschluss zum Aussenden der Datenpakete auf einen angeschlossenen Datenbus. Der Datenbus ist vorzugsweise ein Zweidrahtbus und umfasst eine Zweidrahtleitung. Über die Zweidrahtleitung sind die Hydrophoneinheiten mit einer Versorgungsspannung versorgbar, wobei die Zweidrahtleitung gleichzeitig zum Übertragen der Daten dient. Ein Übertragen bedeutet hier zunächst vorzugsweise das Aussenden der Datenpakete. Durch Verwendung eines Busses, der einerseits für die Versorgungsspannung und andererseits für die Datenübertragung genutzt wird, wird die Anzahl der nötigen Anschlussleitungen zwischen Hydrophoneinheiten und einer Auswerteeinheit weiter reduziert. Bei gleichbleibender Öffnung in einem Druckkörper können somit die zuvor für die Versorgungsspannung verwendeten zusätzlichen Leitungen ebenfalls für eine Datenübertragung verwendet werden, sodass hierdurch weiter eine Erhöhung der Datenübertragungsraten bei gleichbleibenden Öffnungen ermöglicht wird. According to a further embodiment, the transmitter of the hydrophone unit comprises a bus connection for transmitting the data packets to a connected data bus. The data bus is preferably a two-wire bus and comprises a two-wire line. The hydrophone units can be supplied with a supply voltage via the two-wire line, with the two-wire line simultaneously serving for transmitting the data. In this case, a transmission first preferably means the transmission of the data packets. By using a bus which is used on the one hand for the supply voltage and on the other hand for the data transmission, the number of necessary connection lines between hydrophone units and an evaluation unit is further reduced. If the opening in a pressure body remains the same, the additional lines previously used for the supply voltage can thus likewise be used for data transmission, thereby further enabling an increase in the data transmission rates for the same number of openings.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die Hydrophoneinheit, insbesondere deren Sender, dazu eingerichtet, Daten mittels eines Frequenzmultiplexverfahrens auszusen- den. Vorzugsweise umfasst der Sender zum Beispiel einen Modulator zum Modulieren des Datensignals zur Übertragung der Datenpakete. Hierbei werden die Daten vorzugsweise mit einem orthogonalen Frequenzmultiplexverfahren (OFDM) ausgesendet. Hierbei werden alternativ oder zusätzlich Modulationsparameter für das Modulieren und Aussenden der Datenpakete von einer Verarbeitungseinheit empfangen. Die Hydrophoneinheit ist entsprechend eingerichtet, die Modulationsparameter zum Modulieren und Aussenden der Datenpakete mit dem Frequenzmultiplexverfahren durch die empfangenen Modulationsparameter anzupassen. According to a further embodiment, the hydrophone unit, in particular its transmitter, is set up to transmit data by means of a frequency division multiplexing method. For example, the transmitter preferably comprises a modulator for modulating the data signal for transmission of the data packets. In this case, the data are preferably transmitted using an orthogonal frequency division multiplexing method (OFDM). Here, alternatively or additionally, modulation parameters for modulating and transmitting the data packets are received by a processing unit. The hydrophone unit is set up to adapt the modulation parameters for modulating and transmitting the data packets with the frequency division multiplexing method by the received modulation parameters.
Dank der Übertragung mit einem Frequenzmultiplexverfahren sowie anpassbaren Modulationsparametern wird es ermöglicht, physikalische Veränderungen bei der Datenüber- tragung zu berücksichtigen, sodass für die jeweiligen vorherrschenden Bedingungen geeignete Modulationsparameter ausgewählt werden können. Beispielsweise sind die Dämpfungseigenschaften von Übertragungsleitungen von dem Druck, der auf die Übertragungsleitungen ausgeübt wird, abhängig. Durch Anpassen der Modulationsparameter kann demnach diesen Änderungen, beispielsweise durch tauchtiefvariierenden Drücke auf die Übertragungsleitungen, Sorge getragen werden. Thanks to transmission using a frequency division multiplexing method and customizable modulation parameters, it is possible to take account of physical changes in the data transmission so that suitable modulation parameters can be selected for the prevailing conditions. For example, the attenuation characteristics of transmission lines are dependent on the pressure exerted on the transmission lines. By adapting the modulation parameters, it is therefore possible to take care of these changes, for example by means of dive-depth pressures on the transmission lines.
Außerdem umfasst die Erfindung eine Verarbeitungseinheit zum Empfangen von Hydrophonsignalen. Die Verarbeitungseinheit ist vorzugsweise zum Empfangen von Hydrophonsignalen, die mit mindestens einer Hydrophoneinheit nach einer der vorgenannten Ausführungsformen ausgesendet wurden, eingerichtet. Die Verarbeitungseinheit umfasst mindestens einen Empfänger zum Empfangen von Datenpaketen, die jeweils zumindest ein Segment eines Hydrophonsignals und einen dem Segment zugeordneten Zeitstempel umfassen. Ferner umfasst die Verarbeitungseinheit eine Signalerzeugungseinheit, die eingerichtet ist, aus den Segmenten unter Berücksichtigung zumindest der Zeitstempel mindestens ein Hydrophonsignal oder ein aus dem Hydrophonsignal abgeleitetes Signal zu erzeugen. In addition, the invention comprises a processing unit for receiving hydrophone signals. The processing unit is preferably configured to receive hydrophone signals that have been transmitted with at least one hydrophone unit according to one of the aforementioned embodiments. The processing unit comprises at least one receiver for receiving data packets, each comprising at least one segment of a hydrophone signal and a time stamp associated with the segment. Furthermore, the processing unit comprises a signal generation unit that is set up from among the segments Considering at least the time stamp to generate at least one hydrophone signal or derived from the hydrophone signal.
Somit ist es dank der in den Datenpaketen enthaltenen Zeitstempel sowie einer Sortierung der Segmente mit der Signalerzeugungseinheit basierend auf den Zeitstempeln möglich, auch ohne ein Synchronisationssignal ein Hydrophonsignal nach der Übertragung zu rekonstruieren. Auf eine Signalleitung für Synchronisationssignale kann somit verzichtet werden. Thus, thanks to the timestamps contained in the data packets and a sorting of the segments with the signal generation unit based on the time stamps, it is possible to reconstruct a hydrophone signal after the transmission even without a synchronization signal. On a signal line for synchronization signals can thus be dispensed with.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die Verarbeitungseinheit eingerichtet, Richtungssignale aus den Hydrophonsignalen zu erzeugen. Vorzugsweise sind hierzu die Segmente im Hinblick auf die Anzahl der Abtastwerte so gewählt, dass die in einem Segment enthaltenen Hydrophonsignale einer Fouriertransformation unterzogen werden können. Vorzugsweise umfasst ein Segment somit 256, 512 oder 1.024 Abtastwerte. Eine Richtungssignalbildung ist dann auf einfache Weise im Frequenzbereich möglich. Im Frequenzbereich können die entsprechend phasenverschobenen Hydrophonsignale einfach addiert werden. Alternativ oder zusätzlich können die Hydrophonsignale auch durch einfaches Aneinanderreihen der Segmente unter Berücksichtigung einer Sortierung anhand ihrer Zeitstempel wieder zu Zeitsignalen zusammengesetzt und diese zeitverzögert aufaddiert werden. According to a further embodiment, the processing unit is arranged to generate direction signals from the hydrophone signals. For this purpose, the segments are preferably selected with regard to the number of sample values in such a way that the hydrophone signals contained in a segment can be subjected to a Fourier transformation. Thus, one segment preferably comprises 256, 512 or 1,024 samples. Directional signal formation is then possible in a simple manner in the frequency domain. In the frequency domain, the corresponding phase-shifted hydrophone signals can be easily added. Alternatively or additionally, the hydrophone signals can also be assembled again into time signals by simple juxtaposition of the segments taking into account a sorting on the basis of their time stamps and these are added up in a time-delayed manner.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist die Verarbeitungseinheit einen Busan- schluss zum Anschluss eines Datenbusses auf, um die Datenpakete über einen angeschlossenen Datenbus zu empfangen. Alternativ oder zusätzlich ist die Verarbeitungseinheit eingerichtet, die Datenpakete, die durch ein Frequenzmultiplexverfahren übertragen wurden, zu empfangen. Vorzugsweise ist das Frequenzmultiplexverfahren ein orthogonales Frequenzmultiplexverfahren (OFDM). Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst die Verarbeitungseinheit Vermessungsmittel, um einen durch eine Busverbindung bereitgestellten Datenübertragungskanal in vordefinierten Intervallen oder ereignisbasierend zu schätzen oder zu vermessen. Außerdem ist die Verarbeitungseinheit gemäß diesem Ausführungsbeispiel eingerichtet, Modulationsparameter in Abhängigkeit der Ergebnisse der Schätzung oder Vermessung ab- zuändern und die Änderungen vorzugsweise an die Hydrophoneinheiten über die Busverbindung auszusenden. Wie bereits oben geschildert, sind die Übertragungseigenschaften abhängig von physikalischen Eigenschaften der Übertragungsleitungen. In einer Anwendung gehören die Hydrophoneinheit und / oder die Verarbeitungseinheit zu einem Unterwasserfahrzeug. Die physikalischen Eigenschaften können von außen auf das Unterwasserfahrzeug und damit auf Übertragungsleitungen einwirken, während das Unterwasserfahrzeug getaucht ist. Dies gilt insbesondere für eine Übertragungsleitung, die außerhalb des Druckkörpers des Unterwasserfahrzeugs angeordnet ist. In einer Ausgestaltung werden die Modulationsparameter in Abhängigkeit von mindestens einer gemessenen physikalischen Eigenschaft abgewandelt, welche auf die Übertragungsleitungen einwirkt. Ein Beispiel für eine solche gemessene physikalische Eigenschaft ist der Umgebungsdruck, welche das umgebende Wasser auf das getauchte Unterwasserfahrzeug und damit auf die oder jede Übertragungseinheit außerhalb des Inneren des Druckkörpers ausübt. Diese physikalische Eigenschaft ändert sich zum Beispiel bei Änderung der Druckverhältnisse, die auf die Übertragungsleitungen ausgeübt werden, beispielsweise durch unterschiedliche Tauch- tiefen eines Unterwasserfahrzeugs, in dem die Verarbeitungseinheit verwendet wird. Eine weitere physikalische Eigenschaft ist die Temperatur des umgebenden Wassers. Sowohl der Wasserdruck als auch die Wassertemperatur können den Durchmesser des oder eines Kabels der Übertragungsleitung verändern. Eine weitere physikalische Eigenschaft ist eine Eigenschaft der Übertragungsleitung, die sich aufgrund einer Alterung des oder eines Kabels verändert. According to a further embodiment, the processing unit has a bus connection for connecting a data bus in order to receive the data packets via a connected data bus. Alternatively or additionally, the processing unit is adapted to receive the data packets transmitted by a frequency division multiplexing method. Preferably, the frequency division multiplexing method is an Orthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM) method. According to a further embodiment, the processing unit comprises measuring means for estimating or measuring a data transmission channel provided by a bus connection at predefined intervals or event-based. In addition, the processing unit according to this exemplary embodiment is set up to modify modulation parameters as a function of the results of the estimation or measurement and to transmit the changes preferably to the hydrophone units via the bus connection. As already described above, the transmission characteristics are dependent on physical properties of the transmission lines. In one application, the hydrophone unit and / or the processing unit belong to an underwater vehicle. The physical properties can act on the underwater vehicle and thus on transmission lines from the outside while the underwater vehicle is submerged. This applies in particular to a transmission line which is arranged outside the pressure hull of the underwater vehicle. In one embodiment, the modulation parameters are modified as a function of at least one measured physical property, which acts on the transmission lines. An example of such a measured physical property is the ambient pressure exerted by the surrounding water on the submerged vessel and thus on the or each transfer unit outside the interior of the pressure hull. This physical property changes, for example, when changing the pressure conditions exerted on the transmission lines, for example, by different depths of a submersible, in which the processing unit is used. Another physical property is the temperature of the surrounding water. Both the water pressure and the water temperature can change the diameter of the or a cable of the transmission line. Another physical property is a property of the transmission line that changes due to aging of the cable or a cable.
Ändert sich beispielsweise die Dämpfung der Übertragungsleitung, so kann durch Anpassen der Modulationsparameter, die durch Vermessen des Übertragungskanals ermittelbar sind, den geänderten Dämpfungseigenschaften des Übertragungskanals Sorge getragen werden. Werden die Modulationsparameter nämlich an die Hydrophoneinheiten ausge- sendet und bei der Modulation, vorzugsweise mit dem Frequenzmultiplexverfahren, berücksichtigt, so kann die Übertragung an die geänderten physikalischen Eigenschaften der Übertragungsleitungen angepasst werden und somit eine für die vorherrschenden Bedingungen möglichst gut geeignete Übertragung gewährleistet werden. Ein Vermessen kann zum Beispiel durch Aussenden von Testdaten oder Testsignalen sowie dessen Antwort erfolgen. If, for example, the attenuation of the transmission line changes, the modified attenuation properties of the transmission channel can be taken care of by adapting the modulation parameters which can be determined by measuring the transmission channel. If the modulation parameters are transmitted to the hydrophone units and taken into account in the modulation, preferably by the frequency multiplexing method, the transmission can be adapted to the changed physical properties of the transmission lines and thus a transmission which is as suitable as possible for the prevailing conditions can be guaranteed. Surveying can be done, for example, by sending test data or test signals as well as its response.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst die Verarbeitungseinheit mindestens einen Sensor, um physikalische Eigenschaften, die auf eine mit dem Busanschluss verbundene Busverbindung wirken, zu ermitteln. Der Sensor ist zum Beispiel ein Drucksensor zum Messen des Umgebungsdrucks, der auf die Busverbindung wirkt. Die Modu- lationsparameter werden dann vorzugsweise in Abhängigkeit der oder mindestens einer physikalischen Eigenschaft, die mit dem Sensor gemessen wird, abgeändert. According to a further embodiment, the processing unit comprises at least one sensor in order to determine physical properties which act on a bus connection connected to the bus connection. The sensor is, for example, a pressure sensor for measuring the ambient pressure acting on the bus connection. The modul Lation parameters are then preferably modified as a function of the or at least one physical property measured with the sensor.
So ist durch einfache Art und Weise ein Vermessen des Datenübertragungskanals möglich, ohne die Datenübertragung für die Vermessung, zum Beispiel mit einem Testsignal, zu blockieren. Thus, a simple way of measuring the data transmission channel is possible without the data transmission for the measurement, for example, with a test signal to block.
Außerdem umfasst die Erfindung eine Sonaranlage für ein Wasserfahrzeug, vorzugsweise ein Unterwasserfahrzeug, zum Empfangen und Auswerten von Wasserschall. Die Sonaranlage umfasst mindestens eine Hydrophoneinheit nach einer der vorgenannten Ausführungsformen und eine Verarbeitungseinheit nach einer der vorgenannten Ausfüh- rungsformen. In addition, the invention comprises a sonar system for a watercraft, preferably an underwater vehicle, for receiving and evaluating waterborne noise. The sonar system comprises at least one hydrophone unit according to one of the aforementioned embodiments and a processing unit according to one of the aforementioned embodiments.
Gemäß einer Ausführungsform der Sonaranlage umfasst diese mindestens eine Busverbindung. Die Busverbindung ist eine Zweidrahtleitung, mit der die Verarbeitungseinheit und die Hydrophoneinheiten parallel verbunden sind. Die Zweidrahtleitung dient, um die Hydrophoneinheiten mit einer Versorgungsspannung, die von der Versorgungseinheit zur Verfügung gestellt wird, zu versorgen sowie Daten zumindest von den Hydrophoneinheiten zur Verarbeitungseinheit zu übertragen. According to one embodiment of the sonar system, this comprises at least one bus connection. The bus connection is a two-wire line to which the processing unit and the hydrophone units are connected in parallel. The two-wire line is used to supply the hydrophone units with a supply voltage provided by the supply unit and to transmit data at least from the hydrophone units to the processing unit.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform können auch Daten von der Verarbeitungseinheit zu der oder den Hydrophoneinheiten übertragen werden. According to another embodiment, data may also be transferred from the processing unit to the hydrophone unit (s).
Gemäß einer weiteren Ausführungsform sind die Hydrophone und die Verarbeitungsein- heit eingerichtet, Daten im Vollduplexmodus zu übertragen und/oder auszutauschen. According to a further embodiment, the hydrophones and the processing unit are set up to transmit and / or exchange data in full-duplex mode.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Sonaranlage umfasst diese einen oder mehrere Time-Domain-Equalizer (TEQ). Durch den Einsatz von Time-Domain-Equalizern, die auch Zeitbereich-Equalizer genannt werden, wird eine Optimierung der Datenraten ermöglicht, sodass eine vergleichsweise höhere Datenübertragungsrate möglich ist. Außerdem umfasst die Erfindung ein Verfahren zum Übertragen von Hydrophonsignalen mit einer Sonaranlage nach einer der zuvor genannten Ausführungsformen, insbesondere von einer Hydrophoneinheit nach einer der vorgenannten Ausführungsformen über eine Busverbindung an eine Verarbeitungseinheit. Weitere Ausführungsformen ergeben sich anhand der in den Figuren näher erläuterten Ausführungsbeispiele. According to a further embodiment of the sonar system, this comprises one or more Time Domain Equalizers (TEQ). The use of time-domain equalizers, also known as time-domain equalizers, makes it possible to optimize the data rates, allowing a comparatively higher data transfer rate. In addition, the invention comprises a method for transmitting hydrophone signals with a sonar system according to one of the aforementioned embodiments, in particular from a hydrophone unit according to one of the aforementioned embodiments via a bus connection to a processing unit. Further embodiments will become apparent from the embodiments explained in more detail in the figures.
Fig. 1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel einer Hydrophoneinheit und ein erstes Fig. 1 shows a first embodiment of a hydrophone unit and a first
Ausführungsbeispiel einer Verarbeitungseinheit, Fig. 2 ein Datenpaket und  Embodiment of a processing unit, Fig. 2 shows a data packet and
Fig. 3 den Ablauf eines Ausführungsbeispiels des Verfahrens. Fig. 3 shows the sequence of an embodiment of the method.
Fig. 1 zeigt eine Sonaranlage 10 mit einer Hydrophoneinheit 12 und einer Verarbeitungseinheit 14. Die Hydrophoneinheit 12 ist über einen Datenbus 16, der ein Zweidrahtbus oder eine Zweidrahtleitung ist, mit der Verarbeitungseinheit 14 verbunden. Der Zweidrahtbus 16 führt durch eine Öffnung 18 im Druckkörper 20 eines Unterwasserfahrzeugs. Über den Zweidrahtbus 16 können Daten von der Hydrophoneinheit 12, die an der Außenseite des Druckkörpers 20 angeordnet ist, zur Verarbeitungseinheit 14, die innerhalb des Druckkörpers 20 angeordnet ist, übertragen werden. Die Hydrophoneinheit 12 umfasst mehrere Hydrophone 22. Treffen auf die Hydrophone 22 Unterwasserschall- wellen, so werden diese Schallwellen in Hydrophonsignale 24 umgewandelt. Diese Hydrophonsignale 24 entsprechen analogen Hydrophonsignalen 24. Diese werden dann in einem Analog-Digital-Wandler 25 in digitale Hydrophonsignale 26 gewandelt. 1 shows a sonar system 10 with a hydrophone unit 12 and a processing unit 14. The hydrophone unit 12 is connected to the processing unit 14 via a data bus 16, which is a two-wire bus or a two-wire line. The two-wire bus 16 passes through an opening 18 in the pressure body 20 of an underwater vehicle. Via the two-wire bus 16, data can be transmitted from the hydrophone unit 12, which is arranged on the outside of the pressure body 20, to the processing unit 14, which is arranged within the pressure body 20. The hydrophone unit 12 comprises a plurality of hydrophones 22. Meet the hydrophones 22 underwater sound waves, these sound waves are converted into hydrophone 24 signals. These hydrophone signals 24 correspond to analogue hydrophone signals 24. These are then converted in an analog-to-digital converter 25 into digital hydrophone signals 26.
Die digitalen oder digitalisierten Hydrophonsignale 26 werden dann einem Segmentierer 28 zugeführt, der die digitalen Hydrophonsignale 26 in Segmente teilt. Gleichzeitig wer- den Zeitstempel in einem Zeitstempelerzeuger 30 erzeugt. Für jedes Segment wird demnach im Zeitstempelerzeuger 30 ein Zeitstempel erzeugt, der den Zeitpunkt oder den Zeitraum angibt, in dem ein Signal, das in dem jeweiligen Segment enthalten ist, vom Hydrophon 22 erzeugt wurde. The digital or digitized hydrophone signals 26 are then fed to a segmenter 28 which segments the digital hydrophone signals 26. At the same time, time stamps are generated in a time stamp generator 30. Thus, for each segment, a timestamp is generated in the timestamp generator 30 indicating the time or period in which a signal contained in the respective segment was generated by the hydrophone 22.
Die Segmente 32 sowie die Zeitstempel 34 werden dann einem Packer 36 zugeführt, der Datenpakete 38 erstellt, die zumindest das Segment 32 und den dazugehörigen Zeitstempel 34 umfassen. Die Datenpakete 38 werden dann vom Packer 36 an einen Sender 40 ausgegeben, der einen Modulator 42 enthält, um die Datenpakete 38 mittels Frequenzmodulation über den Datenbus 16 an die Verarbeitungseinheit 14 zu übertragen. Die Verarbeitungseinheit 14 empfängt die Datenpakete 38 mit einem Empfänger 44. Dieser demoduliert die modulierten Datenpakete 38 und überträgt die demodulierten Daten, die den Datenpaketen 38 entsprechen, an eine Signalerzeugungseinheit 46. Die Signalerzeugungseinheit 46 sortiert dann die Segmente 32 der Datenpakete 38 entsprechend ihres Zeitstempels 34 und erzeugt daraus entweder wieder Hydrophonsignale 24, 26 oder aus mehreren Hydrophonsignalen 24, 26 abgeleitete Richtungssignale. Hierzu sind vorzugsweise den Datenpaketen 38 jeweils zusätzlich zu dem Zeitstempel 34 Informationen über das jeweilige Hydrophon 22, mit dem die im Segment 32 enthaltenen Hydrophonsignale 24, 26 aufgenommen worden sind, zugeordnet. Die erzeugten Signale 48 werden dann von der Verarbeitungseinheit 14 ausgegeben, um beispielsweise mit einer Anzeige 50 angezeigt zu werden. The segments 32 and the timestamps 34 are then fed to a packer 36, which creates data packets 38 which comprise at least the segment 32 and the associated time stamp 34. The data packets 38 are then output by the packer 36 to a transmitter 40, which contains a modulator 42 in order to transmit the data packets 38 to the processing unit 14 by means of frequency modulation via the data bus 16. The processing unit 14 receives the data packets 38 with a receiver 44. This demodulates the modulated data packets 38 and transmits the demodulated data corresponding to the data packets 38 to a signal generation unit 46. The signal generation unit 46 then sorts the segments 32 of the data packets 38 according to their time stamp 34 and generates again either hydrophone signals 24, 26 or direction signals derived from a plurality of hydrophone signals 24, 26. For this purpose, the data packets 38 are preferably each assigned, in addition to the time stamp 34, information about the respective hydrophone 22, with which the hydrophone signals 24, 26 contained in the segment 32 have been recorded. The generated signals 48 are then output from the processing unit 14 to be displayed with a display 50, for example.
Der Datenbus 16 verbindet gemäß diesem Ausführungsbeispiel die Verarbeitungseinheit 14 mit ihrem Busanschluss 52 mit der Hydrophoneinheit 12 mit ihrem Busanschluss 54. Neben den Daten, die über den Datenbus 16 übertragen werden, versorgt die Verarbei- tungseinheit 14 die Hydrophoneinheit 12 auch mit einer Versorgungsspannung. Hierzu umfasst die Verarbeitungseinheit 14 eine Spannungsquelle 56, die ebenfalls über den Busanschluss 52 an den Datenbus 16 angeschlossen ist. Diese Spannung wird in der Hydrophoneinheit 12 von einer Spannungsversorgungseinheit 58 abgegriffen und dient dann zur Versorgung der einzelnen Elemente der Hydrophoneinheit 12. Zusätzlich umfasst die Verarbeitungseinheit 14 Vermessungsmittel 60. Die Vermessungsmittel 60 sind mit einem Sensor 62 verbunden, der vorzugsweise als Drucksensor ausgebildet ist und ohnehin im Druckkörper 20 zur Tiefenmessung des Unterwasserfahrzeugs integriert ist. Hiermit lassen sich die auf die Busleitungen des Datenbusses 16 ausgeübten Druckkräfte anhand des Umgebungsdruckes messen und es lässt sich somit der Datenübertragungskanal vermessen. Die Vermessungsmittel 60 sind dann ebenfalls über den Busanschluss 52 mit dem Datenbus 16 verbunden, um Modulationsparameter an den Modulator 42 der Hydrophoneinheit 12 in Abhängigkeit der gemessenen Werte mit dem Sensor 62 zu übertragen. According to this exemplary embodiment, the data bus 16 connects the processing unit 14 with its bus connection 52 to the hydrophone unit 12 with its bus connection 54. In addition to the data which are transmitted via the data bus 16, the processing unit 14 also supplies the hydrophone unit 12 with a supply voltage. For this purpose, the processing unit 14 comprises a voltage source 56, which is likewise connected to the data bus 16 via the bus connection 52. This voltage is tapped in the hydrophone unit 12 by a power supply unit 58 and then serves to supply the individual elements of the hydrophone unit 12. In addition, the processing unit 14 comprises measuring means 60. The measuring means 60 are connected to a sensor 62, which is preferably designed as a pressure sensor and anyway is integrated in the pressure body 20 for depth measurement of the underwater vehicle. Hereby, the pressure forces exerted on the bus lines of the data bus 16 can be measured on the basis of the ambient pressure and thus the data transmission channel can be measured. The measuring means 60 are then also connected via the bus connection 52 to the data bus 16 in order to transmit modulation parameters to the modulator 42 of the hydrophone unit 12 in dependence on the measured values with the sensor 62.
In diesem Ausführungsbeispiel wird der Datenübertragungskanal anhand von Druckwer- ten, die mit dem Sensor 62 aufgenommen wurden, vermessen. Eine alternative Vermessung kann auch ohne den Sensor 62 anhand der Auswertung der übertragenen Datensignale oder mittels Testsignalen erfolgen. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist lediglich eine einzelne Hydrophoneinheit 12 zur besseren Übersicht mit dem Datenbus 16, der auch Zweidrahtbus genannt werden kann, verbunden. Gemäß einer weiteren Ausführungsform sind mehrere Hydrophoneinheiten 12 parallel mit der Verarbeitungseinheit 14 mit demselben Datenbus 16 verbunden. Fig. 2 zeigt exemplarisch ein Datenpaket 38. Dieses umfasst einen ersten Bereich 64, in dem eine Kennung der Hydrophoneinheit 12, von der das Datenpaket stammt, enthalten ist. Im zweiten Bereich 66 ist dann die Kennung eines Hydrophons 22 enthalten, mit der ein Hydrophonsignal 24, 26 aufgenommen wurde und dessen Segment 32 in einem weiteren Bereich 68 enthalten ist. Außerdem weist das Datenpaket 38 noch einen Be- reich 70 mit einem Zeitstempel auf, der angibt, zu welchem Zeitpunkt oder in welchem Zeitbereich das Segment 32 mit dem Hydrophon 22 aufgenommen wurde. In this exemplary embodiment, the data transmission channel is measured on the basis of print values recorded with the sensor 62. An alternative measurement can also take place without the sensor 62 on the basis of the evaluation of the transmitted data signals or by means of test signals. In the present exemplary embodiment, only a single hydrophone unit 12 is connected to the data bus 16, which can also be called a two-wire bus, for a better overview. According to another embodiment, a plurality of hydrophone units 12 are connected in parallel with the processing unit 14 to the same data bus 16. 2 shows by way of example a data packet 38. This comprises a first area 64 in which an identifier of the hydrophone unit 12 from which the data packet originates is contained. In the second region 66, the identifier of a hydrophone 22 is then included, with which a hydrophone signal 24, 26 was recorded and whose segment 32 is contained in a further region 68. In addition, the data packet 38 also has a region 70 with a time stamp which indicates at which time or in which time range the segment 32 with the hydrophone 22 has been recorded.
Fig. 3 zeigt die Schritte eines Ausführungsbeispiels des Verfahrens. Im Schritt 72 werden Hydrophonsignale 24 aufgenommen und in einem Schritt 74 digitalisiert. Im Schritt 76 werden dann die digitalen Hydrophonsignale 26 in Segmente 32 unterteilt und die Seg- mente 32 zusammen mit einem für das jeweilige Segment 32 erzeugten Zeitstempel 34 in einem Schritt 78 an einen Packer 36 übertragen. Der Packer 36 erzeugt in einem Schritt 80 Datenpakete 38, die in einem Schritt 82 nach Modulation über einen Datenbus 16 an eine Verarbeitungseinheit 14 übertragen werden. Im Schritt 84 werden in der Verarbeitungseinheit 14 die modulierten Signale demoduliert und in einer Signalerzeugungsein- heit 46 im Schritt 86 Signale 48 aus den Datenpaketen 38 erzeugt. Im Schritt 88 werden die Datenpakete 38 dann nach dem Erzeugen eines Signals 48 daraus angezeigt. Fig. 3 shows the steps of an embodiment of the method. In step 72, hydrophone signals 24 are picked up and digitized in a step 74. In step 76, the digital hydrophone signals 26 are then subdivided into segments 32 and the segments 32, together with a time stamp 34 generated for the respective segment 32, are transmitted to a packer 36 in a step 78. The packer 36 generates in a step 80 data packets 38, which are transmitted in a step 82 after modulation via a data bus 16 to a processing unit 14. In step 84, the modulated signals are demodulated in the processing unit 14 and signals 48 from the data packets 38 are generated in a signal generation unit 46 in step 86. In step 88, the data packets 38 are then displayed after generating a signal 48 therefrom.
Bezuqszeichenliste LIST OF REFERENCES
10 Sonaranlage 10 sonar system
12 Hydrophoneinheit  12 hydrophone unit
14 Verarbeitungseinheit  14 processing unit
16 Datenbus  16 data bus
18 Öffnung  18 opening
20 Druckkörper  20 pressure hull
22 Hydrophon  22 hydrophone
24 analoge Hydrophonsignale  24 analogue hydrophone signals
25 Analog-Digital-Wandler  25 analog-to-digital converter
26 digitale Hydrophonsignale  26 digital hydrophone signals
28 Segmentierer  28 segmenter
30 Zeitstempelerzeuger  30 timestamp generator
32 Segment  32 segment
34 Zeitstempel  34 timestamps
36 Packer  36 packers
38 Datenpakete  38 data packets
40 Sender  40 stations
42 Modulator  42 modulator
44 Empfänger  44 recipients
46 Signalerzeugungseinheit  46 signal generation unit
48 erzeugte Signale  48 generated signals
50 Anzeige  50 display
52 Busanschluss der Verarbeitungseinheit 52 Bus connection of the processing unit
54 Busanschluss der Hydrophoneinheit 54 Bus connection of the hydrophone unit
56 Spannungsquelle  56 voltage source
58 Spannungsversorgungseinheit  58 power supply unit
60 Vermessungsmittel  60 measuring means
62 Sensor  62 sensor
64 erster Bereich eines Datenpakets  64 first area of a data packet
66 zweiter Bereich eines Datenpakets  66 second area of a data packet
68 weiterer Bereich eines Datenpakets  68 further area of a data packet
70 Zeitstempel eines Datenpakets  70 Timestamp of a data packet
72 Schritte des Verfahrens  72 steps of the procedure
bis 88 to 88

Claims

Ansprüche claims
1. Hydrophoneinheit zum Senden von Hydrophonsignalen (24, 26), umfassend mindestens ein Hydrophon (22) zum Erzeugen von Hydrophonsignalen (24, 26) aus Unterwasserschallwellen, ferner umfassend:  A hydrophone unit for transmitting hydrophone signals (24, 26) comprising at least one hydrophone (22) for generating hydrophone signals (24, 26) from subsonic sound waves, further comprising:
- mindestens einen Segmentierer (28) zum Segmentieren der Hydrophonsignale - At least one segmenter (28) for segmenting the hydrophone signals
(24, 26), (24, 26),
- einen Zeitstempelerzeuger (30) zum Erzeugen und Zuordnen von Zeitstempeln (34) jeweils für jedes Segment (32) in Abhängigkeit des Zeitpunktes oder Zeitbereichs, in dem die Hydrophonsignale (24, 26) des jeweiligen Segments (32) erzeugt wurden,  a time stamp generator (30) for generating and allocating time stamps (34) for each segment (32) in dependence on the time or time range in which the hydrophone signals (24, 26) of the respective segment (32) were generated,
- einen Packer (36) zum Erzeugen von Datenpaketen (38), jeweils mit einem Segment (32) und dem dem Segment (32) zugeordneten Zeitstempel (34), und  a packer (36) for generating data packets (38), each with a segment (32) and the time stamp (34) associated with the segment (32), and
- einen Sender (40) zum Aussenden der Datenpakete (38).  - A transmitter (40) for transmitting the data packets (38).
2. Hydrophoneinheit nach Anspruch 1 , wobei der Packer (36) eingerichtet ist, jedem Datenpaket (38) eine Kennung des oder der Hydrophone (22) und/oder eine Kennung der Hydrophoneinheit (12), mit dem oder denen die Hydrophonsignale (24, 26) des entsprechenden Datenpakets (38) erzeugt wurden, zuzuordnen. 2. hydrophone unit according to claim 1, wherein the packer (36) is arranged, each data packet (38) an identifier of the hydrophone (22) and / or an identifier of the hydrophone unit (12), with which or the hydrophone signals (24, 26) of the corresponding data packet (38) have been generated.
3. Hydrophoneinheit nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Hydrophoneinheit (12) mindestens einen Analog-Digital-Wandler (25) zum Wandeln der analogen Hydrophonsignale (24) in digitale Hydrophonsignale (26) umfasst. 3. Hydrophone unit according to claim 1 or 2, wherein the hydrophone unit (12) comprises at least one analog-to-digital converter (25) for converting the analog hydrophone signals (24) into digital hydrophone signals (26).
4. Hydrophoneinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Sender (40) einen Busanschluss (54) zum Aussenden der Datenpakete (38) auf einen angeschlossenen Datenbus (16) umfasst, wobei der Datenbus (16) ein Zweidrahtbus mit einer Zweidrahtleitung ist, mit der die Hydrophoneinheit (12) mit einer Versorgungsspannung versorgbar ist sowie Daten übertragbar sind. 4. Hydrophone unit according to one of the preceding claims, wherein the transmitter (40) comprises a bus connection (54) for transmitting the data packets (38) to a connected data bus (16), wherein the data bus (16) is a two-wire bus with a two-wire line, with the hydrophone unit (12) can be supplied with a supply voltage and data is transferable.
5. Hydrophoneinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Hydrophoneinheit (12) eingerichtet ist, Datenpakete (38) mittels einem Frequenzmultiplexverfahren, insbesondere durch orthogonales Frequenzmultiplexverfahren (OFDM), auszusenden und/oder die Hydrophoneinheit (12) eingerichtet ist, Daten, insbesondere Modulationsparameter, für ein Aussenden der Datenpakete (38) von einer Verarbeitungseinheit (14) zu empfangen. 5. hydrophone unit according to one of the preceding claims, wherein the hydrophone unit (12) is arranged to transmit data packets (38) by means of a frequency division multiplexing method, in particular by orthogonal frequency division multiplexing (OFDM), and / or the hydrophone unit (12) is arranged, data, in particular modulation parameters for receiving a data packet (38) from a processing unit (14).
6. Verarbeitungseinheit zum Empfangen von Hydrophonsignalen (24, 26), insbesondere von einer Hydrophoneinheit (12) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, umfassend: 6. Processing unit for receiving hydrophone signals (24, 26), in particular from a hydrophone unit (12) according to one of claims 1 to 5, comprising:
- mindestens einen Empfänger (44) zum Empfangen von Datenpaketen (38), die jeweils mindestens ein Segment (32) und einen dem Segment zugeordneten Zeitstempel (34) umfassen, und - eine Signalerzeugungseinheit (46) zum Erzeugen mindestens eines Hydrophonsignals (24, 26) oder eines aus dem Hydrophonsignal (24, 26) abgeleiteten Signals (48) aus den Segmenten (32) unter Berücksichtigung zumindest der Zeitstempel (34). - At least one receiver (44) for receiving data packets (38), each comprising at least one segment (32) and a time stamp associated with the segment (34), and - A signal generating unit (46) for generating at least one hydrophone signal (24, 26) or one of the hydrophone signal (24, 26) derived signal (48) from the segments (32) taking into account at least the time stamp (34).
7. Verarbeitungseinheit nach Anspruch 6, wobei die Verarbeitungseinheit (14) einge- richtet ist, Richtungssignale aus den Hydrophonsignalen (24, 26) zu erzeugen. 7. The processing unit of claim 6, wherein the processing unit (14) is arranged to generate directional signals from the hydrophone signals (24, 26).
8. Verarbeitungseinheit nach Anspruch 6 oder 7, wobei der Empfänger (44) einen Busanschluss (52) aufweist, um die Datenpakete (38) über einen angeschlossenen Datenbus (16) zu empfangen und/oder die Verarbeitungseinheit (14) eingerichtet ist, durch ein Frequenzmultiplexverfahren, insbesondere durch orthogonales Frequenzmulti- plexverfahren (OFDM), übertragene Datenpakete (38) zu empfangen. The processing unit of claim 6 or 7, wherein the receiver (44) comprises a bus port (52) to receive the data packets (38) via a connected data bus (16) and / or the processing unit (14) is established by Frequency Division Multiplexing, in particular by Orthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM), to receive transmitted data packets (38).
9. Verarbeitungseinheit nach Anspruch 8, wobei die Verarbeitungseinheit (14) Vermessungsmittel (60) umfasst, die dazu ausgestaltet sind, einen durch eine Busverbindung bereitgestellten Datenübertragungskanal in vordefinierten Intervallen oder ereignisbasierend zu schätzen oder zu vermessen, und wobei die Verarbeitungseinheit (14) dazu ausgestaltet ist, Modulationsparameter in Abhängigkeit der Ergebnisse der Schätzung oder Vermessung abzuändern und vorzugsweise an mindestens eine Hydrophoneinheit (12) auszusenden. The processing unit of claim 8, wherein the processing unit (14) comprises surveying means (60) adapted to estimate or measure a data transmission channel provided by a bus connection at predefined intervals or event-based, and wherein the processing unit (14) is adapted thereto is to modify modulation parameters depending on the results of the estimation or measurement and preferably to send to at least one hydrophone unit (12).
10. Verarbeitungseinheit nach Anspruch 9, wobei die Verarbeitungseinheit (14) mit mindestens einem Sensor (62) verbunden ist, der dazu ausgestaltet ist, mindestens eine physikalische Eigenschaft, die auf eine mit dem Busanschluss (52) verbundene Busverbindung wirkt, insbesondere den Umgebungsdruck und / oder die Wassertemperatur, zu ermitteln, und wobei die Verarbeitungseinheit (14) dazu ausgestaltet ist, die Modulationsparameter in Abhängigkeit der oder mindestens einer physikalischen Eigenschaft abzuändern. The processing unit of claim 9, wherein the processing unit (14) is coupled to at least one sensor (62) configured to have at least one physical property that acts on a bus link connected to the bus port (52), in particular the ambient pressure and or the water temperature, and wherein the processing unit (14) is adapted to modify the modulation parameters as a function of the or at least one physical property.
1 1. Sonaranlage für ein Wasserfahrzeug zum Empfangen und Auswerten von Wasserschall, wobei die Sonaranlage (10) mindestens eine Hydrophoneinheit (12) nach einem der Ansprüche 1 bis 5 und eine Verarbeitungseinheit (14) nach einem der Ansprüche 6 bis 10 umfasst. 1 sonar system for a watercraft for receiving and evaluating waterborne sound, wherein the sonar system (10) at least one hydrophone unit (12) according to one of claims 1 to 5 and a processing unit (14) according to one of claims 6 to 10.
12. Sonaranlage nach Anspruch 1 1 , wobei die Sonaranlage (10) mindestens eine Bus- Verbindung aufweist, wobei die Busverbindung eine Zweidrahtleitung umfasst, mit der die Verarbeitungseinheit (14) und die Hydrophoneinheit (12) parallel verbunden sind und mit der die Hydrophoneinheit (12) mit einer Versorgungsspannung von der Verarbeitungseinheit (14) versorgbar sowie Daten zumindest von der Hydrophoneinheit (12) zur Verarbeitungseinheit (14) übertragbar sind. 12. Sonar system according to claim 1 1, wherein the sonar system (10) has at least one bus connection, wherein the bus connection comprises a two-wire line to which the processing unit (14) and the hydrophone unit (12) are connected in parallel and the hydrophone unit (12) can be supplied with a supply voltage from the processing unit (14) and data can be transmitted at least from the hydrophone unit (12) to the processing unit (14).
13. Sonaranlage nach Anspruch 1 1 oder 12, wobei die Hydrophoneinheiten (12) und die Verarbeitungseinheit (14) eingerichtet sind, Daten im Vollduplexbetrieb zu übertragen und/oder auszutauschen. 13. sonar system according to claim 1 1 or 12, wherein the hydrophone units (12) and the processing unit (14) are arranged to transmit data in full-duplex mode and / or exchange.
14. Sonaranlage nach einem der Ansprüche 1 1 bis 13, wobei die Sonaranlage (10) mindestens einen Time-Domain-Equalizer (TEQ) aufweist. 14. Sonar system according to one of claims 1 1 to 13, wherein the sonar system (10) has at least one time domain equalizer (TEQ).
15. Verfahren zum Übertragen von Hydrophonsignalen (24, 26) mit einer Sonaranlage (10) nach einem der Ansprüche 1 1 bis 14, wobei mit Hydrophonen (22) aufgenommene15. A method for transmitting hydrophone signals (24, 26) with a sonar system (10) according to any one of claims 1 1 to 14, wherein recorded with hydrophones (22)
Hydrophonsignale (24, 26) über einen Datenbus (16) an eine Verarbeitungseinheit (14) übertragen werden. Hydrophonic signals (24, 26) via a data bus (16) to a processing unit (14) are transmitted.
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