DE102016106214A1

DE102016106214A1 - Diving device, transmitter and system and method for determining the position under water

Info

Publication number: DE102016106214A1
Application number: DE102016106214.6A
Authority: DE
Inventors: Thomas Nemetz
Original assignee: Ocean Maps GmbH
Current assignee: Ocean Maps GmbH
Priority date: 2016-04-05
Filing date: 2016-04-05
Publication date: 2017-10-05
Also published as: DE202016105573U1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Tauchvorrichtung zur Bestimmung der Position unter Wasser, sowie eine Sendeeinrichtung, ein System, bestehend aus zumindest zwei Sendeeinrichtungen und einer solchen Tauchvorrichtung sowie ein entsprechendes Verfahren. Die Sendeeinrichtungen erzeugen ein Schallsignal, in dem der Ort und der Zeitpunkt der Schallerzeugung codiert sind. Anhand dieser Schallsignale kann die Tauchvorrichtung den Abstand zu den Sendeeinrichtungen bestimmen. Hieraus kann die Position unter Wasser der Tauchvorrichtung abgeleitet werden.The invention relates to a diving device for determining the position under water, as well as a transmitting device, a system consisting of at least two transmitting devices and such a diving device and a corresponding method. The transmitting devices generate a sound signal in which the location and the time of sound generation are coded. Based on these sound signals, the diving device can determine the distance to the transmitting devices. From this, the position under water of the diving device can be derived.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Tauchvorrichtung zur Bestimmung der Position unter Wasser sowie eine Sendeeinrichtung und ein System zur Bestimmung der Position unter Wasser, welches zumindest zwei Sendeeinrichtungen und eine Taucheinrichtung umfasst. Weiterhin betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Bestimmung der Position unter Wasser. The present invention relates to a diving device for determining the position under water and a transmitting device and a system for determining the position under water, which comprises at least two transmitting devices and a dipping device. Furthermore, the present invention relates to a method for determining the position under water.

Tauchvorrichtungen werden oftmals auch als Tauchcomputer bezeichnet, da sie mehrere Sensoren aufweisen, welche von einem Mikroprozessor ausgelesen und ausgewertet werden. Diese Sensoren sind in der Regel ein Drucksensor, ein Temperatursensor zum Messen der Wassertemperatur und eine Uhr zum Messen der Dauer eines Tauchgangs. Anhand des Druckwertes wird die Tiefe des Tauchganges bestimmt. Aus der Tauchtiefe und der Dauer des Tauchganges wird die Stickstoffsättigung im Blut berechnet und bei Überschreitung vorbestimmter Schwellenwerte ein Warnsignal ausgegeben. Dipping devices are often also referred to as dive computers, since they have a plurality of sensors which are read out and evaluated by a microprocessor. These sensors are typically a pressure sensor, a temperature sensor to measure water temperature, and a clock to measure the duration of a dive. Based on the pressure value, the depth of the dive is determined. From the depth and the duration of the dive, the nitrogen saturation in the blood is calculated and issued when exceeding predetermined thresholds, a warning signal.

Derartige Tauchcomputer haben sich in der Praxis sehr bewährt, da sie die Gefahr einer Stickstoffübersättigung wesentlich vermindern. Such dive computers have proven very successful in practice, as they significantly reduce the risk of nitrogen supersaturation.

Aufgrund der Stickstoffsättigung im Blut ist die maximale Dauer eines Tauchgangs beschränkt. Innerhalb dieser beschränkten Tauchzeit möchte man in die Nähe von vielen interessanten Punkten kommen. Die bisher bekannten Tauchcomputer können jedoch einen Taucher nicht zu bestimmten Punkten navigieren, da es unter Wasser nicht möglich ist, die Position des Tauchers korrekt zu bestimmen. Für Wanderer und Fahrradfahrer gibt es Navigationssysteme, welche mittels Satellitennavigation die aktuelle Position erfassen und mit einer vorliegenden Route vergleichen und so dem Wanderer und Fahrradfahrer entlang dieser Route führen. Unter Wasser ist dies jedoch nicht möglich, da die Satellitensignale unter Wasser nicht empfangen werden können. Nitrogen saturation in the blood limits the maximum duration of a dive. Within this limited dive time you want to get close to many interesting points. However, the previously known dive computers can not navigate a diver to specific points, since underwater it is not possible to correctly determine the position of the diver. For hikers and cyclists, there are navigation systems that use satellite navigation to record the current position and compare it with a current route, thus guiding the hiker and cyclist along this route. However, underwater this is not possible because the satellite signals underwater can not be received.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Tauchvorrichtung, mit welcher die Position unter Wasser auf einfache Art und Weise bestimmt werden kann, sowie eine entsprechende Sendeeinrichtung sowie ein System zur Bestimmung der Position unter Wasser als auch ein Verfahren zur Bestimmung der Position unter Wasser zu schaffen. The invention is therefore based on the object, a diving device with which the position under water can be determined in a simple manner, and a corresponding transmitting device and a system for determining the position under water and a method for determining the position under water create.

Die Aufgabe wird durch die Gegenstände gemäß den unabhängigen Patentansprüchen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den hiervon abhängigen Ansprüchen angegeben. The object is achieved by the subject matters according to the independent patent claims. Advantageous embodiments are specified in the dependent claims.

Eine erfindungsgemäße Tauchvorrichtung zur Bestimmung der Position unter Wasser umfasst
ein Hydrophon zum Empfangen von Schallsignalen, in welchen der Ort und der Zeitpunkt der Schallerzeugung codiert ist,
eine Decodiereinrichtung zum Decodieren des Ortes und des Zeitpunktes der Schallerzeugung aus den Schallsignalen,
eine Uhr zum Erfassen der Zeitpunkte des Empfangs der Schallsignale, und
eine Positionsauswerteeinrichtung zum Bestimmen der Position anhand der Orte der Schallerzeugung und der Laufzeit der Schallsignale. A diving device according to the invention for determining the position under water comprises
a hydrophone for receiving sound signals in which the location and time of sound generation is coded,
decoding means for decoding the location and timing of the sound generation from the sound signals,
a clock for detecting the timings of the reception of the sound signals, and
a position evaluation device for determining the position based on the locations of the sound generation and the duration of the sound signals.

Da die Tauchvorrichtung zum Empfangen von Schallsignalen, in welchen der Ort und der Zeitpunkt der Schallerzeugung codiert ist, ausgebildet ist und diese Schallsignale decodieren kann, kann die Tauchvorrichtung anhand der Orte der Schallerzeugung und der Laufzeit der Schallsignale ihre Position unter Wasser bestimmen. Since the dipping device is adapted to receive sound signals in which the location and time of sound generation is encoded and decodes these sound signals, the dipping device can determine its position under water based on the locations of the sound generation and the duration of the sound signals.

Wenn Schallsignale vorliegen, die an drei unterschiedlichen Orten erzeugt werden, welche nicht auf einer Geraden liegen, dann kann alleine anhand dieser Schallsignale die Position der Tauchvorrichtung eindeutig bestimmt werden. If there are sound signals that are generated at three different locations, which are not on a straight line, then the position of the diving device can be determined uniquely on the basis of these sound signals.

Es ist jedoch auch möglich, dass die Position der Tauchvorrichtung anhand von Schallsignalen bestimmt wird, welche lediglich an zwei unterschiedlichen Orten erzeugt werden. Der Tauchcomputer weist vorzugsweise einen Drucksensor auf, wobei die Positionsauswerteeinrichtung anhand des Drucksignals die Tiefe bezüglich der Wasseroberfläche bestimmen kann. Diese Tiefe wird zur Bestimmung der Position der Tauchvorrichtung mit den Informationen der Schallsignale kombiniert. Hierdurch kann die Vieldeutigkeit der Positionsinformationen erheblich reduziert werden und auf die Ebene der gemessenen Tiefe beschränkt werden. However, it is also possible that the position of the diving device is determined by means of sound signals which are generated only at two different locations. The dive computer preferably has a pressure sensor, wherein the position evaluation device can determine the depth with respect to the water surface on the basis of the pressure signal. This depth is combined to determine the position of the diving device with the information of the sound signals. As a result, the ambiguity of the position information can be significantly reduced and limited to the level of the measured depth.

Vorzugsweise weist die Tauchvorrichtung einen Inertialsensor auf, mit welchem die Bewegungsrichtung des Tauchcomputers erfasst werden kann. Werden zwei aufeinander folgende Positionen mittels der Informationen aus den Schallsignalen (Ort der Schallerzeugung und Laufzeit der Schallsignale) und gegebenenfalls mit der gemessenen Tiefe bestimmt, dann kann es eine Doppeldeutigkeit der Positionen ergeben, wobei einmal die beiden Positionen in eine bestimmte Richtung und das andere Mal in die entgegengesetzte Richtung versetzt sind. Durch Vergleichen mit der erfassten Bewegungsrichtung kann diese Doppeldeutigkeit beseitigt werden und eine eindeutige Position der Tauchvorrichtung unter Wasser bestimmt werden. Preferably, the dipping device has an inertial sensor, with which the direction of movement of the dive computer can be detected. If two successive positions are determined by means of the information from the sound signals (location of sound generation and transit time of the sound signals) and optionally with the measured depth, then there may be ambiguity in the positions, once the two positions in one direction and the other time are offset in the opposite direction. By comparing with the sensed direction of movement, this ambiguity can be eliminated and an unambiguous position of the submersible underwater determined.

Die Tauchvorrichtung weist vorzugsweise eine Anzeigeeinrichtung auf, um die Position der Tauchvorrichtung anzuzeigen. The dipping device preferably has a display device to indicate the position of the dipping device.

Die von der Tauchvorrichtung bestimmte Position kann mit einer Sollposition verglichen werden, wobei eine Abweichung von der Sollposition ermittelt wird. Auch diese Abweichung kann an der Anzeigeeinrichtung angezeigt werden. Vorzugsweise ist die Sollposition ein Punkt entlang einer vorbestimmten Tauchroute, welche mit 3-D-Koordinaten definiert ist. Als Abweichung wird der jeweils minimale Abstand von dieser Tauchroute berechnet. An der Anzeigeeinrichtung wird vorzugsweise die Richtung zum nächstgelegenen Punkt auf der Tauchroute angegeben. Es kann auch noch die Distanz, d.h. der minimale Abstand, zur Tauchroute angezeigt werden. The position determined by the diving device can be compared with a desired position, whereby a deviation from the desired position is determined. This deviation can also be displayed on the display device. Preferably, the target position is a point along a predetermined dip route defined with 3-D coordinates. As a deviation, the minimum distance from this diving route is calculated. On the display device, the direction is preferably indicated to the nearest point on the dive route. It is also possible to display the distance, ie the minimum distance, to the diving route.

Die Schallsignale werden von Sendeeinrichtungen erzeugt. Eine jede Sendeeinrichtung weist eine Ortsvorgabeeinrichtung zum Bereitstellen des Ortes der Sendeeinrichtung, eine Uhr und eine Schallquelle zum Ausgeben eines Schallsignals auf. In dem Schallsignal ist der Ort der Sendeeinrichtung und der Zeitpunkt der Schallerzeugung codiert. The sound signals are generated by transmitting devices. Each transmitting device has a location presetting device for providing the location of the transmitting device, a clock and a sound source for outputting a sound signal. In the sound signal, the location of the transmitting device and the time of sound generation is coded.

Die Sendeeinrichtung kann Bestandteil eines schwimmenden Körpers, wie zum Beispiel einer Boje oder eines Schiffes sein. Die Sendeeinrichtungen können jedoch auch stationär sein. Eine solche Sendeeinrichtung kann sich beispielsweise am Grund eines Tauchreviers oder an den Füßen eines Stegs befinden. Bei einer solchen stationären Sendeeinrichtung kann der Ort der Sendeeinrichtung einmal mit einer unabhängig von der Sendeeinrichtung ausgebildeten Messeinrichtung bestimmt und in einer Speichereinrichtung der Sendeeinrichtung eingespeichert werden. Diese Speichereinrichtung stellt dann die Ortsvergabeeinrichtung dar und stellt den Ort der Sendeeinrichtung in elektronischer Form bereit, so dass der Ort auf das Schallsignal codiert werden kann. Ist die Sendeeinrichtung hingegen Bestandteil eines schwimmenden und nicht-stationären Körpers, wie zum Beispiel einer Boje oder eines Schiffes, dann ist es zweckmäßig, die Ortsvorgabeeinrichtung als Satellitenpositionsbestimmungssystem oder Funkpositionsbestimmungssystem auszubilden. Das Satellitenpositionsbestimmungssystem ist beispielsweise ein GPS-Empfänger, der entsprechende Satellitensignale empfangen und hieraus die Position bestimmen kann. Hiermit kann die Position der Sendeeinrichtung regelmäßig aktualisiert werden, so dass eine solche Boje mit einer Sendeeinrichtung auf der Wasseroberfläche frei schwimmen kann. The transmitting device may be part of a floating body, such as a buoy or a ship. However, the transmitting devices can also be stationary. Such a transmitting device may be located, for example, at the bottom of a diving area or at the feet of a dock. In such a stationary transmitting device, the location of the transmitting device can be determined once with a measuring device designed independently of the transmitting device and stored in a memory device of the transmitting device. This storage device then represents the location allocation device and provides the location of the transmitting device in electronic form, so that the location can be coded to the sound signal. If, on the other hand, the transmitting device is part of a floating and non-stationary body, such as a buoy or a ship, then it is expedient to design the location setting device as a satellite positioning system or radio positioning system. The satellite positioning system is, for example, a GPS receiver which can receive corresponding satellite signals and determine the position therefrom. Hereby, the position of the transmitting device can be regularly updated, so that such a buoy can float freely with a transmitting device on the water surface.

Die Verwendung von zwei Sendeeinrichtungen, welche jeweils in einer frei schwimmenden Boje angeordnet sind, hat den Vorteil, dass sie flexibel vor einem Tauchgang in einem beliebigen Tauchrevier einfach ausgesetzt werden können und nach dem Tauchgang wieder eingesammelt werden können. Somit können in beliebigen Tauchrevieren die Positionen der Tauchvorrichtung exakt bestimmt werden. Hierbei ist es vorteilhaft, lediglich zwei Sendeeinrichtungen zu verwenden, da bei frei schwimmenden Bojen nicht sichergestellt werden kann, dass bei mehr als zwei Bojen diese nicht auf einer Linie angeordnet sind. Daher ist es bei einer solchen Anwendung vorteilhaft, wenn die Tauchvorrichtung einen Drucksensor zur Bestimmung der Tiefe und insbesondere einen Inertialsensor aufweist. The use of two transmitting devices, which are each arranged in a free-floating buoy, has the advantage that they can easily be flexibly exposed to a dive in any diving area and can be collected again after the dive. Thus, in any diving areas, the positions of the diving device can be determined exactly. In this case, it is advantageous to use only two transmission devices, since with free-floating buoys it can not be ensured that with more than two buoys these are not arranged in a line. Therefore, it is advantageous in such an application if the dipping device has a pressure sensor for determining the depth and in particular an inertial sensor.

Bei populären Tauchrevieren ist es hingegen zweckmäßig, wenn eine oder mehrere stationäre Sendeeinrichtungen vorgesehen werden. Eine unter Wasser angeordnete Sendeeinrichtung hat den Vorteil, dass in Verbindung mit einer an der Wasseroberfläche befindlichen Sendeeinrichtung alleine aus den Informationen der Schallsignale eine sehr präzise Tiefeninformation erhalten wird. Zudem kann die Sendeeinrichtung in der Nähe einer bevorzugten Tauchroute angeordnet werden, wodurch das Aussenden schwacher Schallsignale genügt, wodurch die Fauna im Wasser nicht gestört wird. In popular diving areas, however, it is useful if one or more stationary transmitting devices are provided. A transmitting device arranged under water has the advantage that, in conjunction with a transmitting device located on the water surface, a very precise depth information is obtained solely from the information of the sound signals. In addition, the transmitting device can be arranged in the vicinity of a preferred diving route, whereby the emission of weak sound signals is sufficient, whereby the fauna in the water is not disturbed.

Es kann auch zweckmäßig sein, viele Sendeeinrichtungen in einem Tauchrevier vorzusehen, insbesondere wenn das Tauchrevier starke Konturen aufweist, welche nur eine bereichsweise Ausdehnung der Schallsignale der einzelnen Sendeeinrichtung zulassen. It may also be expedient to provide many transmitting devices in a diving area, in particular if the diving area has strong contours, which permit only a regional expansion of the sound signals of the individual transmitting device.

Beim erfindungsgemäßen Verfahren zur Bestimmung der Position unter Wasser wird die Position mindestens einer Tauchvorrichtung dadurch ermittelt, dass von zumindest zwei Sendeeinrichtungen Schallsignale, in welchen der Ort der jeweiligen Sendeeinrichtung und der Zeitpunkt der Schallerzeugung codiert sind, im Wasser abgestrahlt werden und diese Schallsignale von der Tauchvorrichtung empfangen werden. Der Zeitpunkt des Empfangens der Schallsignale wird erfasst und anhand der Orte der Schallerzeugung und der Laufzeit der Schallsignale und die Position der Tauchvorrichtung unter Wasser wird bestimmt. In the method according to the invention for determining the position under water, the position of at least one diving device is determined by emitting sound signals in which the location of the respective transmitting device and the time of the sound generation are coded in the water from at least two transmitting devices and transmitting these sound signals from the diving device be received. The time of receiving the sound signals is detected and determined by the locations of the sound generation and the duration of the sound signals and the position of the submerged device under water.

Der Ort und der Zeitpunkt der Schallerzeugung können als Analog- oder Digitalsignale auf das Schallsignal moduliert werden. Bei stationären Sendeeinrichtungen kann einer jeden Sendeeinrichtung ein bestimmtes Signal zugeordnet werden, wobei die einzelnen Signale der unterschiedlichen Sendeeinrichtungen sich lediglich in einem Charakteristikum, wie zum Bespiel der Frequenz oder einer bestimmten Pulsfolge unterscheiden müssen. Diese Signale werden zu vorbestimmten Zeitpunkten ausgesendet, die der Tauchvorrichtung bekannt sind. Der zeitliche Abstand der von den einzelnen Sendeeinrichtungen ausgesendeten Signale ist so vorzugsweise deutlich größer als die maximale Laufzeit der Signale von der Sendeeinrichtung zur Tauchvorrichtung. Hierdurch kann die Tauchvorrichtung einerseits eindeutig bestimmen, von welcher Sendeeinrichtung das jeweilige Signal stammt und andererseits die Laufzeit der einzelnen Signale bestimmen. Die Codierung des Zeitpunktes erfolgt somit über die Sequenz der Signale und durch Vergleichen mit den vorab gespeicherten Sendezeitpunkten. The location and timing of the sound generation can be modulated as analog or digital signals to the sound signal. In the case of stationary transmitting devices, a specific signal can be assigned to each transmitting device, with the individual signals of the different transmitting devices having to differ only in one characteristic, such as the frequency or a specific pulse sequence. These signals are sent out at predetermined times known to the diving apparatus. The time interval of the signals emitted by the individual transmitting devices is thus preferably significantly greater than the maximum transit time of the signals from the transmitting device to the diving device. As a result, on the one hand, the dipping device can unambiguously determine from which transmitting device the respective signal originated and, on the other hand, the Determine the runtime of the individual signals. The coding of the time thus takes place via the sequence of the signals and by comparing with the previously stored transmission times.

Vorzugsweise werden zumindest drei Sendeeinrichtungen verwendet, die nicht auf einer Geraden angeordnet sind. Hierdurch ist eine eindeutige Positionsbestimmung allein aufgrund der in dem Schallsignal enthaltenen Informationen mittels Triangulation möglich. Preferably, at least three transmitting devices are used, which are not arranged on a straight line. As a result, an unambiguous position determination is possible on the basis of the information contained in the sound signal by means of triangulation alone.

Die Tauchvorrichtung kann mittels eines Drucksensors den Druck messen und anhand des Druckes die Tiefe bestimmen. Die Tiefe kann zur Bestimmung der Position der Tauchvorrichtung mitberücksichtigt werden. The dipping device can measure the pressure by means of a pressure sensor and determine the depth on the basis of the pressure. The depth can be taken into account for determining the position of the dipping device.

Die Tauchvorrichtung kann auch mittels eines Inertialsensors ihre Bewegungsrichtung bestimmen und zumindest zwei aufeinanderfolgende Positionen anhand der Orte der Schallerzeugung und der Laufzeit der Schallsignale bestimmen, wobei eine Mehrdeutigkeit dieser Orte durch Vergleichen mit der Bewegungsrichtung aufgehoben wird. The dipping device can also determine its direction of movement by means of an inertial sensor and determine at least two successive positions on the basis of the locations of the sound generation and the transit time of the sound signals, an ambiguity of these locations being canceled by comparison with the direction of movement.

Die Position der Tauchvorrichtung kann mehrmals bestimmt werden und die einzelnen Positionen können gespeichert werden, so dass ein Streckenverlauf eines Tauchganges vorliegt. Dieser Streckenverlauf kann nach dem Tauchgang analysiert werden. The position of the dipping device can be determined several times and the individual positions can be stored, so that there is a route course of a dive. This route can be analyzed after the dive.

Die ermittelte Position des Tauchcomputers kann mit einer Soll-Position verglichen werden und die Abweichung von der Soll-Position kann ausgegeben werden. The determined position of the dive computer can be compared with a desired position and the deviation from the desired position can be output.

Zu den ermittelten Positionen wird auch jeweils der Zeitpunkt erfasst und zusammen mit den ermittelten Positionen abgespeichert. The time is also recorded for the determined positions and stored together with the determined positions.

Die Tauchvorrichtung kann weiterhin einen Temperatursensor zum Erfassen der Wassertemperatur aufweisen. Die Wassertemperatur wird vorzugsweise zusammen mit den ermittelten Positionen der Tauchvorrichtung abgespeichert. The dipping device may further comprise a temperature sensor for detecting the water temperature. The water temperature is preferably stored together with the determined positions of the diving device.

Mit der oben erläuterten Vorrichtung und mit dem oben erläuterten Verfahren ist es somit möglich, die Position der Tauchvorrichtung im dreidimensionalen Raum zu bestimmen. Hierdurch ist es auch möglich, einen Taucher unter Wasser entlang einer vorbestimmten Route zu navigieren. Die Route kann durch 3-D-Koordinaten festgelegt sein. With the device explained above and with the method explained above, it is thus possible to determine the position of the dipping device in three-dimensional space. This also makes it possible to navigate a diver underwater along a predetermined route. The route can be defined by 3-D coordinates.

Die Erfindung wird nachfolgend beispielhaft anhand der Zeichnungen erläutert. Die Zeichnungen zeigen in: The invention will be explained below by way of example with reference to the drawings. The drawings show in:

1 schematisch eine Tauchvorrichtung zur Bestimmung der Position unter Wasser zusammen mit einer Sendeeinrichtung in einem Log-Schaltbild, 1 1 schematically shows a diving device for determining the position under water together with a transmitting device in a log diagram,

2 schematisch die Funktionsweise des erfindungsgemäßen Systems mit einer Tauchvorrichtung und zwei Sendeeinrichtungen, und 2 schematically the operation of the system according to the invention with a diving device and two transmitting devices, and

3 die grafische Analyse eines Tauchvorganges in einer perspektivischen, dreidimensionalen Darstellung. 3 the graphical analysis of a dipping process in a perspective, three-dimensional representation.

Eine erfindungsgemäße Tauchvorrichtung 1 zur Bestimmung der Position unter Wasser weist einen Mikrokontroller 2, eine mit dem Mikrokontroller 2 verbundene Speichereinrichtung 3 und eine Anzeigeeinrichtung 4 auf. A diving device according to the invention 1 to determine the position underwater has a microcontroller 2 , one with the microcontroller 2 connected storage device 3 and a display device 4 on.

Die Tauchvorrichtung ist mit einem Drucksensor 5 und einen Temperatursensor 6 versehen, welche mit einem ersten Sensorkontroller 7 verbunden sind. An den ersten Sensorkontroller 7 ist auch eine Uhr 8 angeschlossen. Der erste Sensorkontroller 7 kann am Drucksensor 5 und am Temperatursensor 6 entsprechende Sensorsignale abgreifen und sie in einen entsprechenden digitalen Druckwert- bzw. Temperaturwert wandeln. Zudem kann der erste Sensorkontroller 7 die einzelnen Druckwerte und Temperaturwerte mit einem Zeitstempel versehen. The dipping device is equipped with a pressure sensor 5 and a temperature sensor 6 provided with a first sensor controller 7 are connected. To the first sensor controller 7 is also a clock 8th connected. The first sensor controller 7 can at the pressure sensor 5 and at the temperature sensor 6 pick up corresponding sensor signals and convert them into a corresponding digital pressure value or temperature value. In addition, the first sensor controller 7 the individual pressure values and temperature values are provided with a time stamp.

Weiterhin weist die Tauchvorrichtung 1 ein Hydrophon 9 auf, mit welchem Schallsignale empfangen und in elektrische Signale gewandelt werden. Das Hydrophon ist an einen zweiten Sensorkontroller 10 angeschlossen, der die vom Hydrophon erzeugten elektrischen Signale erfassen kann. Der zweite Sensorkontroller 10 ist zum Extrahieren einer Zeit- und Ortsinformation aus dem empfangenen Schallsignal ausgebildet. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel erzeugt eine Sendeeinrichtung 12, welche unten näher erläutert wird, ein Schallsignal, auf welchem ein digitales Signal moduliert ist, wobei das digitale Signal die Orts- und Zeitinformation enthält. Dieses digitale Signal wird vom zweiten Sensorkontroller 10 extrahiert und die entsprechende Orts- und Zeitinformation wird bereitgestellt. Der zweite Sensorkontroller 10 ist auch mit der Uhr 8 verbunden und kann die empfangene Orts- und Zeitinformation mit einem Zeitstempel versehen, der den Zeitpunkt angibt, wann das entsprechende Schallsignal mittels des Hydrophons 9 empfangen worden ist. Furthermore, the diving device 1 a hydrophone 9 on, with which sound signals are received and converted into electrical signals. The hydrophone is connected to a second sensor controller 10 connected, which can detect the electrical signals generated by the hydrophone. The second sensor controller 10 is formed for extracting time and location information from the received sound signal. In the present embodiment, a transmitting device generates 12 , which will be explained in more detail below, a sound signal on which a digital signal is modulated, the digital signal containing the location and time information. This digital signal is from the second sensor controller 10 extracted and the appropriate location and time information is provided. The second sensor controller 10 is also with the clock 8th and can provide the received location and time information with a time stamp indicating the time when the corresponding sound signal by means of the hydrophone 9 has been received.

Der erste Sensorkontroller 7 und der zweite Sensorkontroller 10 sind jeweils mit dem Mikrokontroller 2 verbunden. Der Mikrokontroller 2 weist eine Verbindung zu einer externen Schnittstelle 13 auf, an welche ein Computer angeschlossen werden kann. Die Tauchvorrichtung 1 ist in einem wasserdichten Gehäuse 14 angeordnet. Die Sensoren 5, 6 und 9 erstrecken sich jeweils durch eine Öffnung des Gehäuses 14, wobei sie gegenüber der jeweiligen Öffnung wasserdicht abgedichtet sind. The first sensor controller 7 and the second sensor controller 10 are each with the microcontroller 2 connected. The microcontroller 2 has a connection to an external interface 13 to which a computer can be connected. The diving device 1 is in a waterproof case 14 arranged. The sensors 5 . 6 and 9 each extend through an opening of the housing 14 , wherein they are waterproof sealed against the respective opening.

Die Tauchvorrichtung weist einen Inertialsensor 11 auf, mit welchem die Bewegungsrichtung der Tauchvorrichtung 1 detektiert werden kann. Der Inertialsensor 11 ist mit dem Mikrokontroller 2 verbunden. The dipping device has an inertial sensor 11 on, with which the direction of movement of the diving device 1 can be detected. The inertial sensor 11 is with the microcontroller 2 connected.

Die Sendeeinrichtung 11 weist einen GPS-Empfänger 15 auf, der mit einer Antenne 16 zum Empfangen von Satellitensignale verbunden ist. Die Sendeeinrichtung 11 weist eine Uhr 17 auf. Der GPS-Empfänger 15 und die Uhr 17 sind jeweils an eine Sendeschaltung 18 angeschlossen, welche ein Sendesignal erzeugt, das mittels einer Hydroschallquelle 19 ausgegeben werden kann. Die Sendeschaltung 18 ist derart ausgebildet, dass sie auf das Sendesignal sowohl die Uhrzeit der Signalerzeugung als auch den mit dem GPS-Empfänger 15 festgestellten Ort moduliert. Das ausgesendete Schallsignal enthält somit die Orts- und Zeitinformation, wann und wo dieses Signal erzeugt worden ist. Die Uhr 8 der Tauchvorrichtung 1 und die Uhr 17 der Sendeeinrichtung 11 sind miteinander synchronisiert. Diese Uhren 8, 17 sind vorzugsweise Funkuhren, so dass sie mit einer zentralen Funkuhr regelmäßig synchronisiert werden. Es ist jedoch auch grundsätzlich möglich, die Tauchvorrichtung 1 mit einer Hydroschallquelle und die Sendeeinrichtung 11 mit einem Hydrophon auszubilden, so dass die Tauchvorrichtung 1 und die Sendeeinrichtung 11 bidirektional Schallsignale austauschen können, um die jeweiligen Uhren 8, 17 miteinander zu synchronisieren. The transmitting device 11 has a GPS receiver 15 on that with an antenna 16 connected to receive satellite signals. The transmitting device 11 has a clock 17 on. The GPS receiver 15 and the clock 17 are each to a transmission circuit 18 connected, which generates a transmission signal by means of a hydro sound source 19 can be issued. The transmission circuit 18 is designed to respond to the transmission signal both the time of signal generation and the GPS receiver 15 modulated place. The emitted sound signal thus contains the location and time information when and where this signal has been generated. The clock 8th the diving device 1 and the clock 17 the transmitting device 11 are synchronized with each other. These watches 8th . 17 are preferably radio clocks, so that they are regularly synchronized with a central radio clock. However, it is also possible in principle, the diving device 1 with a hydro sound source and the transmitting device 11 form with a hydrophone, so that the diving device 1 and the transmitting device 11 bidirectionally can exchange sound signals to the respective clocks 8th . 17 to synchronize with each other.

Nachfolgend wird die Funktionsweise der erfindungsgemäßen Tauchvorrichtung 1 zum Bestimmen der Position unter Wasser anhand der schematischen Zeichnung in 2 erläutert. Hierbei wird ein System mit zwei Sendeeinrichtungen 12/1 und 12/2 verwendet. Die Sendeeinrichtungen 12/1 und 12/2 empfangen mit ihren jeweiligen GPS-Empfängern 16 Satellitensignale von GPS-Satelliten 20. Anhand dieser Satellitensignale bestimmen die GPS-Empfänger 16 jeweils den Ort der jeweiligen Sendeeinrichtung 12/1 und 12/2. The operation of the dipping device according to the invention will be described below 1 for determining the position under water with reference to the schematic drawing in FIG 2 explained. This is a system with two transmitting devices 1.12 and 2.12 used. The transmitting devices 1.12 and 2.12 received with their respective GPS receivers 16 Satellite signals from GPS satellites 20 , Based on these satellite signals determine the GPS receiver 16 in each case the location of the respective transmitting device 1.12 and 2.12 ,

Die beiden Sendeeinrichtungen 12/1 und 12/2 senden jeweils ein Schallsignal aus, in dem der Ort der jeweiligen Sendeeinrichtung 12/1 und 12/2 und der Zeitpunkt der Schallerzeugung codiert sind. Hierdurch enthält ein jedes dieser Schallsignale die Information über den Ort und den Zeitpunkt seiner Erzeugung. Mit den jeweiligen Hydroschallquellen 19 werden die Schallsignale in das Wasser abgestrahlt. The two transmitting devices 1.12 and 2.12 in each case emit a sound signal in which the location of the respective transmitting device 1.12 and 2.12 and the time of sound generation are coded. As a result, each of these sound signals contains the information about the location and the time of its generation. With the respective hydro-sound sources 19 The sound signals are radiated into the water.

Die beiden Sendeeinrichtungen 12/1 und 12/2 sind jeweils in Bojen angeordnet, welche frei auf einer Wasseroberfläche schwimmen. Die Sendeeinrichtungen 12/1 und 12/2 sind vorzugsweise mit einem Abstand von zumindest einigen Metern, vorzugsweise einigen zehn Metern, voneinander angeordnet. The two transmitting devices 1.12 and 2.12 are each arranged in buoys, which float freely on a water surface. The transmitting devices 1.12 and 2.12 are preferably arranged at a distance of at least a few meters, preferably a few tens of meters, from each other.

Die Tauchvorrichtung 1 empfängt mittels des Hydrophons 9 die Schallsignale der beiden Sendeeinrichtungen 12/1 und 12/2. Die Schallsignale werden vom zweiten Sensorkontroller 10 decodiert und mit dem Zeitstempel versehen, der den Zeitpunkt angibt, wann das jeweilige Schallsignal von der Tauchvorrichtung 1 empfangen worden ist. Diese Informationen werden vom zweiten Sensorkontroller 10 an den Mikrokontroller 2 weitergeleitet. Der Mikrokontroller bestimmt aus dem Absendezeitpunkt des Schallsignals und dem Empfangszeitpunkt des Schallsignals die Laufzeit des Schallsignals. Anhand der Schallgeschwindigkeit im Wasser wird die Laufzeit in eine Entfernung umgerechnet. Dies ist die Entfernung d1 bzw. d2 von dem im Schallsignal codierten Ort. Somit sind in der Tauchvorrichtung 1 die Entfernungen d1 und d2 zu den jeweiligen Sendeeinrichtungen 12/1 und 12/2 bekannt. The diving device 1 receives by means of the hydrophone 9 the sound signals of the two transmitting devices 1.12 and 2.12 , The sound signals are from the second sensor controller 10 decoded and provided with the time stamp, which indicates the time when the respective sound signal from the diving device 1 has been received. This information is provided by the second sensor controller 10 to the microcontroller 2 forwarded. The microcontroller determines from the sending time of the sound signal and the reception time of the sound signal, the duration of the sound signal. Based on the speed of sound in the water, the running time is converted into a distance. This is the distance d1 or d2 from the location encoded in the sound signal. Thus, in the diving device 1 the distances d1 and d2 to the respective transmitting devices 1.12 and 2.12 known.

Wie man in 2 erkennen kann, liegen alle Punkte mit der Entfernung d1 bzw. der Entfernung d2 auf einer Kugel um die jeweilige Sendeeinrichtung 12/1 und 12/2. Die beiden Kugeln schneiden sich in einem Kreis 21. Somit muss der Ort der Tauchvorrichtung 1 auf diesem Kreis 20 liegen. How to get in 2 can recognize, are all points with the distance d1 and the distance d2 on a sphere around the respective transmitting device 1.12 and 2.12 , The two balls intersect in a circle 21 , Thus, the location of the diving device needs 1 on this circle 20 lie.

Mit dem Drucksensor 5 wird der Wasserdruck gemessen. Aus dem Wasserdruck berechnet der Mikrokontroller 2 die Tiefe der Tauchvorrichtung 1 bezüglich der Wasseroberfläche. Diese Tiefe definiert ein bestimmtes Niveau bzw. bestimmte Ebene 22, die sich in zwei Punkten mit dem Kreis 20 schneidet. Da sich die Tauchvorrichtung 1 in dieser Ebene 22 befinden muss, ist die Position der Tauchvorrichtung auf einem dieser beiden Schnittpunkte festgelegt. Diese beiden Schnittpunkte sind spiegelsymmetrisch zu einer vertikalen Symmetrieebene angeordnet, welche durch die beiden Sendeeinrichtungen 12 verläuft. With the pressure sensor 5 the water pressure is measured. The microcontroller calculates from the water pressure 2 the depth of the diving device 1 concerning the water surface. This depth defines a certain level or level 22 that are in two points with the circle 20 cuts. As the diving device 1 in this level 22 must be located, the position of the diving device is set to one of these two points of intersection. These two points of intersection are arranged mirror-symmetrically to a vertical plane of symmetry, which passes through the two transmitting devices 12 runs.

Wird die Tauchvorrichtung 1 bezüglich dieser Symmetrieebene ein Stück auf die Symmetrieebene zu bzw. ein Stück von der Symmetrieebene weg bewegt, dann kann dies mit dem Inertialsensor 11 detektiert werden. Der Inertialsensor 11 gibt die Bewegungsrichtung an den Mikrokontroller 2 weiter. Der Mikrokontroller 2 bestimmt die Bewegungskomponente senkrecht zur Symmetrieebene. Will the diving device 1 with respect to this plane of symmetry moves a piece to the plane of symmetry or a piece away from the plane of symmetry, then this can be done with the inertial sensor 11 be detected. The inertial sensor 11 gives the direction of movement to the microcontroller 2 further. The microcontroller 2 determines the component of motion perpendicular to the plane of symmetry.

Vor und nach dieser Bewegung werden zumindest zwei Positionen der Tauchvorrichtung 1 mit Hilfe der Schallsignale und des Drucksensors bestimmt. Diese Positionen sind noch zweideutig, da sie auf beiden Seiten der Symmetrieebene angeordnet sein können. Es werden auch die Zeitpunkte dieser beiden Positionen festgestellt, so dass die Bewegungsrichtung der Tauchvorrichtung 1 anhand dieser beiden Positionen ermittelt wird. Die Bewegungskomponente senkrecht zur Symmetrieebene ist bei den vorliegenden zwei Möglichkeiten auf beiden Seiten von der Symmetrieebene jeweils entgegengesetzt gerichtet. Diese Bewegungsrichtungen werden mit der mit dem Inertialsensor 11 erfassten Bewegungsrichtung verglichen, wobei die Positionen auf der Seite der Symmetrieebene als korrekt bewertet werden, die die gleiche Bewegungsrichtung wie der Inertialsensor 11 ergeben haben. Hierdurch kann die Position der Tauchvorrichtung 1 eindeutig bestimmt werden. Diese Position wird dann durch drei Koordinaten (x, y, z) bezüglich der beiden Sendeeinrichtungen 12 oder bezüglich eines durch das GPS-Satellitensystem vorgegebenen Koordinatensystems bestimmt. Die Koordinaten und der entsprechende Zeitstempel der jeweiligen Position der Tauchvorrichtung 1 werden in der Speichereinrichtung 3 in einem vorbestimmten Log-Datensatz 23 abgespeichert. Der Ort der Tauchvorrichtung kann an der Anzeigevorrichtung 4 angezeigt werden. Before and after this movement, at least two positions of the diving device 1 determined with the help of the sound signals and the pressure sensor. These positions are still ambiguous, as they may be located on either side of the plane of symmetry. It also determines the times of these two positions, so that the direction of movement of the diving device 1 based of these two positions is determined. The component of motion perpendicular to the plane of symmetry is in each case directed in opposite directions from the plane of symmetry on both sides in the present two possibilities. These directions of movement are with those with the inertial sensor 11 detected movement direction, wherein the positions are evaluated on the side of the plane of symmetry as correct, the same direction of movement as the inertial sensor 11 have resulted. This allows the position of the diving device 1 be clearly determined. This position is then determined by three coordinates (x, y, z) with respect to the two transmitting devices 12 or with respect to a coordinate system predetermined by the GPS satellite system. The coordinates and the corresponding time stamp of the respective position of the diving device 1 be in the storage device 3 in a predetermined log record 23 stored. The location of the dipping device may be on the display device 4 are displayed.

Vorzugsweise wird jedoch der Ort der aktuellen Position der Tauchvorrichtung mit einer vorgegebenen Tauchroute 25 verglichen, welche in einem Routen-Datensatz 24 in der Speichereinrichtung 3 gespeichert ist. Bei diesem Vergleich wird der minimale Abstand der aktuellen Position der Tauchvorrichtung 1 zu der im Routen-Datensatz 24 abgespeicherten Route 25 bestimmt. Vorzugsweise wird auch die Richtung ermittelt, in welche die Tauchvorrichtung 1 bewegt werden muss, um auf kürzestem Weg in die Nähe der Route 25 zu kommen. Als „Nähe der Route“ wird ein vorbestimmter Toleranzabstand von zum Beispiel 0,5 bis 2 m von der Route verstanden. Dieser Toleranzabstand ist vorzugsweise einstellbar. Befindet sich die Tauchvorrichtung 1 innerhalb dieses Toleranzabstandes von der Route 25, dann wird an der Anzeigeeinrichtung 4 die Richtung parallel zur Route 25 angezeigt, so dass ein Taucher, der mit der Tauchvorrichtung 1 taucht, sich entlang der vorgegebenen Route 25 bewegt, wenn er der angezeigten Richtung folgt. Hierdurch kann ein Taucher entlang einer dreidimensionalen Route 25 unter Wasser geführt bzw. navigiert werden. Preferably, however, the location of the current position of the diving device with a predetermined diving route 25 compared, which in a route record 24 in the storage device 3 is stored. In this comparison, the minimum distance of the current position of the diving device 1 to the in the route record 24 saved route 25 certainly. Preferably, the direction is determined in which the diving device 1 must be moved to the shortest route near the route 25 get. By "proximity of the route" is meant a predetermined tolerance distance of, for example, 0.5 to 2 m from the route. This tolerance distance is preferably adjustable. Is the diving device located 1 within this tolerance distance from the route 25 , then on the display device 4 the direction parallel to the route 25 displayed so that a diver with the dipping device 1 dives along the given route 25 moves as it follows the indicated direction. This allows a diver along a three-dimensional route 25 under water or navigated.

Nach Abschluss des Tauchvorganges können die im Log-Datensatz 23 gespeicherten Positionsinformationen ausgelesen und an einem Computer eine tatsächliche Route 26 dargestellt werden. Hierbei kann die tatsächliche Tauchroute 26 mit der vorgegebenen Tauchroute 25 verglichen werden (3). After completing the dive, you can log in the record 23 stored position information read and on a computer an actual route 26 being represented. This may be the actual diving route 26 with the given diving route 25 compared ( 3 ).

In einem Tauchrevier, in welchem es noch keine vorgegebenen Routen gibt, kann durch einmaliges Abtauchen und Auslesen der Positionsinformationen aus dem Log-Datensatz 23 eine entsprechende Tauchroute erzeugt werden, welche dann für spätere Tauchvorgänge als Routenempfehlung in einem Routen-Datensatz abgespeichert wird. In a diving area, in which there are no given routes, can by single descent and read out the position information from the log record 23 a corresponding dip route are generated, which is then stored for later dive operations as a recommended route in a route record.

Bei dem oben erläuterten Ausführungsbeispiel werden zwei Sendeeinrichtungen 12/1 und 12/2 verwendet, welche in frei schwimmenden Bojen angeordnet sind. Im Rahmen der Erfindung können auch drei Sendeeinrichtungen verwendet werden. Hierbei ist es insbesondere vorteilhaft, wenn zumindest eine der Sendeeinrichtungen stationär angeordnet ist und sich vorzugsweise unter Wasser befindet, so dass sichergestellt ist, dass die drei Sendeeinrichtungen nicht auf einer Geraden angeordnet sind. Wenn die drei Sendeeinrichtungen nicht auf einer Geraden angeordnet sind, dann kann alleine aus den Schallsignalen die dreidimensionale Position der Tauchvorrichtung 1 eindeutig bestimmt werden. In the embodiment explained above, two transmitting devices 1.12 and 2.12 used, which are arranged in free-floating buoys. In the context of the invention, three transmitting devices can also be used. It is particularly advantageous if at least one of the transmitting devices is arranged stationary and is preferably under water, so that it is ensured that the three transmitting devices are not arranged on a straight line. If the three transmitting devices are not arranged on a straight line, then the three-dimensional position of the diving device can be determined solely from the sound signals 1 be clearly determined.

Das Anordnen einer der Sendeeinrichtungen unter Wasser bewirkt den Vorteil, dass anhand der Schallsignale eine sehr präzise Höheninformation der Tauchvorrichtung 1 bestimmt werden kann. The arrangement of one of the transmitting devices under water has the advantage that on the basis of the sound signals a very precise height information of the diving device 1 can be determined.

Beim obigen Ausführungsbeispiel sind die Sendeeinrichtungen jeweils mit einem GPS-Empfänger versehen. Im Rahmen der Erfindung können auch andere Einrichtungen vorgesehen werden, die den Ort der Sendeeinrichtung vorgeben bzw. bereitstellen können. Solche Einrichtungen können Telekommunikationsempfangsgeräte sein, welche aus Telekommunikationssignalen den jeweiligen Ort bestimmen können. Eine solche Ortsvorgabeeinrichtung kann jedoch auch lediglich eine Speichereinrichtung sein, in dem der Ort der Sendeeinrichtung (z.B. in Form von Koordinaten) abgespeichert ist. Dies ist insbesondere bei stationären Sendeeinrichtungen sinnvoll, die ihren Ort nicht verändern. In the above embodiment, the transmitting devices are each provided with a GPS receiver. In the context of the invention, other devices can be provided which can specify or provide the location of the transmitting device. Such devices may be telecommunications receiving devices, which can determine the respective location from telecommunications signals. However, such a location presetting device can also be merely a memory device in which the location of the transmitting device (for example in the form of coordinates) is stored. This is particularly useful for stationary transmitting devices that do not change their location.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

1 1: Tauchvorrichtung dipper
2 2: Mikrokontroller microcontroller
3 3: Speichereinrichtung memory device
4 4: Anzeigeeinrichtung display
5 5: Drucksensor pressure sensor
6 6: Temperatursensor temperature sensor
7 7: erster Sensorkontroller first sensor controller
8 8th: Uhr Clock
9 9: Hydrophon hydrophone
10 10: zweiter Sensorkontroller second sensor controller
11 11: Inertialsensor inertial sensor
12 12: Sendeeinrichtung transmitting device
13 13: Schnittstelle interface
14 14: Gehäuse casing
15 15: GPS-Empfänger GPS receiver
16 16: Antenne antenna
17 17: Uhr Clock
18 18: Sendeschaltung transmission circuit
19 19: Hydroschallquelle Hydro sound source
20 20: GPS-Satellit GPS satellite
21 21: Kreis circle
22 22: Ebene level
23 23: Log-Datensatz Log record
24 24: Routen-Datensatz Routes record
25 25: vorgegebene Route predetermined route
26 26: tatsächliche Route actual route

Claims

Dipping device for determining the position under water comprising a hydrophone for receiving sound signals in which the location and time of sound generation is coded, decoding means for decoding the location and timing of the sound generation from the sound signals, a clock for detecting the timings of the reception of the sound signals, and a position evaluation device for determining the position based on the locations of the sound generation and the duration of the sound signals.

Dipping device according to claim 1, characterized in that the position evaluation device is designed for determining the position of the diving device on the basis of at least two and preferably at least three locations of the sound generation and the corresponding transit times.

Dipping device according to claim 1 or 2, characterized in that the diving device comprises a pressure sensor and the position evaluating device is designed for determining the height of the measured pressure, wherein in determining the position of the diving device, this height is taken into account.

Dipping device according to one of claims 1 to 3, characterized in that an inertial sensor for determining the direction of movement of the diving device is provided to exclude ambiguities in the determination of the position based on the direction of movement.

Diving apparatus according to one of the preceding claims, wherein the apparatus has a display device to display the position of the dipping device.

Dipping device according to one of the preceding claims, wherein the position determined by the diving device is compared with a desired position and a deviation from the desired position is determined.

Transmitting device with a location setting device for providing the location of the transmitting device, a clock and a sound source for outputting a sound signal in which the location of the transmitting device and the time of sound generation is encoded.

Transmission device according to claim 7, characterized in that the transmitting device is part of a floating body, such as a buoy or a ship.

A transmission device according to claim 7 or 8, characterized in that the location setting device is a satellite positioning system or a radio positioning system.

System for determining the position under water characterized by at least two transmitting devices according to one of claims 7 to 9 and a diving device according to one of claims 1 to 6.

Method for determining the position under water, wherein the position of at least one diving device is determined by the fact that emitted by at least two transmitting devices sound signals in which the location of the respective transmitting device and the time of sound generation are coded in the water and these sound signals from the diving device are received, wherein the time of receiving the sound signals is detected, and based on the locations of the sound generation and the duration of the sound signals, the position of the dipping device is determined.

A method according to claim 11, characterized in that at least three transmitting devices are used, which are not arranged on a straight line.

A method according to claim 11 or 12, characterized in that the dipping device measures the pressure by means of a pressure sensor and the depth determined by the pressure, wherein the depth in the determination of the position of the dipping device is taken into account.

Method according to one of claims 11 to 13, characterized in that the dipping device determines its direction of movement by means of an inertial sensor and determines at least two successive positions on the basis of the locations of sound generation and the duration of the sound signals, an ambiguity of these locations is canceled by comparison with the direction of movement ,

Method according to one of claims 11 to 14, wherein the position of the dipping device is determined in several times and the individual positions are stored, so that there is a route course of a dive.

Method according to one of claims 11 to 15, wherein the determined position is compared with a desired position and the deviation is output from the desired position.