JP4485895B2 - A device for measuring the position of a device in water, including an acoustic array with a sound velocity meter - Google Patents

A device for measuring the position of a device in water, including an acoustic array with a sound velocity meter Download PDF

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Description

本発明は、標的を水中標的位置に配備する装置に関し、装置には、音線を送信するビーコン、および水中標的位置に対して装置の配置を制御する複数のスラスタを設ける。   The present invention relates to an apparatus for deploying a target at an underwater target position, and the apparatus is provided with a beacon for transmitting sound rays and a plurality of thrusters for controlling the arrangement of the apparatus with respect to the underwater target position.

このような装置は国際特許第99/61307号から知られる。   Such a device is known from WO 99/61307.

先行技術の装置が、例えば最大3,000メートル以上の深い海底で最大1000トン以上の負荷を配備および/または回収するのに使用されている。配備中に、装置は海面に浮かぶ船上の制御機器によって制御される。制御機器は、装置の正確な位置を可能な限り正確に知る必要がある。そのため、装置の板上にあるビーコンが、海水を通して船に音線を送信する。適切な音波受信器がこの音線を受信し、これを、船に対する装置の位置の計算に使用する電気信号に変換する。   Prior art devices have been used to deploy and / or recover loads of up to 1000 tons, for example on deep seabeds up to 3,000 meters or more. During deployment, the device is controlled by onboard control equipment floating on the sea surface. The control equipment needs to know the exact position of the device as accurately as possible. Therefore, a beacon on the board of the device transmits sound rays to the ship through seawater. A suitable sonic receiver receives this ray and converts it into an electrical signal that is used to calculate the position of the device relative to the ship.

しかし、海水中で装置の深度が増加するにつれ、海水中での音波の屈曲により、位置測定の正確度が低下することが分かっている。   However, it has been found that as the depth of the device increases in seawater, the accuracy of position measurement decreases due to the bending of sound waves in seawater.

したがって、本発明の目的は、海水中または他の流体中で使用中に、このような装置の位置測定の正確度をさらに向上させることである。さらに、このような位置測定がオンライン(実時間)で必要である。   Accordingly, it is an object of the present invention to further improve the position measurement accuracy of such devices during use in seawater or other fluids. Furthermore, such position measurement is required online (real time).

この目的を達成するため、冒頭で規定したような装置は、前記装置を取り巻く流体中の音速を測定する音速メータを設けることを特徴とする。したがって、流体中の特定位置にある音の速度を連続的に測定し、音速プロファイル、つまり流体の深さの関数として音速に関するデータの更新に使用することができる。これらのデータから、音線の局所的屈曲をオンライン(実時間)で判断することができる。これまで、このようなオンラインでの判断は不可能であった。これによって、位置測定を実時間で補正することができる。   In order to achieve this object, the device as defined at the beginning is characterized by a sonic meter for measuring the sonic velocity in the fluid surrounding the device. Thus, the speed of sound at a specific location in the fluid can be continuously measured and used to update the sound speed profile, i.e., data relating to sound speed as a function of fluid depth. From these data, the local bending of the sound ray can be determined online (in real time). Until now, such online decisions have not been possible. Thereby, the position measurement can be corrected in real time.

好ましい実施形態では、スラスタが、トルク制御機能を提供するよう配置された第1組のスラスタ、および少なくとも翻訳機能を提供するよう配置された第2組のスラスタを備え、第2組のスラスタの各スラスタに回転式アクチュエータを設ける。   In a preferred embodiment, the thruster comprises a first set of thrusters arranged to provide a torque control function and a second set of thrusters arranged to provide at least a translation function, each of the second set of thrusters A rotary actuator is provided on the thruster.

これは非常に有利な実施形態である。配備中に負荷に取り付ける装置の望ましくない回転を防止し、したがって国際特許第99/61307号で既に説明されているように、負荷を担持する巻き上げワイヤの捻れおよび旋回に関する全ての問題を回避するため、スラスタが2個しか必要でない。さらに、所望の水平座標まで負荷を取り付けた状態の装置の配置を制御するため、回転式スラスタが2個しか必要でない。したがって、装置を伴う負荷を下降させる前に、装置は、負荷を所望の水平座標まで移動させることができ、その座標に到達したら、スラスタが負荷を所望の座標に維持し、負荷の望ましくない回転を防止する一方、巻き上げ線が負荷を海底の所望の位置へと下降させることができる。海底の所望の標的位置に到達した場合のみ、トルク制御専用のスラスタによって、負荷にとって可能な所望の方位への回転を実行する必要がある。   This is a very advantageous embodiment. To prevent undesired rotation of the device attached to the load during deployment and thus avoid all problems associated with twisting and swiveling of the winding wire carrying the load, as already described in WO 99/61307 Only two thrusters are required. Furthermore, only two rotary thrusters are required to control the placement of the device with the load attached to the desired horizontal coordinate. Thus, before lowering the load with the device, the device can move the load to the desired horizontal coordinate, and once that coordinate is reached, the thruster maintains the load at the desired coordinate and undesired rotation of the load. Whilst the winding line can lower the load to a desired position on the seabed. Only when the desired target position on the seabed is reached, it is necessary to perform rotation in the desired orientation possible for the load by means of a thruster dedicated to torque control.

負荷を所望の位置へと配備する水中装置上の回転式スラスタが、米国特許第5,898,746号から知られることが認識される。   It will be appreciated that a rotary thruster on an underwater device that deploys a load to a desired location is known from US Pat. No. 5,898,746.

装置には、装置に取り付けた負荷の重量を測定するロード・セルを設けることが好ましい。負荷を海底に置くと、この重量が突然減少する。したがって、負荷の重量が突然に減少したことを示す信号を使用して、いつ装置を負荷から取り外してよいか判断することができる。   The device is preferably provided with a load cell that measures the weight of the load attached to the device. This weight suddenly decreases when the load is placed on the seabed. Thus, a signal indicating that the weight of the load has suddenly decreased can be used to determine when the device can be removed from the load.

本発明は、物体を水中の標的位置に配備する装置を駆動するよう配置された処理構成にも関し、装置には、音線を送信するビーコン、水中の標的位置に対する装置の位置を制御する複数のスラスタ、および装置を取り巻く流体中の音速を測定する音速メータを備え、処理構成には音線を受信する音響受信器を備え、処理構成は、装置の位置を判断するための計算に、音線から取得したデータを使用するよう構成され、処理構成は、音速メータからの音速メータ・データをオンラインで受信して流体中の音速プロファイルを判断して、装置によって流体を通して送信される音線の屈曲を音速プロファイルから計算し、装置の位置を実時間で判断する計算にこれを使用することを特徴とする。   The present invention also relates to a processing arrangement arranged to drive an apparatus for deploying an object at a target position in water, the apparatus comprising a beacon for transmitting sound rays, a plurality of devices for controlling the position of the apparatus relative to the target position in water. And a sound speed meter that measures the speed of sound in the fluid surrounding the device, the processing configuration includes an acoustic receiver that receives the sound rays, and the processing configuration is used to calculate the position of the device. The processing arrangement is configured to use data obtained from the line, and the processing arrangement receives sound speed meter data from the sound speed meter online to determine a sound speed profile in the fluid and determines the sound ray transmitted through the fluid by the device. It is characterized in that the bending is calculated from the sound velocity profile and used for the calculation for determining the position of the device in real time.

このような処理構成は、水中非常に深くとも非常に高い正確度で、所望の方向で所望の位置へ前記装置を駆動する制御することができる。負荷を伴う装置を下降させる間、処理構成は音速データを絶えず受信し、水面から装置の深度までの音速データを備える音速プロファイルを判断する。処理構成はこれらのデータを使用して、水中の深度の関数として音波の屈曲を判断し、装置の位置計算を補正する。   Such a processing arrangement can be controlled to drive the apparatus to a desired position in a desired direction with very high accuracy even at very deep depths in water. While lowering the device with load, the processing arrangement continuously receives sound speed data and determines a sound speed profile comprising sound speed data from the surface of the water to the depth of the device. The processing arrangement uses these data to determine the bending of the sound wave as a function of depth in the water and to correct the position calculation of the device.

このような処理構成は、水面に浮かぶ船舶上にあってもよい。しかし、音速プロファイルを判断し、音線の屈曲を計算する機能の部分は、装置自体上でも他の位置に配置された1つまたは複数のプロセッサによって実行することができる。   Such a processing configuration may be on a ship floating on the water surface. However, the part of the function of determining the sound velocity profile and calculating the ray curvature can be performed by one or more processors located elsewhere on the device itself.

さらなる音速メータを水面のすぐ下に設けて、水面層における音の屈曲に関する実際のデータを提供し、さらに装置の位置計算を補正することが好ましい。   An additional sonic meter is preferably provided just below the surface of the water to provide actual data regarding the bending of the sound in the water surface layer and further correct the position calculation of the device.

装置から電送された音線の受信は、船体に取り付けた音響アレイによって実行することが好ましい。   The reception of sound rays transmitted from the device is preferably performed by an acoustic array attached to the hull.

非常に好ましい実施形態では、船舶、音線および装置には全て、個々の上下浮動、横揺れおよび縦揺れを測定する別個のジャイロコンパスを設ける。これらのジャイロコンパスからの出力データを使用して、装置の位置測定の正確度をさらに向上させる。   In a highly preferred embodiment, all ships, sound rays and devices are provided with separate gyrocompasses that measure individual up and down, roll and roll. The output data from these gyrocompasses is used to further improve the accuracy of the device position measurement.

本発明は、このような船舶および装置をともに備えるシステムにも関する。   The present invention also relates to a system comprising both such a vessel and apparatus.

本発明は、音速メータを備えた音響アレイを含み、水中に配備されるようになった装置であって、該音響アレイは水中の装置からの音響信号を受け取り且つ音響アレイの出力データを処理構成に送るように配置されていて、該処理構成は、実時間で、当該出力データに基づき該音響アレイに対する前記水中の装置の位置を計算するようになっており、前記音速メータは水の上に浮いている船の直下における流体層内の音の速度を測定し且つ音速メータの出力データを前記処理構成に送るように配置されていて、該処理構成は、当該音速メータの出力データに基づき、実時間で、前記水中の装置の位置の計算を補正するようになっていることを特徴とする。   The present invention includes an acoustic array with a sound speed meter, and is configured to be deployed in water, the acoustic array receiving acoustic signals from the underwater device and processing output data of the acoustic array The processing arrangement is adapted to calculate the position of the device in the water relative to the acoustic array based on the output data in real time, and the sound speed meter is placed on the water. It is arranged to measure the speed of sound in the fluid layer directly below the floating ship and send the output data of the sonic meter to the processing arrangement, the processing arrangement based on the output data of the sonic meter, The calculation of the position of the device in water is corrected in real time.

この装置は、処理構成によってロードされた後、適切なコンピュータ・プログラムによって完全に制御することができる。したがって、本発明は、処理構成によってロードされた後、前記構成で実行する能力を提供するデータおよび命令を備えるコンピュータ・プログラム製品にも関する。   The device can be fully controlled by a suitable computer program after being loaded by the processing configuration. Thus, the present invention also relates to a computer program product comprising data and instructions that provide the ability to execute in the configuration after being loaded by the processing configuration.

このようなコンピュータ・プログラム製品を設けたデータ・キャリアにも関する。   It also relates to a data carrier provided with such a computer program product.

以下で、図面を参照しながら本発明について詳細に説明する。図面は、本発明を例示するだけであって、その範囲を制限するものではなく、その範囲は添付の請求の範囲によってのみ規定される。   Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the drawings. The drawings merely illustrate the invention and do not limit the scope thereof, which is defined only by the appended claims.

(好ましい実施形態の説明)
図1を参照すると、レイアウトは、ライザ2の起点である旋回式採集スタック11を伴うFPSO1を表し、前記ライザは海底4にあるライザ・ベース3に接続される。採集の寿命において、許容可能な動的偏位範囲内に留まることがFPSO1にとって最も重要であり、したがってFPSO1は、錨6によって、あるいはパイルによって保持される係留脚5によって海底4に係留される。
(Description of Preferred Embodiment)
Referring to FIG. 1, the layout represents FPSO 1 with a swivel collection stack 11 that is the origin of a riser 2, which is connected to a riser base 3 on the seabed 4. It is most important for the FPSO 1 to stay within the allowable dynamic excursion range during the life of the collection, so the FPSO 1 is moored to the seabed 4 by the anchor 6 or by the mooring leg 5 held by the pile.

採集船1によって石油またはガスを採掘するには、幾つかの比較的重い物体を高い正確度で海底4に配置する必要がある。   In order to extract oil or gas by the collecting vessel 1, it is necessary to place some relatively heavy objects on the seabed 4 with high accuracy.

係留脚5によって適切で安全な錨を固定するには、その係留脚5がほぼ同じ長さを有する必要がある。この用途では、実際には50トン以上の重量の錨を使用することができ、これを数メートル以内の正確度で海底4に配置する。さらに、錨6自体が非常に重いばかりでなく、錨6に取り付けた係留脚も、錨6自体の重量の数倍に等しい重量を有する。   In order to secure a suitable and safe heel by the mooring leg 5, the mooring leg 5 needs to have approximately the same length. In this application, it is possible to use dredging with a weight of more than 50 tons, which is placed on the seabed 4 with an accuracy within a few meters. Furthermore, not only is the heel 6 itself very heavy, but also the mooring leg attached to the heel 6 has a weight equal to several times the weight of the heel 6 itself.

また、「テンプレート」、「重力ライザ・ベース」、「採集マニホルド」など、他の物体も、比較的高い正確度で海底4に配置する必要がある。   In addition, other objects such as “template”, “gravity riser base”, and “collecting manifold” need to be placed on the seabed 4 with relatively high accuracy.

図1に図示され、海で石油およびガスの採掘に必要であり、海底に配置しなければならない物体は、非常に重量があるばかりでなく、非常に高価でもある。   The objects illustrated in FIG. 1 and required for oil and gas mining at sea and have to be placed on the sea floor are not only very heavy but also very expensive.

図2は、先行技術の船舶20を示し、自身上にクレーン21のような巻き上げ手段を有する。クレーン21には巻き上げワイヤ22を設け、これによって物体または負荷23を海底に配置することができる。負荷23を配置するためには、表面支持体をクレーン21とともに移動させる必要がある。 FIG. 2 shows a prior art ship 20 having a hoisting means such as a crane 21 on it. The crane 21 is provided with a hoisting wire 22, whereby an object or load 23 can be placed on the seabed 4 . In order to arrange the load 23, it is necessary to move the surface support together with the crane 21.

その結果、任意の時に負荷23の慣性が克服されるが、負荷23の加速のため、制御不可能な状況が発生し、それによって標的区域を飛び越してしまう。巻き上げワイヤ22および負荷23は海流などの影響を受けやすいという事実から、巻き上げワイヤ22を下降させた場合、負荷23は下方向に直線移動しない。船舶20の上下浮動、横揺れおよび縦揺れも、達成できる正確度にマイナスの影響を与える。 As a result, the inertia of the load 23 is overcome at any time, but due to the acceleration of the load 23, an uncontrollable situation occurs, thereby jumping over the target area. Due to the fact that the winding wire 22 and the load 23 are easily affected by ocean currents, when the winding wire 22 is lowered, the load 23 does not move linearly downward. The up and down float, roll and pitch of the ship 20 also negatively impacts the accuracy that can be achieved.

図3は、海底4に負荷43を配備する水中装置またはシステム50を設けたクレーン船40を示す。船舶40は、第1巻き上げワイヤ42を設けた第1巻き上げ手段、例えばウィンチ41を備える。この巻き上げワイヤ42によって、例えばテンプレートなどの負荷43を海底に配備し、配置することができる。   FIG. 3 shows a crane ship 40 provided with an underwater device or system 50 for deploying a load 43 on the seabed 4. The marine vessel 40 includes first hoisting means provided with a first hoisting wire 42, for example, a winch 41. With this winding wire 42, for example, a load 43 such as a template can be deployed and placed on the seabed.

上述したように、浮採集プラットフォームを使用する油田およびガス田の採掘では、海底4に幾つかの重い物体を配置する必要があり、さらに物体を非常に高い正確度で海底4に配置しなければならない。現今は採掘を深い所でしなければならず、最大で3000m以上にもなり、必要な正確度を達成することがさらに困難になっている。例えば、解決すべき問題の一つは、巻き上げワイヤ42が担持する負荷43に発生し得る回転である。   As mentioned above, oil and gas field mining using a floating collection platform requires several heavy objects to be placed on the seabed 4 and must be placed on the seabed 4 with very high accuracy. Don't be. Nowadays, mining has to be done deep, up to over 3000m, making it more difficult to achieve the required accuracy. For example, one of the problems to be solved is the rotation that can occur in the load 43 carried by the winding wire 42.

配備時に負荷43の位置を制御し、必要な正確度以内で負荷43を海底4に配置できるようにするため、装置またはシステム50は吊り上げワイヤ42に固定されている。システム50の好ましい実施形態を、図4、図5、図6aおよび図6bに関して説明する。   The device or system 50 is secured to the lifting wire 42 to control the position of the load 43 during deployment so that the load 43 can be placed on the seabed 4 within the required accuracy. A preferred embodiment of the system 50 will be described with respect to FIGS. 4, 5, 6a and 6b.

システム50は吊り上げワイヤ42の端部に係合してよい。あるいは、システム50は負荷43自体に直接係合してよい。システム50は、スラスタ56(i)(i=1、2、3・・・IでIは整数である)などの駆動手段を設けた第1または主モジュール51を備える(図4および図5)。システムはさらに第2またはカウンタ・モジュール52を備える。このカウンタ・モジュール52にもスラスタ56(i)を設ける。使用時には、主モジュール51およびカウンタ・モジュール52のスラスタを吊り上げワイヤ42の対向する側に配置する。   System 50 may engage the end of lifting wire 42. Alternatively, the system 50 may engage directly with the load 43 itself. The system 50 includes a first or main module 51 provided with driving means such as a thruster 56 (i) (i = 1, 2, 3... I and I is an integer) (FIGS. 4 and 5). . The system further comprises a second or counter module 52. This counter module 52 is also provided with a thruster 56 (i). In use, the thrusters of the main module 51 and the counter module 52 are arranged on opposite sides of the lifting wire 42.

システム50は第2吊り上げワイヤ45によって船舶40に結合される。このワイヤ45は例えば第2ウィンチ44などの第2巻き上げ手段を使用して操作することができる。第2巻き上げワイヤ45は、例えばAフレーム49によって船外へ設置される。第2ウィンチ44および第2巻き上げワイヤ45は通常、それぞれ第1巻き上げ手段48および第1巻き上げワイヤ42より軽量である。システム50はさらに命綱46によって船舶40に接続される。この命綱46は巻き上げワイヤ45に取り付けるか、第3ウィンチ47から別個に下降させることができる。システム50に動力を提供する供給電力配線、さらに電気配線または光ファイバを、例えば命綱に収容する。システム50には、通常、電力を流体動力に変換する手段を設ける。したがって、流体動力は、制御に、つまりスラスタ56(i)および補助工具の快適装備に使用される。   System 50 is coupled to vessel 40 by a second lifting wire 45. The wire 45 can be operated using a second winding means such as a second winch 44, for example. The second winding wire 45 is installed outside the ship by an A frame 49, for example. The second winch 44 and the second winding wire 45 are usually lighter than the first winding means 48 and the first winding wire 42, respectively. The system 50 is further connected to the ship 40 by a lifeline 46. This lifeline 46 can be attached to the winding wire 45 or lowered separately from the third winch 47. The supply power wiring that provides power to the system 50, as well as electrical wiring or optical fiber, is housed in a lifeline, for example. System 50 is typically provided with means for converting electrical power into fluid power. Thus, the fluid power is used for control, i.e. for the thruster 56 (i) and the auxiliary tool comfort equipment.

最近、作業の深度が増加しているので、負荷43および長い巻き上げワイヤ42の捻れおよび回転の問題が重大になってくる。重い負荷43を巻き上げワイヤ42の下側に取り付けるので、このような捻れおよび回転が巻き上げワイヤをかなり摩耗させることになり、巻き上げワイヤに深刻な損傷が発生することがある。この摩耗は、巻き上げワイヤ42が破損し、負荷43が喪失するほど深刻になることがある。別の問題は、ワイヤの多大な捻れのため、船舶にあるワイヤがシーブから外れることがあることである。   Recently, as the working depth has increased, the problems of twist and rotation of the load 43 and the long winding wire 42 have become serious. Because the heavy load 43 is attached to the underside of the winding wire 42, such twisting and rotation can cause the winding wire to wear considerably, which can cause severe damage to the winding wire. This wear may be so severe that the winding wire 42 breaks and the load 43 is lost. Another problem is that the wire in the ship may come off the sheave due to the large twisting of the wire.

主モジュール51およびカウンタ・モジュール52それぞれのスラスタ56(i)を吊り上げワイヤ42の対向する側に配置するという事実から、巻き上げワイヤ42には両方向に逆トルクがかかる。この方法で、システムにより捻れ防止器具が形成される。この捻れ防止器具の能力を改善するため、主モジュール51とカウンタ・モジュール52間の距離を変更できることが好ましい。 Due to the fact that the thrusters 56 (i) of each of the main module 51 and counter module 52 are arranged on opposite sides of the lifting wire 42, the winding wire 42 is subjected to reverse torque in both directions. In this way, a twist prevention device is formed by the system. In order to improve the ability of the anti-twisting device, it is preferable that the distance between the main module 51 and the counter module 52 can be changed.

図4は、海底4に負荷43を配備するシステム50に可能な実施形態の詳細な概要図を示す。図5は、図4によるシステムを上から示す。   FIG. 4 shows a detailed schematic diagram of a possible embodiment of a system 50 for deploying a load 43 on the seabed 4. FIG. 5 shows the system according to FIG. 4 from above.

システム50は、主モジュール51、カウンタ・モジュール52およびアーム53を備える。アーム53は主モジュール51から取り外すことができる。つまり、主モジュール51はモジュール式システムとして別個に使用することもできる。アーム53には窪み54を設ける。この窪み54の対向する側に2つのジャッキ57、58を設け、その少なくとも一方は他方に対して移動することができる。これらのジャッキ57、58の端面の間で、負荷43のクレーン・ブロックなどの物体又はケーブル42を締め付けることができる。ジャッキ57、58と物体間の接触を改善するため、ジャッキの個々の端部に、専用ゴムなどの高い摩擦材料からの摩擦要素でライニングを施した締め付けシューを設ける。   The system 50 includes a main module 51, a counter module 52 and an arm 53. The arm 53 can be detached from the main module 51. That is, the main module 51 can be used separately as a modular system. The arm 53 is provided with a recess 54. Two jacks 57 and 58 are provided on opposite sides of the recess 54, at least one of which can move with respect to the other. An object such as a crane block of the load 43 or the cable 42 can be clamped between the end faces of the jacks 57 and 58. In order to improve the contact between the jacks 57, 58 and the object, a clamping shoe lined with a friction element from a high friction material such as a special rubber is provided at each end of the jack.

使用時には、スラスタ56(i)を使用して、海底4の標的区域に対してシステム50を配置することができる。スラスタ56(i)は、主にシステム50の内側にある第1位置から、スラスタがシステム50から突き出した位置へと順次作動させるようにすることができる。2つの上部スラスタ56(2)、56(3)は、水中システム50に対して回転可能である。これは、例えば個々の回転式アクチュエータ65(1)、65(2)に設置する。その目的については以下で説明する。スラスタ56(2)は、図4aでは拡大して図示されている。   In use, the thruster 56 (i) can be used to position the system 50 relative to the target area of the seabed 4. The thrusters 56 (i) may be operated sequentially from a first position that is primarily inside the system 50 to a position where the thrusters protrude from the system 50. The two upper thrusters 56 (2), 56 (3) are rotatable relative to the underwater system 50. This is installed, for example, in each rotary actuator 65 (1), 65 (2). Its purpose will be described below. The thruster 56 (2) is shown enlarged in FIG. 4a.

図5には、主モジュールを第2吊り上げワイヤ45および/または命綱46に接続するには、主モジュール52の頂部に2つの位置61、62があることが図示されている。主モジュール51を別個に使用する場合は、位置61を使用することができる。主モジュール61は、モジュール61を配備する時に、空中でも水中でもバランスをとる。   FIG. 5 illustrates that there are two locations 61, 62 at the top of the main module 52 for connecting the main module to the second lifting wire 45 and / or the lifeline 46. If the main module 51 is used separately, the position 61 can be used. The main module 61 balances in the air and in the water when the module 61 is deployed.

システム50を使用する場合、船舶40とシステム50との接続は、システムを空中と水中の両方で平衡に維持するために位置62に固定される。システムのバランスを改善するため、補助釣合錘55をシステム50に固定することができる。   When using the system 50, the connection between the vessel 40 and the system 50 is fixed at position 62 in order to keep the system in balance both in the air and in the water. An auxiliary counterweight 55 can be secured to the system 50 to improve the balance of the system.

使用時には、装置50には浮力がない。水中におけるシステムの可動性を改善するため、アーム53には、下降中に圧力増加による構造的損傷を回避し、採集段階では迅速な排水を保証するために穴59を設ける。   In use, the device 50 has no buoyancy. In order to improve the mobility of the system in the water, the arm 53 is provided with a hole 59 to avoid structural damage due to increased pressure during lowering and to ensure quick drainage during the collection phase.

上述したように、主モジュール51に対してカウンタ・モジュール52を移動できると有利である。これは、ジャック64aを使用することによって達成できる。 As mentioned above, it is advantageous if the counter module 52 can be moved relative to the main module 51 . This can be achieved by using a jack 64a.

モジュール51は外フレームおよび内フレーム(両方とも図示せず)を備える。内フレームは円筒形であることが好ましい。外フレームを内フレームに接続することにより、非常に強力な構造を達成することができる。構造の強度は、システムの時期尚早の疲労を回避するために必要である。   The module 51 includes an outer frame and an inner frame (both not shown). The inner frame is preferably cylindrical. By connecting the outer frame to the inner frame, a very strong structure can be achieved. The strength of the structure is necessary to avoid premature fatigue of the system.

モジュール51は、例えば部分的に高張力鋼で作成し、それによって第1巻き上げワイヤ42または第2巻き上げワイヤ45の一体部品として使用するよう設計される。つまり、モジュール52の上側が巻き上げワイヤ45の第1部分に接続され、モジュール51の下側が巻き上げワイヤ45の第2部分に接続されるか、モジュール51の下側が負荷に直接取り付けられる。この方法で、巻き上げワイヤにかかる負荷がモジュール51を通して伝達される。   The module 51 is designed, for example, to be partially made of high strength steel and thereby used as an integral part of the first winding wire 42 or the second winding wire 45. That is, the upper side of the module 52 is connected to the first part of the winding wire 45, and the lower side of the module 51 is connected to the second part of the winding wire 45, or the lower side of the module 51 is directly attached to the load. In this way, the load on the winding wire is transmitted through the module 51.

前述したように、モジュール51には、命綱46を通って送出された電力を流体動力に変換するため、スラスタ・ドライブ270を設ける。このスラスタ・ドライブ270はモータ、ポンプ、マニホルドおよび液圧リザーバを備えることができる。このような変換手段は当業者には知られ、本明細書でさらに説明する必要はない。絶対位置と他の物体に対する相対位置との両方で、その位置に関する該当データを制御システムおよび/または船舶40上のオペレータに通信するため、モジュール51は、さらに、以下で詳細に説明するセンサ手段および制御手段を備える。モジュール51は、センサ接続箱を装備する。さらに、モジュール51は光源87、上下浮動、横揺れおよび縦揺れセンサを含むジャイロコンパス256、パンあおりカラー・カメラ97、ディジクォーツ深度センサ253を含むUSBL応答器255、音速メータ258、およびソナーダイン・ミニ・ロヴナヴ264を備える。モジュール51の下側には、幾つかのプラットフォーム光源94、パンおよびS.I.T.カメラ93、高度計262、ドップラー・ログ・ユニット266、および二重ヘッド・スキャニング・ソナー260が装着される。これらは、使用時にその下に透明な海水のみがあるよう設置される。これらは、図6aおよび図6bに概略的に図示される。これはどこにでも、例えばモジュール52の下側にでも配置してよいことを理解されたい。さらに、ロード・セル268はシステム51の一部である。これらの構成要素は全て、図7bに概略的に図示される。   As described above, the module 51 is provided with a thruster drive 270 for converting the electric power sent through the lifeline 46 into fluid power. The thruster drive 270 can include a motor, a pump, a manifold, and a hydraulic reservoir. Such conversion means are known to those skilled in the art and need not be further described herein. In order to communicate relevant data relating to the position, both in absolute position and relative to other objects, to the control system and / or the operator on the ship 40, the module 51 further comprises sensor means and Control means are provided. The module 51 is equipped with a sensor connection box. In addition, module 51 includes a light source 87, a gyro compass 256 including up / down floating, roll and pitch sensors, a pan tilt color camera 97, a USBL transponder 255 including a digit quartz depth sensor 253, a sound speed meter 258, and a sonardyne mini.・ Equipped with Lovnav 264. Below the module 51 are several platform light sources 94, pans and S.P. I. T.A. A camera 93, an altimeter 262, a Doppler log unit 266, and a dual head scanning sonar 260 are mounted. They are installed so that there is only clear sea water beneath them when in use. These are schematically illustrated in FIGS. 6a and 6b. It should be understood that this may be placed anywhere, for example, below module 52. Further, load cell 268 is part of system 51. All these components are schematically illustrated in FIG. 7b.

上述したように、負荷が所期の深度に到達したら、必要な正確度を達成するには、高解像度のソナー機器260をドップラー・ログ・ユニット266で測定した距離ログとともに使用することが重要である。ソナー機器260は、海底に配置された少なくとも1つの物体に対する位置を判断するために使用される。距離ログを使用すると、大きい半径内でセンチメートルのオーダーの正確度を達成しながら、海上支援からの位置決め動作を、さらにLBL(長基線)アレイ(または他のUSBLなど)のような他の音響応答器装置からの位置決め動作から解離することが可能になる。   As noted above, once the load has reached the desired depth, it is important to use a high resolution sonar device 260 with a distance log measured with a Doppler log unit 266 to achieve the required accuracy. is there. The sonar device 260 is used to determine a position relative to at least one object placed on the seabed. Using distance logging, positioning operations from maritime assistance, while achieving accuracy on the order of centimeters within a large radius, and other acoustics such as LBL (long baseline) arrays (or other USBLs, etc.) It becomes possible to dissociate from the positioning operation from the responder device.

図7aは、船舶40に設置された電子機器200を示し、図7bは音速メータ248およびジャイロコンパス252を伴う配備可能な音響アレイ250を示す。図7bは、水中システム50に設置した水中電子機器249も示す。   FIG. 7 a shows an electronic device 200 installed on the ship 40, and FIG. 7 b shows a deployable acoustic array 250 with a sonic meter 248 and a gyrocompass 252. FIG. 7 b also shows an underwater electronic device 249 installed in the underwater system 50.

図7aに示す機器は4つのプロセッサを備える。つまりナビゲーション・プロセッサ202、音響プロセッサ224、ソナー制御プロセッサ236、およびスラスタ制御プロセッサ240である。ナビゲーション・プロセッサ202は、相互通信および相補性のために他の3つのプロセッサ224、236、240とインタフェースをとる。   The device shown in FIG. 7a comprises four processors. That is, the navigation processor 202, the sound processor 224, the sonar control processor 236, and the thruster control processor 240. The navigation processor 202 interfaces with the other three processors 224, 236, 240 for intercommunication and complementarity.

ナビゲーション・プロセッサ202は、表面位置決め機器DGPS(相対全地球測位システム)204、船舶のジャイロコンパス206、4つのディスプレイ・ユニット208、210、212、214、プリンタ・ユニット218、キーボード220、マウス222、光ファイバ・(デ)マルチプレクサ・ユニット244ともインタフェースをとる。必要に応じて、ナビゲーション・プロセッサ202の1つのSVGA信号出力を2つ以上のディスプレイ・ユニットに送信するため、ビデオ・スプリッタ216を設けてもよい。図7aでは、ディスプレイ・ユニット212、214はビデオ・スプリッタ216を介してナビゲーション・プロセッサ202に接続される。   The navigation processor 202 includes a surface positioning device DGPS (relative global positioning system) 204, a ship gyrocompass 206, four display units 208, 210, 212, 214, a printer unit 218, a keyboard 220, a mouse 222, light It also interfaces with a fiber (de) multiplexer unit 244. If desired, a video splitter 216 may be provided to send one SVGA signal output of the navigation processor 202 to more than one display unit. In FIG. 7 a, display units 212, 214 are connected to navigation processor 202 via video splitter 216.

光ファイバ(デ)マルチプレクサ・ユニット244は、音響プロセッサ224、ソナー制御プロセッサ236、およびスラスタ制御プロセッサ240にも接続される。   The fiber optic (de) multiplexer unit 244 is also connected to an acoustic processor 224, a sonar control processor 236, and a thruster control processor 240.

音響プロセッサ224はコマンドおよび制御ユニット226に接続され、これはキーボード230、マウス232およびディスプレイ・ユニット228に接続され、これが全てまとめてUSBL表面ユニット234を形成する。   The acoustic processor 224 is connected to the command and control unit 226, which is connected to the keyboard 230, mouse 232 and display unit 228, all together forming the USBL surface unit 234.

音響プロセッサ224は、運動センサ・ユニット252および速度メータ248を伴う配備可能な音響アレイ250に接続される。使用時には、音響アレイ250は船舶40のキールの2.5メートル下に装着することが好ましい。   The acoustic processor 224 is connected to a deployable acoustic array 250 with a motion sensor unit 252 and a speed meter 248. In use, the acoustic array 250 is preferably mounted 2.5 meters below the keel of the vessel 40.

光ファイバ・(デ)マルチプレクサ・ユニット244が、さらに、水中システム50に設置された光ファイバ・(デ)マルチプレクサ246に接続される。両方の光ファイバ・(デ)マルチプレクサ244、246を相互接続する光ファイバは、命綱46に収容することが好ましい(図3)。   An optical fiber (de) multiplexer unit 244 is further connected to an optical fiber (de) multiplexer 246 installed in the underwater system 50. The optical fibers interconnecting both optical fiber (de) multiplexers 244, 246 are preferably housed in a lifeline 46 (FIG. 3).

ソナー制御プロセッサ236はディスプレイ・ユニット238に接続される。スラスタ制御プロセッサ240はディスプレイ・ユニット242に接続される。   The sonar control processor 236 is connected to the display unit 238. The thruster control processor 240 is connected to the display unit 242.

水中機器249は、図7bではブロック図の形態で図示される。ディジクォーツ深度センサ253を伴うUSBL応答器255、運動センサ256を伴うジャイロコンパス、(着脱式)音速メータ258、二重ヘッド・スキャニング・ソナー260、高度計262、ソナーダイン・ミニ・ロヴナヴ264、ドップラー・ログ266、ロード・セル268、およびスラスタ・ドライブ・コントロール270が全て光ファイバ・(デ)マルチプレクサ246に接続される。   The underwater device 249 is illustrated in block diagram form in FIG. 7b. USBL transponder 255 with DigiQuartz depth sensor 253, gyrocompass with motion sensor 256, (removable) sonic meter 258, dual head scanning sonar 260, altimeter 262, sonardyne mini lovnav 264, Doppler log 266, load cell 268, and thruster drive control 270 are all connected to fiber optic (de) multiplexer 246.

さらに、図7bは、海底に、または配備すべき負荷に(または海底に既にある構造に)設置できる2つのビーコン272、274を示す。これらのビーコン272、274は、例えばソナーダイン・ミニ・フォヴナヴ264(または同等の機器)により問い合わせるものであり、音響信号をシステム50に送り返すことができ、これをシステム50自体が使用して、これらのビーコンに対する距離および方位を判断し、測定することができる。このような音響遠隔測定リンクの結果、非常に高精度の相対位置測定ができる。このようなビーコンの数は、図7bに示す2個に制限されない。   Further, FIG. 7b shows two beacons 272, 274 that can be installed on the seabed or on a load to be deployed (or on a structure already on the seabed). These beacons 272, 274 are interrogated by, for example, Sonardine Mini Fovnav 264 (or equivalent equipment) and can send an acoustic signal back to the system 50, which is used by the system 50 itself to The distance and orientation relative to the beacon can be determined and measured. As a result of such an acoustic telemetry link, the relative position can be measured with very high accuracy. The number of such beacons is not limited to the two shown in FIG. 7b.

機能
図7aおよび図7bに示す構成要素の機能は次の通りである。
The functions of the components shown in the functional diagrams 7a and 7b are as follows.

ナビゲーション・プロセッサ202は、船舶の姿勢およびその固定オフセットを計算するため、海上の位置決め機器のデータ(DGPS受信器、DGPS補正、船舶のジャイロコンパスおよび船舶の運動センサ204および206)を収集する。   The navigation processor 202 collects marine positioning equipment data (DGPS receiver, DGPS correction, ship gyrocompass and ship motion sensors 204 and 206) to calculate the ship attitude and its fixed offset.

ナビゲーション・プロセッサ202は、光ファイバ・(デ)マルチプレクサ244および246を介して、システム50のナビゲーション計器、つまりドップラー・ログ266、高度計262、およびジャイロコンパスおよび運動センサ256に様々な設定を送信する。設定後、これはこれらの計器からデータを受信し、さらに音響プロセッサ244を介してシステム50の距離/方位および深度データを受信し、システムの姿勢および絶対座標を計算して表示する。   The navigation processor 202 sends various settings via the fiber optic (de) multiplexers 244 and 246 to the navigation instruments of the system 50, namely the Doppler log 266, altimeter 262, and gyrocompass and motion sensor 256. After setup, it receives data from these instruments and further receives the distance / orientation and depth data of the system 50 via the acoustic processor 244 to calculate and display the system attitude and absolute coordinates.

ナビゲーション・プロセッサ202の統合ソフトウェアが開発されており、これにはシステム50の初期の方向を決定し、多くの中間地点から選択して、初期の位置決めを実行するため、手動または自動モードで作業することができる動的位置決めコントローラ・ソフトウェアを含む。さらに、船上のオペレータは選択された中間地点に対するオフセットを入力することができ、オフセットは、システム50の方向に対するXY座標で入力される。位置を安定させ、フィルタリングするため、ディスプレイ・ユニット208〜214の画面(電子ページ)上にある特別設計のウィンドウの構成を介して幾つかの他のタイプの海中位置決め装置を選択するという、別の可能性もある。オペレータが最適な結果を獲得するために可能な限り多くの手段を有することを保証するため、ソフトウェアのその他の部分ではシステム50の位置をオンライン(実時間)で計算するために使用中の海中計器の様々な状態を示すようになっている。   Integrated software for the navigation processor 202 has been developed, which works in manual or automatic mode to determine the initial orientation of the system 50, select from a number of waypoints, and perform initial positioning. Dynamic positioning controller software that can Furthermore, the onboard operator can enter an offset for the selected waypoint, which is entered in XY coordinates relative to the direction of the system 50. In order to stabilize and filter the position, another alternative type of subsea positioning device is selected via a specially designed window configuration on the screen (electronic page) of the display units 208-214. There is a possibility. The subsea instrument in use to calculate the position of the system 50 online (in real time) in other parts of the software to ensure that the operator has as many means as possible to obtain optimal results Various states are shown.

システム50上の上下浮動、横揺れおよび縦揺れセンサ88を含む搭載ジャイロコンパス256は、海底に設置されるシステム50および負荷43両方の正確な姿勢に関するデータを提供する。海面では、制御バン内でオペレータが、下降中に、しかし負荷43が最終検証のために海底に配置されてからも、これらの姿勢をオンライン(実時間)でチェックすることができる。   An on-board gyrocompass 256 that includes up-and-down floating, roll and pitch sensors 88 on the system 50 provides data regarding the exact attitude of both the system 50 and the load 43 installed on the sea floor. At sea level, the operator can check these attitudes online (in real time) while descending in the control van, but even after the load 43 is placed on the seabed for final verification.

船舶のジャイロコンパス206、さらに同じ機能のために使用できる音響アレイに設置した運動センサ252を伴うジャイロコンパスは、船舶の方向をナビゲーション・プロセッサ202に送信する。ナビゲーション・プロセッサ202はこの船舶の方向を使用して、様々なオフセットを計算する。   The ship's gyrocompass 206 and the gyrocompass with motion sensor 252 installed in an acoustic array that can be used for the same function sends the ship's direction to the navigation processor 202. The navigation processor 202 uses this ship direction to calculate various offsets.

ディスプレイ・ユニット208、210、212および214はそれぞれ、制御バン内でオペレータのためにおよび海洋部門オペレータ用船橋上にある別の人のために、ナビゲーションの設定、海底の眺め、海面の眺めを表示するよう構成される。   Display units 208, 210, 212, and 214 display navigation settings, seabed view, sea level view for the operator in the control van and for another person on the marine sector operator bridge, respectively. Configured to do.

USBL命令および制御ユニット226は、システムの制御および構成を提供し、オペレータが制御するためのマン・マシン・インタフェースを表示するパーソナル・コンピュータで構成される。   The USBL command and control unit 226 consists of a personal computer that provides system control and configuration and displays a man-machine interface for operator control.

音響プロセッサ224は、受信信号、深海速度測定および船舶の姿勢で相関プロセスを実行する1つのVMEラックで構成される。さらに、これは使用するビーコンの座標を計算する。音響プロセッサ224は、イーサネット(登録商標)を通してナビゲーション・プロセッサ202に連結される。   The acoustic processor 224 is comprised of a single VME rack that performs a correlation process on the received signal, deep sea velocity measurement and ship attitude. In addition, it calculates the coordinates of the beacon to use. The acoustic processor 224 is coupled to the navigation processor 202 through Ethernet.

音響アレイ250は、送信および受信手段を含む。また1つまたは複数のビーコンと音響通信する変換器として使用することができる。このような変換器のモードは、命綱46が故障し、呼び掛け信号をシステム50へと送信できない場合に有用である。これで、音響呼び掛け信号は海水を通して変換器から直接送信することができる。他の全てのケースで、音響アレイ250は受信モードで使用される。受信は、音響アレイ250に対するビーコンの距離および方位角を測定する2つの直交受信ベースで実行される。各受信ベースは2つの変換器を含む。各受信信号は、ディジタル信号処理のため、増幅され、フィルタリングされて、音響プロセッサ224に転送される。   The acoustic array 250 includes transmission and reception means. It can also be used as a transducer in acoustic communication with one or more beacons. Such a converter mode is useful when the lifeline 46 fails and an interrogation signal cannot be transmitted to the system 50. The acoustic interrogation signal can now be transmitted directly from the transducer through seawater. In all other cases, acoustic array 250 is used in receive mode. Reception is performed on two orthogonal reception bases that measure the distance and azimuth of the beacon relative to the acoustic array 250. Each receive base includes two transducers. Each received signal is amplified, filtered and forwarded to the acoustic processor 224 for digital signal processing.

音響アレイ250に設置された音速メータ248は、船舶40のすぐ下にある重要で不安定な音速プロファイルを実時間で更新している。これは、船舶40のすぐ下にあるこれらの層では海水の乱流が非常に激しいようであるので非常に重要である。   A sound speed meter 248 installed in the acoustic array 250 updates an important and unstable sound speed profile just below the ship 40 in real time. This is very important because the seawater turbulence appears to be very intense in these layers just below the ship 40.

ジャイロコンパス252は、海中のシステム50の位置に関するデータを修正するため、音響プロセッサ224に音響アレイの姿勢を送信する運動センサ・ユニットとして使用することが好ましい。   The gyrocompass 252 is preferably used as a motion sensor unit that transmits the attitude of the acoustic array to the acoustic processor 224 to correct data regarding the position of the system 50 underwater.

好ましい実施形態では、ビーコン274は応答器モードで作業し、以下の特徴を有する。
−音響プロセッサ224が生成する呼び掛け開始信号は音響信号ではなく電気信号で、船舶40とシステム50間のケーブル・リンクを通してビーコン274に送信される。
−呼び掛け頻度は、マン・マシン・インタフェースを通してオペレータにより遠隔制御される。
In the preferred embodiment, the beacon 274 operates in transponder mode and has the following characteristics:
-The challenge start signal generated by the acoustic processor 224 is an electrical signal, not an acoustic signal, and is transmitted to the beacon 274 through the cable link between the vessel 40 and the system 50.
The interrogation frequency is remotely controlled by the operator through a man-machine interface.

上述したように、ビーコン274は応答器モードで使用することもできる。これで、ビーコン274は、音響アレイ250が送信した表面音響信号によって作動し、次にコード化音響信号を通して音響アレイ250に音響応答信号を送出する。 As described above, the beacon 274 can also be used in transponder mode. The beacon 274 is now activated by the surface acoustic signal transmitted by the acoustic array 250 and then sends an acoustic response signal to the acoustic array 250 through the coded acoustic signal.

ビーコン274に含まれるディジクォーツ深度センサ253によって、システム50の非常に正確な深度データを音響プロセッサ224に送信することができる。音響プロセッサ244はこれらのデータを使用し、システム50の海中位置およびその負荷の計算を改善する。 Digiquartz depth sensor 253 included in beacon 274 allows very accurate depth data for system 50 to be transmitted to acoustic processor 224. The acoustic processor 244 uses these data to improve the calculation of the underwater location of the system 50 and its load.

海中システム50に搭載された音速メータ258は、下降および回収中に、海中システムの深度における海水中の音速に関するデータを音響プロセッサ224に送信する。音速データは、深度の関数として計算された海水中の音速プロファイルを更新して、海水中の深度の関数としてこれらのプロファイルから音線の屈曲を計算し、したがってシステム50の海中位置の計算を補正するために使用される。   A sound speed meter 258 mounted in the underwater system 50 transmits data regarding the speed of sound in seawater at the depth of the underwater system to the acoustic processor 224 during descent and retrieval. The sound velocity data updates the sound velocity profiles in seawater calculated as a function of depth, and calculates ray bending from these profiles as a function of depth in seawater, thus correcting the underwater position calculation of the system 50. Used to do.

二重ヘッド・スキャニング・ソナー260は、海底の人工または天然の標的までのシステム50の距離および方向を測定し、対応するデータをディジタル値としてナビゲーション・プロセッサ202に出力するために使用される。このような人工または天然の標的の位置を予め画定するか、ナビゲーション・システムが選択された標的それぞれに座標を割り当てることができる。物体に座標を与えた後、これを局所座標系のナビゲーション基準として使用することができる。その結果、相対座標の正確度が0.1メートルになる。   The dual head scanning sonar 260 is used to measure the distance and direction of the system 50 to an artificial or natural target on the sea floor and output corresponding data as digital values to the navigation processor 202. The location of such artificial or natural targets can be pre-defined, or the navigation system can assign coordinates to each selected target. After giving coordinates to the object, it can be used as a navigation reference for the local coordinate system. As a result, the relative coordinate accuracy is 0.1 meter.

システム50に装着された高度計262は、水中システム50から海底までの垂直距離を測定し、出力測定データを音響プロセッサ224に送信する。   An altimeter 262 attached to the system 50 measures the vertical distance from the underwater system 50 to the seabed and transmits output measurement data to the acoustic processor 224.

ドップラー・ログ・ユニット266は、水中システム50の深度における海水流の値および方向に関するデータを提供する。これらのデータは2つの方法で使用される。   The Doppler log unit 266 provides data regarding the value and direction of seawater flow at the depth of the underwater system 50. These data are used in two ways.

まず第1に、ドップラー・ログ・ユニット266および運動センサ266付きジャイロコンパスから受信したデータは、音響プロセッサ224が、USBLの使用に関するランダム・ノイズをオンライン(実時間)で平滑化するのに使用する。このような平滑化を獲得するため、例えばカルマン・フィルタ、サロモンセン・フィルタ、サロモンセン光フィルタ、または他の適切なフィルタなど、フィルタを主プロセッサ・ユニット224内で使用する。このようなフィルタは当業者には知られている。付録Aに簡単な要約を示すことができる。   First of all, the data received from the Doppler log unit 266 and the gyrocompass with motion sensor 266 is used by the acoustic processor 224 to smooth random noise related to the use of USBL online (in real time). . To obtain such smoothing, a filter is used in the main processor unit 224, such as a Kalman filter, Salomonsen filter, Salomonsen optical filter, or other suitable filter. Such filters are known to those skilled in the art. Appendix A provides a brief summary.

第2に、海流の強度、海流の方向に関するドップラー・ログ・ユニット266の出力データは、水中システム50の現在の方向および所期の方向に関するデータとともに、ナビゲーション・プロセッサ202を介してスラスタ制御プロセッサ240に送信される。所期の方向に基づき、スラスタ・ドライブ・コントロール270は自動的に制御される。手動制御も提供することができる。   Second, the output data of Doppler log unit 266 regarding current intensity, current direction, along with data regarding the current direction and intended direction of the underwater system 50, via the navigation processor 202, the thruster control processor 240. Sent to. Based on the intended direction, the thruster drive control 270 is automatically controlled. Manual control can also be provided.

非常に有利な実施形態では、ドップラー・ログ・ユニット266(または他の適切なセンサ)を使用して、システム50を取り巻く海水の温度および/または塩分を測定する。局所的温度および/または塩分に関するデータはナビゲーション・プロセッサ202に送信され、これは海水の深度の関数として温度および/または塩分を計算し、更新する。これらのデータは、海水を通る音波の屈折を判断し、したがってシステム50の位置の計算を補正するのにも使用される。   In a highly advantageous embodiment, a Doppler log unit 266 (or other suitable sensor) is used to measure the temperature and / or salinity of the seawater surrounding the system 50. Data regarding local temperature and / or salinity is transmitted to the navigation processor 202, which calculates and updates temperature and / or salinity as a function of seawater depth. These data are also used to determine the refraction of the sound wave through the seawater and thus correct the calculation of the position of the system 50.

ソナーダイン・ミニ・ロヴナヴ264はオプションであり、上記で説明したように海底の局所的ビーコンに対するシステム50の相対位置を提供するために使用することができる。例えば、長基線(LBL)アレイは、既に海底に設置し、その目的で使用することができる。   The Sonardine Mini Lovnav 264 is optional and can be used to provide the relative position of the system 50 with respect to local beacons on the sea floor as described above. For example, a long baseline (LBL) array can already be installed on the seabed and used for that purpose.

ロード・セル268は、水中システム50と係合した状態の負荷43の重量を測定するのに使用される。この重量が減少した場合、これは負荷が現在、海底(または他の標的位置)に配置され、システム50を負荷43から取り外せることの指標である。ロード・セルからの出力データは、(デ)マルチプレクサ244、246を通してナビゲーション・プロセッサ202に送信される。   The load cell 268 is used to measure the weight of the load 43 in engagement with the underwater system 50. If this weight is reduced, this is an indication that the load is currently placed on the seabed (or other target location) and the system 50 can be removed from the load 43. Output data from the load cell is transmitted to the navigation processor 202 through (de) multiplexers 244,246.

スラスタ・ドライブ・コントロール270は、以下で詳細に説明するように、水中システム50を所望の位置に運ぶため、スラスタ56(i)を駆動するのに使用する。   The thruster drive control 270 is used to drive the thruster 56 (i) to bring the underwater system 50 to the desired position, as will be described in detail below.

図7aでは、4つの異なるプロセッサ202、224、236および240が本発明によるシステムの機能を実行するよう図示されている。しかし、システムは代替的に、パラレルまたはマスター・スレーブ構成の1つのメイン・フレーム・コンピュータを含め、他の適切な数の協働するプロセッサで実行できることが理解される。遠方に配置したプロセッサを使用してもよい。機能の一部を実行するため、水中システム50上にプロセッサを設けてもよい。   In FIG. 7a, four different processors 202, 224, 236 and 240 are shown to perform the functions of the system according to the invention. However, it is understood that the system can alternatively be implemented with any other suitable number of cooperating processors, including one main frame computer in a parallel or master / slave configuration. A remotely located processor may be used. A processor may be provided on the underwater system 50 to perform some of the functions.

プロセッサは、ハード・ディスク、リード・オンリー・メモリ(ROM)、電気的に消去可能なプログラマブル・リード・オンリー・メモリ(EEPROM)およびランダム・アクセス・メモリ(RAM)などを含むメモリ・コンポーネントを含むが、積極的に図示していない。これらのメモリ・タイプの全てを必ずしも設ける必要はない。   The processor includes memory components including a hard disk, read only memory (ROM), electrically erasable programmable read only memory (EEPROM) and random access memory (RAM). Not actively illustrated. Not all of these memory types need be provided.

キーボード220、230およびマウス222、232の代わりに、またはそれに加えて、タッチ・スクリーンなどの当業者に知られた入力手段も設けることができる。   An input means known to those skilled in the art, such as a touch screen, may be provided instead of or in addition to the keyboard 220, 230 and the mouse 222, 232.

図示の構成全体内の通信はいずれも無線でよい。   Any communication within the overall configuration shown may be wireless.

図5には、上スラスタ56(2)および56(3)がスラスタ56(1)および56(4)とは別の方向に配向された状態が図示される。スラスタ56(2)、56(3)は回転式アクチュエータ65(1)、65(2)に装着され、それにより、スラスタ56(2)、56(3)を最大360°回転して、これを方向転換することができる。スラスタ56(2)、56(3)は、それぞれが異なる方向に配向できるよう、別個に制御できることが好ましい。   FIG. 5 illustrates a state in which the upper thrusters 56 (2) and 56 (3) are oriented in a direction different from that of the thrusters 56 (1) and 56 (4). The thrusters 56 (2) and 56 (3) are mounted on the rotary actuators 65 (1) and 65 (2), thereby rotating the thrusters 56 (2) and 56 (3) by a maximum of 360 °. Can turn around. The thrusters 56 (2), 56 (3) are preferably controllable separately so that each can be oriented in a different direction.

スラスタ制御プロセッサ240が水中システム50を正確に配置できるため、ナビゲーション・プロセッサ202とスラスタ制御プロセッサ240の間に共通の座標系を確立しなければならない。まず第1に、ナビゲーション・プロセッサ202が使用する標準的な座標系がある。しかし、水中システム50には2つの他の座標基準系を確立することが好ましい。   In order for the thruster control processor 240 to accurately position the underwater system 50, a common coordinate system must be established between the navigation processor 202 and the thruster control processor 240. First, there is a standard coordinate system used by the navigation processor 202. However, it is preferable to establish two other coordinate reference systems for the underwater system 50.

図8は3つの異なる座標系を示す。ナビゲーション・プロセッサ202に関する座標系は、「ナビゲーション・グリッド」で示される。この座標系はこの「ナビゲーション・グリッド」の方向およびその垂線を使用する。   FIG. 8 shows three different coordinate systems. The coordinate system for the navigation processor 202 is denoted “Navigation Grid”. This coordinate system uses the direction of this “navigation grid” and its perpendicular.

スラスタ56(2)、56(3)は、「スラスタ平均方向」と呼ばれる方向に駆動力を提供するよう制御される。この方向は垂線とともに第2座標系を画定する。   The thrusters 56 (2) and 56 (3) are controlled to provide a driving force in a direction called "thruster average direction". This direction, along with the normal, defines a second coordinate system.

第3座標系は「システム方向」に対して画定され、これはスラスタ56(1)、56(4)を相互接続する線に直角の方向として定義される。   A third coordinate system is defined relative to the “system direction”, which is defined as the direction perpendicular to the line interconnecting the thrusters 56 (1), 56 (4).

これで、水中システム50が辿る経路の誤差は、「平均誤差」と呼ばれるスラスタ中間方向に平行な1つの成分と、「垂線平均誤差」と呼ばれるスラスタ中間方向に直角の成分とに分割できる誤差ベクトルに関して定義することができる。水中システム50の適切なセンサは、ナビゲーション・プロセッサ202にスラスタ中間方向およびシステム方向を提供する。これらのデータから、ナビゲーション・プロセッサ202は図8に示すようなグリッドを生成する。   Thus, the error of the path followed by the underwater system 50 is an error vector that can be divided into a component parallel to the intermediate thruster direction called “average error” and a component perpendicular to the intermediate thruster direction called “perpendicular average error”. Can be defined. Appropriate sensors of the underwater system 50 provide the navigation processor 202 with a thruster intermediate direction and system direction. From these data, the navigation processor 202 generates a grid as shown in FIG.

誤差は、所望の位置DPからシステム位置TPを引いた値と定義され、したがってナビゲーション・グリッド基準に対してベクトルRΦENが生成される。つまり下式になる。
DP−TP=RΦEN
さらに、
ΦTNはシステム方向からナビゲーション・グリッドの方向を引いた値であり、
ΦMTは平均スラスタ方向からシステム方向を引いた値である。
これで次式になる。
DP−TP=RΦEMEM=ΦEN−(ΦTN+ΦMT
これでRΦEMが分かるので、平均値および平均誤差の垂線を計算することができる。
The error is defined as the desired position DP minus the system position TP, thus generating a vector RΦ EN for the navigation grid reference. In other words, the following formula is obtained.
DP-TP = RΦ EN
further,
Φ TN is the value obtained by subtracting the navigation grid direction from the system direction.
[Phi MT is a value obtained by subtracting the system direction from the mean thruster direction.
This gives
DP-TP = RΦ EM , Φ EM = Φ EN − (Φ TN + Φ MT )
Now that r [phi] EM is known, it is possible to calculate the perpendicular of the mean and mean error.

2つのスラスタ56(1)および56(4)を使用して、吊り上げケーブル42によって与えられた捻り力、機器の抗力および位置決め制御装置の方向転換によって誘発される回転モーメントを打ち消す。方向の制御ループには、ナビゲーション・プロセッサ202に実際のシステム方向および所望のシステム方向を提供する必要がある。実際のシステム方向は、ジャイロコンパス256によって測定される。所望の方向はオペレータが手動で入力する。これらの2つの方向から、ナビゲーション・プロセッサ202の制御ループが、必要な方向と実際の方向間の角距離を、さらにそれに従ってシステム50を移動するのに必要な回転方向を計算する。次に、スラスタ制御プロセッサ240が制御する単純な制御ループが、スラスタ56(1)および56(4)への動力を調節し、システム50を適切に回転する。   Two thrusters 56 (1) and 56 (4) are used to counteract the torsional force provided by the lifting cable 42, the drag of the equipment and the rotational moment induced by the turning of the positioning controller. The direction control loop needs to provide the navigation processor 202 with the actual system direction and the desired system direction. The actual system orientation is measured by gyrocompass 256. The desired direction is manually entered by the operator. From these two directions, the control loop of the navigation processor 202 calculates the angular distance between the required direction and the actual direction, and the direction of rotation required to move the system 50 accordingly. Next, a simple control loop controlled by the thruster control processor 240 regulates the power to the thrusters 56 (1) and 56 (4) and rotates the system 50 appropriately.

システム50に電源投入すると、スラスタの平均方向がシステム方向に平行に配向されるよう、両方のスラスタ56(2)および56(3)を配向することが好ましい。次に、スラスタ56(2)、56(3)に、システム方向からの小さいベクトル角度偏差が与えられ、システム50の2つの面における位置決めを補助する。このベクトルのサイズは、好ましくは手動で調節可能であり、実際の海の状態に応じて異なる各作業に応じて構成する必要があることがある。スラスタ56(2)および56(3)をセンタリングし、方向転換したら、位置決めループがシステム50の制御を引き継ぐことができる。 When the system 50 is powered up, it is preferred to orient both thrusters 56 (2) and 56 (3) so that the average direction of the thrusters is oriented parallel to the system direction. The thrusters 56 (2), 56 (3) are then given a small vector angle deviation from the system direction to assist in positioning in the two planes of the system 50. The size of this vector is preferably manually adjustable and may need to be configured for different tasks depending on actual sea conditions. Once the thrusters 56 (2) and 56 (3) are centered and turned, the positioning loop can take over control of the system 50.

位置決めループはさらに2つの位相を備える。   The positioning loop further comprises two phases.

システム50がまだ海面付近にある間に実行される第1の次の位相では、海流方向がドップラー・ログ・ユニット266によって測定される。海流方向はナビゲーション・プロセッサ202に送信される。この方向を使用して、ナビゲーション・プロセッサ202から適切な命令を受信するスラスタ制御プロセッサ240は、スラスタ平均方向がほぼ海流方向と反対になるよう、回転式アクチュエータ65(1)、65(2)を駆動する。このように回転式アクチュエータ65(1)、65(2)が回転している間、スラスタ56(i)のいずれにも動力が供給されていない。システム方向は光ファイバ・ジャイロコンパス256によって測定される。深度はディジクォーツ深度センサ254によって、高度は高度計262によって絶えず測定される。次に、位置決めループが、上式にしたがって計算される平均誤差に対しての平均値および正規分布を使用し、スラスタ56(2)および56(3)に動力を提供して、システム50を所望の位置へと運ぶ。   In the first next phase performed while the system 50 is still near sea level, the ocean current direction is measured by the Doppler log unit 266. The ocean current direction is transmitted to the navigation processor 202. Using this direction, the thruster control processor 240, which receives the appropriate command from the navigation processor 202, turns the rotary actuators 65 (1), 65 (2) so that the thruster average direction is approximately opposite to the ocean current direction. To drive. Thus, while the rotary actuators 65 (1) and 65 (2) are rotating, no power is supplied to any of the thrusters 56 (i). The system direction is measured by a fiber optic gyrocompass 256. Depth is constantly measured by Digiquartz depth sensor 254 and altitude by altimeter 262. The positioning loop then provides power to thrusters 56 (2) and 56 (3) using the mean and normal distribution for the mean error calculated according to the above equation to make system 50 desired Carry to the position.

スラスタ56(2)、56(3)によって負荷43を伴うシステム50を所望の座標へ駆動する間、スラスタ56(1)、56(4)を使用して、システム50およびその負荷43の回転を打ち消す。これにより制御が向上する。というのは、特に重い負荷の場合に、回転運動の結果、負荷に他の望ましくない運動が生じることがあり、これは制御が困難だからである。負荷を伴うシステム50が、所望の座標上にある場合、負荷はシステム50とともに巻き上げワイヤ42によって下降する。負荷43の下降中、負荷43はシステム50によって絶えず制御され、これを回転させずに所望の位置に維持する。   While driving the system 50 with the load 43 to the desired coordinates by the thrusters 56 (2), 56 (3), the thrusters 56 (1), 56 (4) are used to rotate the system 50 and its load 43. Counteract. This improves control. This is because, especially under heavy loads, the rotational movement can result in other undesirable movements in the load, which is difficult to control. If the system 50 with a load is on the desired coordinates, the load is lowered by the winding wire 42 with the system 50. During the lowering of the load 43, the load 43 is constantly controlled by the system 50 and maintains it in the desired position without rotating.

次の位相では、システム50は例えば海底4から約200m以下である。次に、ドップラー・ログ・ユニット266は底部トラック・モードに入る。これによって、作業は、海底4の標的位置への最終アプローチのため、より正確で高速な応答モードに変化する。次に、ドップラー・ログ・ユニット266および運動センサ256付きのジャイロコンパスを使用して、USBLのランダム・ノイズをフィルタリングする。フィルタリングしたら、正確なシステム50の速度を含むナビゲーション・データの良好な読取りによって、位置制御ループが極めて迅速化かつ安定する。数センチメートルまでの動作制御が獲得される高度に微調整された制御ループが、結果として生じる。次に、ソナー・ユニット260およびドップラー・ログ・ユニット266を使用して、標的ポイントの周囲に関する情報を提供し、したがって負荷43を適正な座標および適正な方向に配置することができる。次に、必要に応じて、スラスタ制御プロセッサ240によって制御されたとおり、スラスタ56(1)、56(4)により負荷43に回転を与えることができる。   In the next phase, the system 50 is, for example, about 200 m or less from the seabed 4. The Doppler log unit 266 then enters bottom track mode. This changes the work to a more accurate and faster response mode for the final approach to the target location on the seabed 4. The USBL random noise is then filtered using a gyro compass with Doppler log unit 266 and motion sensor 256. Once filtered, a good reading of the navigation data, including accurate system 50 speed, will make the position control loop very fast and stable. A highly fine-tuned control loop that results in motion control up to a few centimeters results. The sonar unit 260 and the Doppler log unit 266 can then be used to provide information about the perimeter of the target point, so that the load 43 can be placed in the proper coordinates and in the proper direction. Next, as required, the load 43 can be rotated by the thrusters 56 (1), 56 (4) as controlled by the thruster control processor 240.

正規平均誤差を減少させるため、スラスタ56(2)、56(3)に2つの制御ループ、つまり平均誤差制御ループおよびさらなる制御ループを設ける。   In order to reduce the normal average error, the thrusters 56 (2), 56 (3) are provided with two control loops: an average error control loop and a further control loop.

平均誤差制御ループは、平均誤差を減少させるよう、両方のスラスタ56(2)、56(3)に合わせて動力を等しく調節する。システム50が標的座標に到達するにつれ、スラスタ56(2)、56(3)への駆動出力は、システム50が海流中でその位置を移動できるようなレベルへと減少する。つまり、駆動出力は、最初は平均誤差に比例したレベルに設定された。しかし、システム50が標的座標に近づくにつれ、制御ループはスラスタ56(2)、56(3)に加わる駆動出力を徐々に減少させる。システム50が標的座標に到達するにつれ、スラスタ56(2)、56(3)への駆動出力が海流の強度を打ち消す平衡に到達する。平均誤差制御ループは、両方のスラスタ56(2)、56(3)に等しい記号の等しい力を提供する。   The average error control loop adjusts the power equally for both thrusters 56 (2), 56 (3) to reduce the average error. As the system 50 reaches the target coordinates, the drive output to the thrusters 56 (2), 56 (3) decreases to a level that allows the system 50 to move its position in the ocean current. That is, the drive output was initially set to a level proportional to the average error. However, as the system 50 approaches the target coordinates, the control loop gradually reduces the drive power applied to the thrusters 56 (2), 56 (3). As the system 50 reaches the target coordinates, the drive output to the thrusters 56 (2), 56 (3) reaches an equilibrium that cancels the ocean current intensity. The average error control loop provides equal force with a sign equal to both thrusters 56 (2), 56 (3).

正規平均誤差を減少させるため、さらなる制御ループを提供する。このさらなる制御ループは、海流に対して直角の運動が生成されるよう、スラスタ56(2)、56(3)に加えられる個々の力を調節する。さらなる制御ループは、このため、両方のスラスタ56(2)、56(3)に反対の記号の等しい力を加える。正規平均誤差を減少させるためにスラスタ56(2)、56(3)に加えられる力は、システム50が標的座標へと移動するにつれ、ゼロへと直線に減少することが好ましい。平均誤差の垂線がゼロに達したポイントで、海流方向が変化していないと仮定すると、システム50は正確に海底4の標的位置の上に位置し、スラスタ56(2)、56(3)に動力が供給されて、システム50を適正な座標上に維持し、海流を補正する。   An additional control loop is provided to reduce the normal mean error. This additional control loop adjusts the individual forces applied to the thrusters 56 (2), 56 (3) so that a motion perpendicular to the ocean current is generated. A further control loop thus applies equal forces of opposite signs to both thrusters 56 (2), 56 (3). The force applied to thrusters 56 (2), 56 (3) to reduce the normal mean error preferably decreases linearly to zero as system 50 moves to the target coordinates. Assuming that the normal direction has not changed at the point where the average error perpendicular has reached zero, the system 50 is positioned exactly above the target location on the seabed 4 and the thrusters 56 (2), 56 (3) Power is supplied to maintain the system 50 on the proper coordinates and correct for ocean currents.

海流の方向が変化すると、上述した制御ループがスラスタに加わる力を調節し、最終的にシステムの方向を変化させる必要がある。新しい海流方向がシステム50に作用するので、システム50が標的座標から移動するにつれ、正規平均誤差が増加し始める。この効果を克服するため、正規平均誤差のサイズを再び制御して、ゼロへ減少させる。海流またはシステム50の自然のドリフトを打ち消すよう、システムの方向を変更する。   When the direction of the ocean current changes, the control loop described above needs to adjust the force applied to the thruster and eventually change the direction of the system. As the new ocean current direction acts on the system 50, the normal average error begins to increase as the system 50 moves from the target coordinates. To overcome this effect, the size of the normal mean error is again controlled and reduced to zero. The direction of the system is changed to counteract the ocean current or the natural drift of the system 50.

回転式アクチュエータ65(1)、65(2)の回転方向は、垂線平均誤差の記号によって画定される。回転式アクチュエータ65(1)、65(2)を必要な位置に回転するのに必要な時間を短縮するため、スラスタ制御プロセッサ240がアルゴリズムを使用して、必要な方向への最短ルートを画定する。   The direction of rotation of the rotary actuators 65 (1), 65 (2) is defined by the normal average error symbol. To reduce the time required to rotate the rotary actuators 65 (1), 65 (2) to the required position, the thruster control processor 240 uses an algorithm to define the shortest route in the required direction. .

例えばナビゲーション・プロセッサ202に接続されたジョイスティック(図示せず)などによる手動制御も配置されることが想定される。   For example, it is assumed that manual control by a joystick (not shown) connected to the navigation processor 202 is also arranged.

システム50の位置決め中に、速度制御も加えることが好ましい。システム50が標的の座標に近づくにつれ、システム50の速度が低下することが好ましい。例えば、システム50と標的間の距離が所定の第1閾値より大きい場合、スラスタは、システム50に最大速度を提供するよう制御される。この第1閾値と標的座標への距離の第2閾値との間に、直線に減少する速度プロファイルを使用し、第2閾値は第1閾値より小さい。第2閾値より小さい距離以内で、システムはほぼゼロの速度に維持される。   Speed control is also preferably added during positioning of the system 50. It is preferred that the speed of the system 50 decreases as the system 50 approaches the target coordinates. For example, if the distance between the system 50 and the target is greater than a predetermined first threshold, the thruster is controlled to provide the system 50 with a maximum speed. A linearly decreasing velocity profile is used between the first threshold and the second threshold for the distance to the target coordinate, the second threshold being less than the first threshold. Within a distance less than the second threshold, the system is maintained at approximately zero speed.

USBLの測定
USBLの測定原理は、2つの変換器間の正確な位相測定に基づく。1つの実施形態では、短基線(SBL)と超短基線(USBL)との組合せを使用し、それによって位相の曖昧さなく変換器間に大きい距離を使用することができる。USBLでは、正確度は信号対雑音比、および(干渉計測定法のように)変換器間の距離に依存する。次に、寸法に関して距離と流体力学的部品によって制限された周波数の兼ね合いをとる。
USBL Measurement The USBL measurement principle is based on accurate phase measurement between two transducers. In one embodiment, a combination of short baseline (SBL) and ultrashort baseline (USBL) can be used, thereby allowing large distances between transducers without phase ambiguity. In USBL, accuracy depends on the signal-to-noise ratio and the distance between the transducers (like interferometer measurements). Next, a trade-off is made between the distance and the frequency limited by the hydrodynamic component in terms of dimensions.

曖昧さは、SBL測定値を相関データ処理と組み合わせて使用することにより、計算される。信号対雑音比は、このような相関処理の使用によって改善される。下式はUSBLの一般的正確度を画定する。

Figure 0004485895

ここで、σθは標準角偏差、
Lは変換器の距離、
λは波長、
θは方位角である。 Ambiguity is calculated by using SBL measurements in combination with correlation data processing. The signal to noise ratio is improved by using such correlation processing. The following equation defines the general accuracy of USBL.
Figure 0004485895

Where σ θ is the standard angular deviation,
L is the distance of the transducer,
λ is wavelength,
θ is the azimuth angle.

上記で与えられた式は、変換器の距離Lを増加することによって、つまりアレイを増加させることによって改善されることを示す。さらに、周波数が高くなると正確度が向上する。流体力学的側面および位相の曖昧さがこれらのパラメータを減少させる。信号対雑音比は、相関データ処理を使用することにより増加する。   The equation given above shows that it can be improved by increasing the distance L of the transducer, ie by increasing the array. Furthermore, the accuracy increases as the frequency increases. Hydrodynamic aspects and phase ambiguity reduce these parameters. The signal to noise ratio is increased by using correlation data processing.

距離および正確度を最適にするため、位相メータ測定には16kHzの周波数を使用することが好ましい。相関プロセスによって、多重通路の識別のために、狭いパルス長を維持しながら、距離範囲を増加させることができる。   In order to optimize distance and accuracy, it is preferable to use a frequency of 16 kHz for the phase meter measurement. The correlation process can increase the distance range while maintaining a narrow pulse length for multipath identification.

曖昧さの位相測定のため、システムはSBLで作動して、範囲セクタを判断し、セクタ内のUSBLで作動して、最高の正確さを達成する。   For ambiguity phase measurement, the system operates with SBL to determine the range sector and operates with USBL within the sector to achieve the highest accuracy.

範囲は、かなり低い周波数を使用することにより、8000mを上回る距離まで増加してもよい。   The range may be increased to distances greater than 8000 m by using fairly low frequencies.

付録A
カルマン・フィルタ
カルマン・フィルタは、恐らく海洋産業で最もよく知られた技術である。これは、最新の履歴に基づいて計算された予想値に向かう比較に基づいた高速のフィルタリング方法を与える。カルマン・フィルタリングについては詳細しないが、例えばM.S. GrewalおよびA.P. Andrews Prentice Hallによる「Kalman Filtering - Theory and Practice」(ISBN 0-13-211335-X)を参照されたい。
Appendix A
Kalman filter The Kalman filter is probably the best known technology in the marine industry. This gives a fast filtering method based on a comparison towards the expected value calculated based on the latest history. Kalman filtering is not detailed, but see, for example, “Kalman Filtering-Theory and Practice” (ISBN 0-13-211335-X) by MS Grewal and AP Andrews Prentice Hall.

位置トラックを速度データ(ドップラー・ログ)と組み合わせることができ、各ポイントは、隣接ポイント、時間の距離および実際の速度に基づいて改善される。カルマン値と改善される速度との間の重みは、ドップラー効率係数によって決定され、値が高いほど速度を考慮に入れる。
利点: 欠点:
非常に高速である かなり「平滑でない」結果
速度で改善できる 速度と位置の最善の組合せではない
The position track can be combined with velocity data (Doppler log) and each point is improved based on adjacent points, distance in time and actual velocity. The weight between the Kalman value and the improved speed is determined by the Doppler efficiency factor, with higher values taking into account speed.
Advantages: Disadvantages:
Very fast Can be improved with fairly “smooth” result speed Not the best combination of speed and position

単純フィルタ
単純フィルタは、全ての位置を急いで調べ、最小の二乗誤差を与える平滑な曲線を計算する。つまりある種の最小二乗適合線である。
利点: 欠点:
高速である ドップラー・ログ・データを使用しない
結果が平滑である 曲線トラックに似ていない
Simple Filter A simple filter quickly searches all positions and calculates a smooth curve that gives the least square error. That is a kind of least squares fit line.
Advantages: Disadvantages:
Fast Doppler log data is not used The result is smooth Not like a curved track

サロモンセン・フィルタ
サロモンセン・フィルタはデンマークの数学者でオルフス大学の教授兼博士であるHans Anton Salomonsenにちなんで命名され、高統合フィルタである。これはドップラー・トラックの短期間の安定性を利用し、これを位置トラックの長期の耐性と組み合わせる。
Salomonsen filter The Salomonsen filter is a highly integrated filter named after Hans Anton Salomonsen, a Danish mathematician and professor and PhD of the University of Aarhus. This takes advantage of the short-term stability of the Doppler track and combines this with the long-term tolerance of the position track.

説明
フィルタは、トラックに沿って時間を付加した位置データ、さらにドップラー・データがある状況で使用する。ドップラー・データは、通常は非常に精密であるが、絶対位置に関する情報は一切与えない。これに対して、位置データは絶対位置であるが、通常はそれほど精密でない。
Description Filters are used in situations where there is position data along the track, plus Doppler data. Doppler data is usually very precise, but gives no information about absolute position. In contrast, position data is an absolute position, but is usually not very precise.

フィルタは2組のデータを組み合わせて、絶対位置を有する精密なトラックを生成する。これは以下のように実行する。
1.ドップラー・データを使用して、トラック、つまり三次式近似として形成されるトラックの形状を構築する。
2.起点(0,0)から開始し、ドップラー・データによって画定された通りの速度を使用する。
3.次に、位置データを使用してトラックを正確に位置決めする。トラックは、最小二乗技術を使用して可能な限り良好に、位置データに適合するよう並進、回転、および直線に延伸/圧縮される。
4.主に並進となる。しかし、他の変形も、ドップラー・データにあり得る系統的誤差を補正する働きをする。
The filter combines the two sets of data to produce a precise track with an absolute position. This is done as follows.
1. Doppler data is used to build the shape of the track, that is, the track formed as a cubic approximation.
2. Start at the origin (0,0) and use the velocity as defined by the Doppler data.
3. The position data is then used to accurately position the track. The track is stretched / compressed in translation, rotation, and straight to fit the position data as best as possible using the least squares technique.
4). Mainly translation. However, other variations also serve to correct systematic errors that may be present in Doppler data.

位置データは、2での修正でのみ使用するという事実は、位置データがかなり平均化を課されることを意味する。これは、位置測定の不確定さを減少させる。したがって、多くの位置データがある場合は、トラックの絶対位置が単独の各位置測定よりはるかに精密になると予想される。
H.A.サロモンセン
The fact that the location data is only used in the correction by 2 means that the location data is heavily averaged. This reduces position measurement uncertainty. Thus, if there is a lot of position data, the absolute position of the track is expected to be much more precise than each individual position measurement.
H. A. Salomonsen

数学的説明
アルゴリズムは5つのステップに分割される
ステップ1:
各ポイントの加速度を計算する
1/2h k+1 (X ”+X k+1 ”)=X k+1 ’−X
ここで
=t −t k−1
=速度測定のタイムスタンプ
’=t における速度測定値
”=t における加速度測定値
ステップ2:
加速度および速度、および(以前の速度測定値および加速度に基づいて)以前に計算した位置に基づき、次の位置を計算する。
k+1 =Sqr(h k+1 )/6(2X ”+X k+1 ’)+h +1X ’+X
ここで =t において計算した位置(速度タイムスタンプ)
ステップ3:
(第1速度測定値を使用して)実際のタイムスタンプで位置を計算する
X(t)=1/2h k+1 {((h k+1 )^2(t-t k )+1/3(t k +1-t)^3-1/3(h k+1 )^3)X k+1 ”/3(t-t k )^3X k+1 "}
ここで
X(t)=時間tにおける位置
ステップ4:
第1速度測定値の位置を位置計算値に加算する
ステップ5:
位置計算値を現実の位置線の適合度に合わせて移動、回転、延伸または圧縮する
利点: 欠点
最高のドップラーと位置を組み合わせる 複雑なマトリクスのために遅くなる
全データを考慮に入れる 良好なドップラー・ログに依存する
結果が平滑である
Mathematical explanation The algorithm is divided into five steps: Step 1:
Calculate the acceleration at each point
1 / 2h k + 1 (X 1 ″ + X k + 1 ″) = X k + 1 ′ −X k
here
h k = t k −t k−1
t k = Time measurement time stamp
Speed measurement at X k ′ = t k
Acceleration measurement at X k ″ = t k Step 2:
Based on the acceleration and velocity and the previously calculated position (based on previous velocity measurements and acceleration), the next position is calculated.
X k + 1 = Sqr (h k + 1) / 6 (2X k "+ X k + 1 ') + h k + 1X k' + X k
Where calculated at X k = t k (speed time stamp)
Step 3:
Calculate position with actual time stamp (using first velocity measurement)
X (t) = 1 / 2h k + 1 {((h k + 1 ) ^ 2 (tt k ) +1/3 (t k + 1-t) ^ 3-1 / 3 (h k + 1 ) ^ 3) X k + 1 ”/ 3 (tt k ) ^ 3X k + 1 "}
Where X (t) = position at time t Step 4:
Step 5 of adding the position of the first speed measurement value to the position calculation value:
Advantages of moving, rotating, stretching or compressing the position calculation to match the position of the actual position line: Combining the best Doppler with the position Disadvantages Takes into account all the slow data due to the complex matrix Good Doppler Log-dependent results are smooth

サロモンセン光
サロモンセン・フィルタの光バージョンは、NaviBatオンライン・プログラムで最初に導入され、解決の高速化を2つの方法の良い方と組み合わせるよう考案された。
Salomonsen Hikari The optical version of the Salomonsen filter was first introduced in the NaviBat online program and was devised to combine a faster solution with the better of the two methods.

オンラインの性質のため、フィルタ・ポイントの決定に履歴を使用するだけである。したがって、結果は線の開始時に比較的粗く、移動するにつれ良好になる。   Because of its online nature, it only uses history to determine filter points. The result is therefore relatively coarse at the start of the line and becomes better as it moves.

基本操作
フィルタは、リセット・コールから開始して、フィルタを初期化する。リセットは、第1速度測定値を使用して実行される。フィルタは速度と位置のデータ両方を使用する。三次式近似曲線は、速度記録を使用し、位置をこの曲線に可能な限り良好に適合させて生成する。
Basic operation The filter initializes the filter, starting with a reset call. The reset is performed using the first speed measurement. The filter uses both velocity and position data. A cubic approximation curve is generated using velocity recording and the position is fitted as well as possible to this curve.

フィルタは、後に処理するため、保存した位置記録を読みとる。   The filter reads the stored location record for later processing.

速度記録を読み取ったら、「ノット」を作成する。以前の速度記録と現在の速度記録(単位は時間)との間に位置読取り値がある場合は、それを調節して曲線に適合させる。   After reading the velocity record, create a “knot”. If there is a position reading between the previous speed record and the current speed record (in hours), adjust it to fit the curve.

履歴
フィルタ利得パラメータは0から1の値で、ドップラー・ログ・データおよび履歴が流ポイントに及ぼす影響を制御する。
The history filter gain parameter ranges from 0 to 1 and controls the effect of Doppler log data and history on the flow point.

1の値では、ライン上にあるドップラー・ログ・データおよび履歴はより大きい重みを有する。値が小さくなるのは、有効な速度記録より多くの位置記録がある場合のみである。   At a value of 1, the Doppler log data and history on the line has a greater weight. The value is reduced only when there are more position records than valid speed records.

有用な値は0.9から1の範囲、例えば0.99である。   Useful values are in the range of 0.9 to 1, for example 0.99.

誤差補正
位置および速度記録は、以前のデータを使用して予測した値と比較することができる。いつデータを拒否するか、制限を設定してもよい。
Error correction The position and velocity records can be compared to values predicted using previous data. Limits may be set when data is rejected.

リセット
多くの誤ったデータ・ポイントがある場合は、フィルタがトラックを失う危険がある。オペレータはフィルタを手動でリセットする、つまり履歴を抹殺することができる(自動リセットを設計するために試みられる)。
利点: 欠点
最善のドップラーと位置を組み合わせる ライン開始時に「平滑でない」
高速である
全体的結果が平滑である
ノイズの多いドップラー・データを扱える
Reset If there are many erroneous data points, there is a risk that the filter will lose track. The operator can manually reset the filter, i.e. kill the history (attempted to design an automatic reset).
Advantages: Disadvantages Combining the best Doppler and position "Not smooth" at the start of the line
Can handle noisy Doppler data with fast overall results that are smooth

沖合石油化学採収専用のFPSO(浮遊、採集、貯蔵および荷下ろしシステム)の略図を示す。Schematic representation of an FPSO (floating, collecting, storing and unloading system) dedicated to offshore petrochemical collection. 先行技術によるクレーン船を示し、比較的長いワイヤ・ロープでクレーン・ブロックに装備された負荷を表し、それによって大きい深度では負荷の制御が事実上不可能であることを理解することができる。It shows a prior art crane ship and represents the load mounted on the crane block with a relatively long wire rope, so that it can be understood that control of the load is virtually impossible at large depths. 先行技術により海底との間で負荷を配備および/または回収するクレーン船および水中システムを示す。1 shows a crane ship and underwater system for deploying and / or recovering loads from the seabed according to the prior art. 水中システムの可能な実施形態の詳細な概要図を示す。FIG. 2 shows a detailed schematic diagram of a possible embodiment of an underwater system. 回転式スラスタの1つの詳細な概要図を示す。1 shows a detailed schematic diagram of one of the rotating thrusters. 上から見た水中システムを示す。The underwater system seen from above is shown. 幾つかの検出器を伴う主要モジュールの下側を示す。The lower side of the main module with several detectors is shown. 幾つかの検出器を伴う主要モジュールの下側を示す。The lower side of the main module with several detectors is shown. 船舶上の電子機器の略ブロック図を示す。1 shows a schematic block diagram of an electronic device on a ship. 音線に関する、および水中システムに関する電子機器の略ブロック図を示す。1 shows a schematic block diagram of an electronic device relating to sound rays and an underwater system. 水中システムをその標的位置へと駆動する間に使用する3つの異なる座標系の定義を示す。3 shows the definition of three different coordinate systems used while driving an underwater system to its target position.

符号の説明Explanation of symbols

50 水中システム
51 主モジュール
52 カウンタ・モジュール
56 スラスタ
57 ジャッキ
58 ジャッキ
200 電子機器
249 水中電子機器
250 音響アレイ
252 ジャイロコンパス
258 音速メータ
260 ソナー機器
266 トップラー・ログ
50 Underwater system 51 Main module 52 Counter module 56 Thruster 57 Jack 58 Jack 200 Electronic device 249 Underwater electronic device 250 Acoustic array 252 Gyrocompass 258 Sound velocity meter 260 Sonar device 266 Topler log

Claims (14)

音速メータ(248)を備えた音響アレイ(250)を含み、水中に配備されるようになった装置であって、該音響アレイ(250)は水中機器(249)からの音響信号を受け取り且つ音響アレイ(250)の出力データを処理構成に送るように配置されていて、該処理構成は船舶に設けられ、実時間で、当該出力データに基づき該音響アレイ(250)に対する前記水中機器(249)の位置を計算するようになっており、前記音速メータ(248)は水の上に浮いている船の直下における流体層内の音の速度を測定し且つ音速メータ(248)の出力データを前記処理構成に送るように配置されていて、該処理構成は、当該音速メータ(248)の出力データに基づき、実時間で、前記水中機器(249)の位置の計算を補正するようになっている装置。 A device comprising an acoustic array (250) with a sound velocity meter (248) adapted to be deployed in water, said acoustic array (250) receiving acoustic signals from underwater equipment (249) and acoustic Arranged to send the output data of the array (250) to the processing arrangement, the processing arrangement being provided in the ship, and in real time the underwater equipment (249) for the acoustic array (250) based on the output data The sound speed meter (248) measures the speed of sound in the fluid layer immediately below the ship floating on the water and outputs the output data of the sound speed meter (248). Arranged to be sent to a processing arrangement, which corrects the calculation of the position of the underwater device (249) in real time based on the output data of the sonic meter (248). apparatus. 前記音響アレイ(250)は、該音響アレイ(250)の転位、ロール及びピッチを測定して出力データを前記処理構成に送る運動センサ(252)を含み、該処理構成は、該運動センサ(252)の出力データに基づき前記水中機器(249)の位置の計算を、実時間で補正するようになっている、請求項1に記載の装置。 The acoustic array (250), dislocation of the acoustic array (250) includes an exercise sensor that sent to the processing arrangement of the output data by measuring the roll and pitch (252), said processing arrangement, said motion sensor The apparatus according to claim 1, wherein the calculation of the position of the underwater device (249) is corrected in real time based on the output data of (252). 前記運動センサ(252)はジャイロコンパスを含む、請求項2に記載の装置。   The apparatus of claim 2, wherein the motion sensor (252) comprises a gyrocompass. 前記音響アレイ(250)は前記船の船体に装着されるようになっている、請求項1に記載の装置。   The apparatus of claim 1, wherein the acoustic array (250) is adapted to be mounted on a hull of the ship. 前記音響アレイ(250)は、音響尋問信号を前記水中機器(249)に送るように配置されている、請求項1に記載の装置。 The apparatus of claim 1, wherein the acoustic array (250) is arranged to send an acoustic interrogation signal to the underwater device (249). 前記音響アレイ(250)は、2つの直交する受信ベースで実行される受信モードで作動するように配置されており、これら2つの直交する受信ベースは、前記音響アレイ(250)に対する前記水中機器(249)の距離及び方位角を測定する、請求項1に記載の装置。 The acoustic array (250) is arranged to operate in the receive mode to be executed in two orthogonal reception base, the underwater equipment receiving base, to said acoustic array (250) to the two orthogonal ( 249). The apparatus of claim 1, wherein the distance and azimuth are measured. 各前記受信ベースは少なくとも1つのトランスジュサーを含む、請求項6に記載の装置。 The apparatus of claim 6, wherein each receiving base includes at least one transducer. 前記音響アレイ(250)は、受信した信号を増幅し、ろ過し、且つ前記処理構成に伝達するように配置されている、請求項1に記載の装置。 The apparatus of claim 1, wherein the acoustic array (250) is arranged to amplify, filter, and transmit a received signal to the processing arrangement. 音速メータ(248)を備えた音響アレイ(250)とデータ通信をするための処理構成(202,224,236,240)にして、
前記音響アレイ(250)は、水中に配置されるようになっており、かつ水中機器(249)から音響信号を受けるようにされ、
音速メータ(248)は、水面上の船体(40)直下の流体層の音速を測定するようになっており、
処理構成(202,224,236,240)は船舶に設けられ、前記音響アレイ(250)から音響アレイ出力データを受信するようにされ、該音響アレイ出力データに基づき、該音響アレイ(250)に相対的な前記水中機器(249)の位置を実時間で計算可能であり、
処理構成(202,224,236,240)は、前記音速メータ(248)から音速メータ出力データを受信し、かつ該音速メータ出力データに基づき、前記水中機器(249)の位置の計算の補正を実時間で可能である
処理構成。
A processing configuration (202, 224, 236, 240) for data communication with an acoustic array (250) equipped with a sound velocity meter (248),
The acoustic array (250) is adapted to be placed in water and receive acoustic signals from an underwater device (249);
The sound velocity meter (248) measures the sound velocity of the fluid layer directly below the hull (40) on the water surface.
A processing configuration (202, 224, 236, 240) is provided in the ship and is adapted to receive acoustic array output data from the acoustic array (250), and based on the acoustic array output data, the acoustic array (250) The relative position of the underwater device (249) can be calculated in real time;
The processing configuration (202, 224, 236, 240) receives sonic meter output data from the sonic meter (248), and corrects the calculation of the position of the underwater device (249) based on the sonic meter output data. Processing configuration that is possible in real time.
請求項9に記載の処理構成(202,224,236,240)において、表面位置決め機器(204)と船体のジャイロコンパス(206)との少なくとも一つとデータ通信するナビゲーションプロセッサ(202)をさらに有する処理構成。   10. The processing arrangement (202, 224, 236, 240) of claim 9, further comprising a navigation processor (202) in data communication with at least one of the surface positioning device (204) and the hull gyrocompass (206). Constitution. 請求項9又は10に記載の処理構成(202,224,236,240)において、前記音響アレイ(250)とデータ通信するようになった音響プロセッサ(224)をさらに有する処理構成。   11. The processing arrangement (202, 224, 236, 240) of claim 9 or 10, further comprising an acoustic processor (224) adapted for data communication with the acoustic array (250). 請求項9から11のいずれか一項に記載の処理構成(202,224,236,240)において、ドップラログ装置(266)とデータ通信するようになったスラスタ制御プロセッサ(240)をさらに有し、データ通信するようになった音響プロセッサ(224)をさらに有し、ドップラログ装置(266)は、前記水中機器(249)の深度での海水の潮流の強さと潮流の方向の少なくとも一つを測定するようになっている処理構成。 12. The processing arrangement (202, 224, 236, 240) according to any one of claims 9 to 11, further comprising a thruster control processor (240) adapted for data communication with a Doppler log device (266). And an acoustic processor (224) adapted to perform data communication, wherein the Doppler log device (266) has at least one of the strength of the seawater tide and the direction of the tide at the depth of the underwater device (249). The processing configuration that is to be measured. 請求項9から12のいずれか一項に記載の処理構成を有する船舶。   A ship having the processing configuration according to any one of claims 9 to 12. 請求項13に記載の船舶において、該船舶(40)直下の流体層に配置した音響アレイ(250)をさらに有する船舶。   The ship according to claim 13, further comprising an acoustic array (250) arranged in a fluid layer immediately below the ship (40).
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