BRPI0208284B1

BRPI0208284B1 - estação subaquática

Info

Publication number: BRPI0208284B1
Application number: BRPI0208284A
Authority: BR
Inventors: Phil Doolan
Original assignee: Nautronix Holdings Plc; Nautronix Ltd
Priority date: 2001-03-22
Filing date: 2002-03-22
Publication date: 2015-10-06
Also published as: EP1381878A1; NO335907B1; EP1381878A4; EP1379895B1; EP1379895A1; US7379388B2; US20050146985A1; EP1381878B1; EP1379895A4; NO20034154D0; WO2002077663A1; NO20034154L; NO336941B1; BR0208289A; US7382687B2; NO20034155L; WO2002077664A1; BR0208284A; NO20034155D0; BRPI0208289B1

Abstract

"estação subaquática". uma estação subaquática incluindo: um meio de transmissor (14, 16) localizado sobre um meio de flutuação (15) conectado à estação (1), e um meio de rastreamento (32) para determinar a localização relativa do meio de flutuação (15).

Description

“ESTAÇÃO SUBAQUÁTICA” CAM PO DA INVENÇÃO [001] A presente invenção relaciona-se a uma estação de comunicações subaquática, e em particular, uma estação subaquática capaz de transmitir e/ou receber sinais em um sistema de posicionamento acústico.

FUNDAM ENTO DA INVENÇÃO [002] Verificou-se um sistema de posicionamento subaquático com número de Pedido de Patente Australiano pendente, reivindicando prioridade de Pedido Provisório Australiano n° PR3894, cujo conteúdo está exposto aqui por meio de referência. Em um ambiente subaquático, tal como aquele exposto no Pedido pendente do Requerente, é necessário para sinais transmitidos de uma estação subaquática serem recebidos com potência de sinal suficiente. [003] Um dos fatores principais que reduzem a eficiência de comunicações subaquáticas é aquele de curvatura de raio. Curvatura de raio ocorre em um sistema de rastreamento de água profunda de longo alcance, (isto é, propagação horizontal de sinais acústicos). Densidade de água não uniforme faz sinais acústicos horizontais se retratarem verticalmente à superfície ou ao fundo de oceano. Este efeito limita o máximo alcance horizontal de rastreamento de água profunda. Se uma baliza for estendida no fundo do oceano, curvatura de raio limitará o alcance máximo, como o sinal acústico se retratará ao fundo do oceano bem antes que o sinal acústico alcance a superfície. A solução tradicional para este problema é estender uma série de balizas mais próximas juntas, que têm implicações de custo aumentado e manutenção óbvias. [004] Uma solução alternativa para o problema de curvatura de raio é transmitir sinais de baliza de potência muito alta. Quando o sinal acústico se retrata no fundo de oceano, uma pequena proporção deste sinal será refletida para cima em direção à superfície do oceano. Se o sinal acústico for bastante alto, o sinal será detectável à superfície. Este tipo de rastreamento é incerto e é difícil de predizer a potência do sinal acústico no receptor. O outro problema com sinais de alta potência é que uma fonte de energia maior é requerida na baliza. Ou uma fonte de energia grande e cara é usada ou a vida operacional da baliza é reduzida, como aproximadamente um aumento de dez vezes em potência é requerido.

OBJETIVO DA INVENÇÃO [005] É, portanto, um objetivo da presente invenção prover um sistema melhorado para permitir a transmissão de sinais em um ambiente aquático. Mais especificamente, a presente invenção busca prover uma estação subaquática, que provê um alcance de sinal maior sem necessariamente aumentar a potência de sinal.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO [006] Com os objetivos acima em mente, a presente invenção provê uma estação subaquática, incluindo: [007] um meio de transmissor localizado em um meio de flutuação, o meio de flutuação sendo conectado à estação; e [008] um meio de rastreamento para determinar a localização relativa do meio de flutuação relativa à estação. [009] O meio de flutuação pode ser conectado através de um cabo ou tubo ascendente flexível à estação. [010] Idealmente, o meio de rastreamento inclui pelo menos um hidrofone de transmissão localizado no meio de flutuação, e uma pluralidade de meios de recepção localizados na estação. Em uma configuração alternativa, um hidrofone de transmissão pode ser localizado na estação e meio de recepção localizado no meio de flutuação. [011] O hidrofone de transmissão pode ser um transmissor direcional configurado para dirigir um sinal de transmissão em direção à estação. [012] Idealmente, três ou quatro meios de recepção, tais como hidrofones de recepção, estão localizados na estação. O meio de recepção pode ser localizado a extremidades da estação, ou em uma concretização alternativa, em torno de um anel de transdutor. [013] A estação também pode incluir um meio de posicionamento para determinar inclinação, balanço, e/ou rumo da estação. [014] Em um aspecto adicional, a presente invenção provê uma estação subaquática, incluindo: [015] um meio de flutuação conectado à estação; e [016] um meio de rastreamento para determinar a localização relativa do meio de flutuação. [017] A estação subaquática pode ademais incluir um meio de processamento para determinar correntes subaquáticas como uma função da posição do meio de flutuação.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS [018] Figura (1) mostra uma configuração básica de uma concretização da estação subaquática. [019] Figura (2) mostra um diagrama de bloco de uma concretização da estação subaquática. [020] Figura (3) mostra uma possível aplicação da estação subaquática. [021] Figura (4) mostra o efeito de curvatura de raio sobre uma aplicação da presente invenção. [022] Figura (5) mostra o movimento relativo do sistema e a compensação requerida. [023] Figuras (6) e (7) mostram uma possível construção da estação da presente invenção. [024] Figura (8) mostra uma possível construção do anel de transdutor da concretização preferida da presente invenção. [025] Figura (9) ilustra desvio de Sensor Acústico, Mecânico e Rumo de Anel de Transdutor. [026] Figura (10) mostra uma vista de topo e lado de um possível arranjo da calibração de anel de transdutor. [027] Figura (11) mostra um diagrama de bloco do alojamento de eletrônica de estação e sub-montagens.

DESCRIÇÃO DETALHADA DA CONCRETIZAÇÃO PREFERIDA [028] A fim de tratar os problemas associados com curvatura de raio, a presente invenção busca estender a baliza de transmissão acima do fundo de oceano. Isto permitirá o sinal acústico se refratar abaixo, errar o fundo do oceano e então se refratar em direção à superfície do oceano, assim estendendo alcance. Isto apresenta problemas adicionais, visto que rastreamento hidroacústico requer a posição da baliza ser conhecida e a medição do alcance à baliza ser determinado. Um problema potencial em estender a baliza fora do fundo do oceano usando um tubo ascendente flexível é que a baliza se move com as correntes oceânicas. Dependendo da aplicação, tal sistema também pode precisar determinar a posição da baliza relativa a um dado fixo. Neste caso, o dado pode ser a estação (1). O sistema preferido é um sistema de rastreamento de Unha Base Curta de Água Profunda, que mede a posição do módulo de flutuação de baliza ou Módulo de Cabeça Fendida (SHM) (2) relativo à estação (1). Como a posição absoluta da estação (1) é conhecida e a posição relativa do SHM (2) é conhecida, então a posição absoluta do SHM (2) pode ser calculada. [029] A presente estação subaquática é única visto que o SHM está amarrado acima do fundo de mar e que há dois transmissores. O SHM (2) tem dois transmissores, um hidrofone de transmissão (14) que transmite à estação de fundo oceânico (1) e um hidrofone de transmissão (16) que transmite ao o receptor (4) do navio (5) (Hgura). Um hidrofone de transmissão (16) é um transmissor omnidirecional de alta potência que provê o sinal de rastreamento principal ao receptor (4) do navio (5) e a outras estações (1) na rede, se aplicável. O outro hidrofone de transmissão (14) é idealmente um transmissor direcional. Be pode ser de alta frequência, baixa potência é dirigido para baixo e é projetado para transmitir só à estação (1) no fundo oceânico. Na concretização preferida, quatro hidrofones de recepção (12) na estação (1) recebem o sinal do hidrofone de transmissão de cabeça fendida (14) e computa a posição de SHM (2). [030] Seguindo extensão das estações (1), o SHM (2) é estendido. O SHM (2) é amarrado à estação (1) por um cabo de tubo ascendente (10), e tem flutuabilidade positiva. Isto permite ao SHM (2) flutuar na ponta de seu cabo de tubo ascendente (10). Uma vez que o SHM (2) é estendido, estará livre para se mover nas correntes oceânicas (a distância acima do leito de mar variará com a corrente). [031] A posição do SHM (2), que pode ser crítica para a precisão do sistema, pode ser rastreada a fim de determinar a posição do SHM (2) relativa à posição da estação (1). O sistema de rastreamento de cabeçote fendido usa o sinal de hidrofone de transmissão (14) de SHM (2) para computar a posição do SHM (2). A estação (1) inclui quatro hidrofones de recepção (12) montados em posições conhecidas e calibradas. Embora três hidrofones sejam suficientes para computar a posição do SHM (2), possível sombreamento do sinal acústico pelo cabo de tubo ascendente (10) necessita um quarto receptor no sistema preferido. O quarto hidrofone de recepção (12) também provê redundância no caso de falha de um hidrofone de recepção (12). Dos tempos de percurso entre o SHM (2) e hidrofones de recepção (12), o alcance do SHM (2) pode ser determinado relativo à estação de fundo oceânico (1). Das diferenças nos tempos de percurso, o azimute e rumo do SHM (2) podem ser unicamente determinados. O sensor de rumo e inclinação (35) (Hgura 5) é usado para prover correção para a orientação estática da estação (1) e para criar um plano de dado imaginário paralelo à superfície da água. Portanto, a posição relativa da cabeça fendida (2) com respeito à estação (1) pode ser completamente e unicamente determinada. Como a estação (1) teria sido inspecionada em posição estendida, ou caso contrário, localizada, a posição absoluta do SHM (2) pode ser calculada. Se houver um sinal registrado de mais de três hidrofones de recepção (12), então há informação adicional que pode ser usada para melhorar a precisão da posição calculada da cabeça fendida. Um algoritmo de mínimos quadrados é usado para maximizar o ganho de precisão da informação extra. [032] A eletrônica de estação (1) idealmente inclui várias sub-montagens montadas em um alojamento (25) (Figura 11) projetado para resistir a pressões extremamente altas. As sub-montagens podem incluir: i) controlador principal (31) e gerador de sinal (30) ii) processador e detector de sinal (33) iii) conversor de CCpara CCde alta tensão (27) iv) amplificador de classe D de alta potência (28) v) condicionador de transdutor (29) vi) gerenciador de bateria (26) vii) controlador de rastreamento de cabeça fendida (32) [033] O controlador principal (31) supervisiona a operação da estação inteira (1). É responsável por gerar toda a temporização interna de precisão, e decodificar todas as mensagens da unidade de processador e detector de sinal (33) e atuar neles. Também é responsável por gerar a informação de sinalização de espectro espalhado digital (DSS). O sinal gerado pelo controlador principal (31) é amplificado pelo amplificador de classe D (28) e então pelo condicionador de transdutor (29) para ao próprio hidrofone de transmissão (16). O amplificador de classe D (28) é energizado de alta tensão gerada pelo conversor de CCpara CC(27). A seção de processador e detector de sinal (33) é responsável por detectar um sinal de DSS de entrada e então extrair informação adicional codificada com o sinal para processamento pelo controlador principal (31). [034] Há duas montagens internas adicionais: [035] A primeira é o gerenciador de batería (26), que assegura que energia máxima possa ser extraída dos módulos de bateria (13). Também monitora as condições de falha em qualquer dos módulos de bateria (13) e atua para minimizar a quantidade de tempo que a estação não está transmitindo. Informação de falha também é retransmitida por ligação de telemetria a qualquer navio de superfície (5) para ação corretiva. [036] A segunda montagem extra é o controlador de rastreamento de cabeça fendida (32) (Figura 11), que calcula a posição de hidrofones de transmissão (14) com respeito à estação (1)- [037] Cada estação (1) pode transmitir um sinal de DSS unicamente codificado a um intervalo regular. O sistema idealmente usa um sistema de codificação que permite a recepção simultânea de sinais múltiplos (por exemplo, até 16 estações). O sistema de codificação deveria também prover imunidade a ruído melhorada de fontes de interferência como navios ruidosos ou outros sistemas de rastreamento acústicos. [038] As profundidades e topologia do fundo oceânico ao qual as estações (1) estão estendidas podem variar consideravelmente. Como previamente notado, para tratar o problema de curvatura de raio e também permitir comunicação de interestação, o SHM (2) é flutuado acima do fundo oceânico. Quer dizer, o hidrofone de transmissão (16) é preferivelmente elevado acima do fundo de mar no SHM (2). O SHM (2) incluiu um módulo de flutuação (15), que leva o hidrofone de transmissão principal (16) acima da estação (1). O SHM (2) é conectado à estação (1) por um cabo de tubo ascendente elétrico (10). [039] Geralmente falando, a altura do SHM (2) acima da estação (1) deve ser aumentada como uma função de profundidade de água. Porém, desde que o SHM (2) é rastreado pela estação (1), a altura deveria ser mantida a um mínimo. Idealmente, o SHM (2) não será flutuado maisde 100 m acima da estação (1), assim para não indevidamente afetar a precisão do sistema. [040] Cada estação pode ser estendida por um de três métodos preferidos. Ees são: 1) queda livre de um navio de superfície; 2) abaixado em posição usando um cabo de extensão de um navio na superfície; ou 3) abaixado em posição usando um veículo remotamente operado (ROV). [041] O SHM (2) da concretização preferida terá flutuabilidade positiva e será amarrado por um cabo de tubo ascendente (10). [042] Dependendo de requisitos específicos, a quantidade de flutuação em cada SHM (2) pode ser ajustável e a quantidade do cabo de tubo ascendente (10) estendido também pode ser ajustável. Quer dizer, a quantidade de flutuabilidade e comprimento de cabo podem ser ajustados. [043] A estação (1) também pode incluir um chassi (3) (Figuras 6 e 7), que é um aparelho mecânico que transporta, aloja e suporta os componentes da estação (1). Para determinar sua posição relativa à posição de estação (1) e para maximizar a precisão de rastreamento do sistema, o SHM (2) deveria ser rastreado pela estação (1). A fim de rastrear a posição do SHM (2) no sistema preferido, um sistema de rastreamento de cabeça fendida também é instalado no chassi (3), de forma que a posição exata do SHM (2) possa ser fatorada em cálculos de alcance. [044] O sistema de rastreamento de cabeça fendida usa um hidrofone de transmissão (14) montado no SHM (2) e quatro hidrofones de recepção (12) montados na estação (1). Os quatro hidrofones de recepção (12) em um arranjo, podem ser montados nos cantos extremos do chassi (3). Isto maximiza os ângulos vistos pelo hidrofones de recepção (12) para cálculos e para redundância. [045] O sistema de rastreamento de cabeça fendida pode incluir um hidrofone de transmissão (14) no SHM (2), os quatro hidrofones de recepção (12) montados na estação (1), como também o controlador de rastreamento de cabeça fendida (32). Os hidrofones de recepção (12) deveríam ser montados em pontos para prover uma visão do SHM (2) acima, e idealmente em pontos tão separadamente quanto possível na estação (1). O sistema de rastreamento de cabeça fendida usa o sinal de hidrofone de transmissão (14) para prover uma solução para a posição do SHM (2) para o controlador de rastreamento de cabeça fendida (32). O sistema de rastreamento pode usar técnicas de SBL de alta frequência para rastrear precisamente a posição do hidrofone de transmissão (14) relativa à estação (1). O posicionamento também pode ser corrigido para a arfada, balanço e rumo da estação (1) pelo sensor de rumo e inclinação (35), para dar uma posição absoluta do SHM (2). [046] No sistema preferido como mostrado nas Figuras 6 a 9, o sistema de rastreamento de cabeça fendida inclui um anel de transdutor (34) preso à cada estação (1), incluindo quatro hidrofones de recepção (12), um sensor de rumo e inclinação (35) e circuitos eletrônicos de condicionamento de sinal associados. [047] Cada um dos módulos de batería (13) pode ser alojado em um alojamento de bateria (36) para prover melhor proteção para as baterias e também ajudar na instalação das baterias. O alojamento de bateria (36) pode ser retido em posição por um suporte de montagem (37). [048] Coberturas de cabo (38) também podem ser incluídas. O anel de transdutor (34) idealmente estará localizado centralmente sobre o cabo de tubo ascendente (10) para prover a maior precisão. O anel de transdutor (34) aloja cada um dos hidrofones de recepção (12). Pode ser visto que os hidrofones de recepção (12) são idealmente espalhados uniformemente em torno do anel de transdutor (34). Foi achado, como notado acima, que quatro hidrofones de recepção (12) provêem resultados ótimos, e também protegem contra sinais bloqueados a um hidrofone de recepção (12). Será apreciado que um número maior de hidrofones de recepção (12) pode ser incluído, que também pode prover maior precisão no posicionamento do SHM (2). Também será apreciado que se hidrofones de recepção (12) extras forem adicionados ao anel de transdutor (34), então a saída desses hidrofones de recepção (12) pode ser adicionada diretamente ao algoritmo de mínimos quadrados para melhorar a precisão em posição do SHM (2) sem alterar a arquitetura do sistema. Se o sistema incluir um sensor de rumo e inclinação (35), então isto também deveria ser idealmente localizado no anel de transdutor (34). Estes dispositivos podem ser rigidamente acoplados juntos e calibrados como uma única unidade. O anel de transdutor (34) é então preso à estação (1) e recalibrado para remover erros de ferro associados com a estação, Para sistemas de alta precisão, este procedimento de calibração é imperativo para assegurar a precisão do sistema de rastreamento de cabeça fendida. [049] O propósito do procedimento de calibração é duplo: primeiramente, para determinar o centro acústico de cada um dos quatro hidrofones de recepção (12) para todos os pontos dentro do alcance de transmissão, e em segundo lugar, para calibrar o sensor de rumo e inclinação (35) para corrigir erros de ferro duro e macio. [050] Os centros acústicos de cada um dos hidrofones de recepção (12) deveríam ser determinados precisamente a fim de que a linha base de medição possa ser calculada. O centro acústico dos hidrofones de recepção (12) pode variar com direção, ângulo de azimute e frequência, e portanto o centro acústico deveria ser determinado para todos estes parâmetros. [051] Como mostrado na Figura 10, o anel de transdutor (34) está montado sobre uma plataforma giratória em um tanque de teste hidroacústico com um hidrofone de transmissão (14) em uma posição conhecida, e consequentemente ângulo de azimute conhecido. O tempo de chegada do sinal de cada um dos quatro hidrofones de recepção (12) é então medido para cada frequência e o centro acústico dos hidrofones de recepção (12) é então calibrado e armazenado em memória não volátil. O anel (34) é então girado uma quantidade conhecida e o processo é então repetido até que todos os centros acústicos para todos os ângulos de direção tenham sido registrados. O hidrofone de transmissão (14) é então movido a uma nova posição (consequentemente, novo ângulo de azimute) e o anel (34) é novamente girado para registrar um novo conjunto de posições de centro acústico. Deste modo, um mapa topográfico do centro acústico de cada um dos hidrofones de recepção (12) é então criado para todas as direções (1 a 360 graus), todas as frequências (66 kHz a 96 kHz) e todos os ângulos de azimute (de 45 graus acima do plano horizontal para vertical). Todos os valores são armazenados para prover uma tabela de consulta para corrigir variações nos centros acústicos dos hidrofones de recepção (12). [052] A calibração acústica do anel de transdutor (34) produzirá quatro alcances de hidrofone com a posição relativa de elemento vertical, posição horizontal relativa à torre e o ângulo de torre (Rgura 9). Estes dados são alimentados em um algoritmo de mínimos quadrados e os centros acústicos de tabela contra ângulos de azimute e elevação são gerados relativos aos dados mecânicos. O anel de transdutor (34) é mecanicamente orientado ao dado de torre dentro de ± 5o; quer dizer, haverá um grande desvio de rumo entre o dado mecânico e o dado acústico. O sensor de rumo e inclinação (35) é mecanicamente calibrado ao dado mecânico dentro de ± 5o. O desvio entre o dado de rumo e o dado acústico de hidrofone pode ser tão grande quanto ± 10°, mas este desvio de rumo não é um problema como o rumo da Estação NASNETserá calibrado em caixa. [053] O sensor de rumo e inclinação (35) é calibrado colocando o anel de transdutor (34) sobre uma plataforma giratória plana e anotando o rumo medido do sensor de rumo e inclinação (35). Esta leitura é então comparada ao verdadeiro rumo e a diferença é armazenada em memória não volátil no sensor de rumo e inclinação (35). O anel de transdutor (34) é então girado por um ângulo conhecido e este processo é repetido até que o sensor de Turno e inclinação (35) tenha sido girado um total de 360 graus. [054] A calibração de sensor de rumo e inclinação (35) pode ser melhorada calculando a média de um grande número de gravações tomadas quando a estação está sendo estendida. Embora este método seja inerentemente menos sensível que o método prévio, ele tem a vantagem de reduzir o efeito dos erros de ferro contribuídos pelo material de construção ferromagnético da estação e, dados números suficientes de pontos de dados, deveria aumentar a precisão de rumo do anel de transdutor (34). [055] O sensor de rumo e inclinação (35) do sistema preferido usa um magnetômetro de estado sólido de três eixos para determinar a orientação física da estação (1). É compreendido que os leitos de mar oceânicos não são uniformemente planos. Consequentemente, se a estação (1) estiver localizada sobre um declive, por exemplo, sobre um depósito superficial, o posicionamento do SHM (2) pode não ser preciso se a posição e orientação da estação (1) não for conhecida. Esta característica pode ser calibrada contra o campo magnético da Terra na localidade de estação. Também pode prover uma verificação para assegurar a validade da posição de SHM (2) quando altas correntes submarinas estão presentes. [056] O SHTS (£jb//f Head Tracking System) pode ser configurado para periodicamente medir a posição do SHM (2) e radiofundir a posição para todas as estações (1) ou pode ser eleito por um receptor de superfície (4). Dependendo das condições ambientais, a posição de SHM (2) pode ser eleita de uma vez por hora a uma vez por dia, e é dependente da aplicação. [057] O SHTS pode ser estendido na base de qualquer sistema de cabeça fendida. A posição de SHM (2) pode ser registrada, retransmitida acusticamente ou retransmitida por uma linha terrestre. Para o sistema da Hgura 3, a posição de SHM (2) é retransmitida acusticamente pela ligação de telemetria acústica de sistema. [058] O hidrofone de transmissão de cabeça fendida (14) pode transmitir um sinal com um campo de visão de 90 graus. Os hidrofones de recepção (12) de estação têm um campo de visão de 90 graus. O SHM (2) idealmente deve estar dentro de ±45 graus à vertical para um sinal de rastreamento válido. Se o SHM (2) for maior do que 45 graus à vertical, então menos dados precisos são transmitidos, e consequentemente um sistema menos preciso é o resultado. [059] O hidrofone de transmissão (14) transmite um sinal direcional à estação (1). O receptor de superfície (4) normalmente pede uma posição de SHM (2). A estação (1) mede a posição de SHM (2) e retransmite o resultado ao receptor de superfície (4). O receptor de superfície (4) conhece a posição absoluta da estação (1) e a posição de SHM (2) relativa e assim a posição absoluta do SHM (2) pode ser calculada. [060] O SHTS usa um hidrofone de transmissão (14) localizado no SHM (2) e quatro hidrofones de recepção (12) na estação (1). Ou, o sistema pode ser configurado como um hidrofone de recepção (12) localizado no SHM (2) e quatro hidrofones de transmissão (14) na estação (1). [061] Depois que a estação (1) consumiu toda a energia disponível nas baterias ou por qualquer razão, a estação (1) precisa ser recuperada e substituída, a estação (1) pode ser recuperada usando um de dois métodos preferidos. Eles são: 1) um ROV deverá descer com um cabo de recuperação para se prender à estação (1), que é usado para elevar a estação gasta (1) à superfície; 2) um mecanismo de liberação acústico pode separar os membros de força no cabo de tubo ascendente (10) permitindo o SHM (2) flutuar à superfície. Presa ao fundo do elevador estará uma linha de recuperação, que é desenrolada da estação. Quando o navio de manutenção recupera o SHM (2), a linha de recuperação é usada para elevar a estação gasta (1) à superfície. [062] Quando é necessário recuperar a estação (1), o SHM (2) flutuante pode ser danificado durante a fase de recuperação. Para evitar isto, como notado acima, um comando acústico pode ser enviado à estação (1) para liberar o cabo de tubo ascendente (10) para permiti-lo flutuar livremente à superfície para recuperação separada. [063] A estação (1) pode ser provida com um grande número de módulos de batería externos (13) para energizar os transmissores. Os módulos de batería (13) podem conter tanto baterias alcalinas ou de lítio (ou outras fontes de energia). Cada módulo de batería (13) pode incorporar tecnologia de bateria inteligente, de forma que o módulo de batería (13) possa monitorar seu próprio consumo de energia e vida esperada. Os módulos serão capazes de desligar o suprimento a um controlador particular se seu consumo de energia for alto demais. [064] Os sinais dos quatro hidrofones de recepção (12) do sistema de rastreamento de cabeça dividida seriam ligados por fios ao controlador de rastreamento de cabeça fendida (32). Quatro hidrofones de recepção (12) são usados como uma característica de redundância embutida, como só três hidrofones de recepção (12) são precisados a fim de medir a posição do hidrofone de transmissão de cabeça fendida (14). Cada módulo de bateria (13) pode ser provido com inteligência interna, que permitirá o pacote (13) monitorar o consumo de energia do controlador principal (31) e desconectar a energia se o consumo de energia for alto demais. Cada módulo de bateria (13) tem dois conectores de entrada de energia. Módulos de bateria (13) podem ser encadeados em forma de margarida em pequenos grupos. Se um cabo de energia (40) provocar curto-circuito, então o grupo ou módulo de bateria individual (13) é colocado fora de linha. Os módulos de bateria (13) também podem monitorar condições de curto-circuito ou sobrecarga. Se o curto circuito ou sobrecarga for removido, então o módulo de bateria (13) se colocará de volta em linha. [065] A estação (1) é projetada para ser estendida fora da parte de trás de um navio de suprimento oceânico (5) e afundada ao fundo oceânico. A concretização atual é projetada para operar a uma profundidade máxima de 3.500 m, que pode ser expandida como requerido. O exterior de estação (1) precisará ser projetado para resistir aos rigores cotidianos de batidas, colisões, salinidade, pressão externa, temperaturas, crescimento de algase coral, etc., de ambiente industrial oceânico. [066] Para implementações usando várias estações (1), a opção preferida de codificação única de cada estação submarina (1) usada nos sinais transmitidos supera interferência de outros sistemas acústicos, e a habilidade para uma rede relativamente escassa de estações (1) e sistemas de receptor (4) de navio passivo (5) reduzem significativamente o volume e alcance de ruído acústico no ambiente submarino. [067] Cada estação (1) transmite sinais acústicos às estações vizinhas; isto facilita estações recentemente adicionadas serem capazes de auto-calibrar sua posição atual. Isto, combinado com a habilidade para localizar as estações até 10 km à parte, e com cada estação tendo uma fonte de energia de bateria capaz de até 12 meses de operação contínua, resulta em um requisito de extensão significativamente reduzido. [068] O sinal acústico usado e o uso de um SHM (2) que flutua acima da estação (1), são capazes de compensar as características físicas conhecidas (por exemplo, dispersão de sinal) de água profunda. O sinal de DSS trata os efeitos de dispersão de sinal e interferência de ruído, e o SHM (2) é capaz de apontar o sinal abaixo, tal que o efeito de curvatura de raio (encurvamento do sinal em direção à superfície) seja contra atuado. [069] Em uma aplicação tal como aquela exemplificada na Figura 4, que busca prover um sistema de posicionamento aquático, a chave à capacidade de multiusuário é a sincronização de tempo do receptor (4) às estações (1). Receptores de sistema e estações mantêm relógios precisos. As diferenças de fase entre estes relógios deve ser conhecida antes que uma solução de rastreamento válida seja conhecida. Sncronização de tempo é alcançada pelo receptor (4) transmitindo às estações e as estações (1) respondendo com seu tempo de detecção de sinal de transmissão. O sistema de telemetria acústica é usado para propagar o tempo de transmissão de estação ao receptor (4). Uma vez que os relógios estão sincronizados, a transmissão de estação (1) pode ser convertida a alcances de estação. Transmissões múltiplas com medidas de diferença de tempo são feitas para construir um perfil estatístico da diferença de tempo. Este processo pode ser repetido a cada 12 a 24 horas para superar desvio de relógio. [070] A presente estação (1) também pode ser utilizada para medir e ou monitorar correntes subaquáticas. Quer dizer, a estação (1) pode ser localizada em uma área onde é desejável monitorar ou medir a corrente da água. O SHM (2) é novamente permitido flutuar acima da estação (1) e se move em resposta à corrente. O sistema de rastreamento já explicado, novamente permite a posição relativa do SHM (2) à estação (1) ser determinada. Sabendo as propriedades de flutuação do sistema de cabeça fendida, o fluxo de corrente relativo pode ser determinado baseado na posição da cabeça fendida. [071] Enquanto o método e aparelho da presente invenção foram resumidos e explicados, será apreciado por aqueles qualificados na técnica que muitas concretizações amplamente variadas e aplicações estão dentro da extensão da presente invenção, e que a informação apresentada aqui não deveria ser interpretada como limitando a extensão desta invenção.

Claims

1. Estação subaquática (1) caracterizada por incluir: meio de flutuação (15) localizado abaixo da superfície d'água; uma estação de fundo oceânico posicionada no fundo do oceano, o dito meio de flutuação (15) sendo conectado à dita estação de fundo oceânico; um meio transmissor acústico (14, 16) localizado no dito meio de flutuação (15); e um meio de rastreamento (22) para determinar a localização relativa do dito meio de flutuação (15) em relação à dita estação de fundo oceânico .

2. Estação de acordo com a reivindicação 1, caracterizada por o dito meio de flutuação (15) ter flutuação ajustável para controlar a altura do dito meio de flutuação (15) em relação àdita estação de fundo oceânico.

3. Estação de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizada por o dito meio de flutuação (15) ser conectado à dita estação de fundo oceânico por um tubo ascendente flexível ou um cabo (10).

4. Estação de acordo com a reivindicação 3, caracterizada por o comprimento do dito tubo ascendente flexível ou cabo (10) ser ajustável para controlar a altura do dito meio de flutuação (15) em relação à dita estação de fundo oceânico.

5. Estação de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizada por o meio de rastreamento (32) incluir: pelo menos três hidrofones de transmissão (14) localizados na dita estação de fundo oceânico; e pelo menos um meio de recepção (12) localizado no dito meio de flutuação (15), em que o dito meio de recepção (12) é capaz de detectar um sinal de transmissão do dito pelo menostrês hidrofones de transmissão (14).

6. Estação de acordo com a reivindicação 3 ou 4, caracterizada por o dito meio de rastreamento (32) incluir: quatro hidrofones de transmissão (14) localizados na dita estação de fundo oceânico; e pelo menos um meio de recepção (12) localizado no dito meio de flutuação (15), em que o dito meio de recepção (12) é capaz de detectar um sinal de transmissão dos ditos hidrofones de transmissão (14).

7. Estação de acordo com a reivindicação 5 ou 6, caracterizada por os ditos hidrofones de transmissão (14) serem hidrofones de transmissão direcional configurados para dirigir o dito sinal de transmissão em direção ao dito meio de flutuação (15).

8. Estação de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizada por o dito meio de rastreamento (32) incluir: pelo menos um hidrofone de transmissão (14) localizado no dito meio de flutuação (15); e pelo menos três meios de recepção (12) localizados na dita estação de fundo oceânico, em que pelo menos os meios de recepção são capazes de detectar um sinal de transmissão do dito pelo menos um hidrofone de transmissão (14).

9. Estação de acordo com a reivindicação 3 ou 4, caracterizada por o dito meio de rastreamento (32) incluir: pelo menos um hidrofone de transmissão (14) localizado no dito meio de flutuação (15); e quatro meios de recepção (12) localizados na dita estação de fundo oceânico, em que os ditos meios de recepção são capazes de detectar um sinal de transmissão do dito pelo menosum hidrofone de transmissão (14).

10. Estação de acordo com a reivindicação 8 ou 9, caracterizada por o dito hidrofone de transmissão (14) ser um hidrofone de transmissão direcional configurado para direcionar o dito sinal de transmissão em direção à estação de fundo oceânico.

11. Estação de acordo com a reivindicação 9, caracterizada por quatro ditos meios de recepção (12) serem localizados nas extremidades da dita estação de fundo oceânico.

12. Estação de acordo com a reivindicação 9, caracterizada por quatro ditos meios de recepção (12) serem localizados em torno de um anel transdutor (34) montado na dita estação de fundo oceânico.

13. Estação de acordo com a reivindicação 12, caracterizada por o dito tubo ascendente flexível ou cabo (10) se estenderem substancialmente por um ponto de centro do dito anel transdutor (34).

14. Estação de acordo com quaisquer das reivindicações de 1 a 13, caracterizada por incluir um alojamento para armazenar uma fonte de energia (13).

15. Estação de acordo com qualquer uma das reivindicações de 5 a 12, caracterizada por o dito meio de recepção (12) ser hidrofones de recepção.

16. Estação de acordo com quaisquer das reivindicações de 1 a 15, caracterizada por incluir um meio de posicionamento (35) para determinar inclinação, balanço, e/ou rumo da dita estação de fundo oceânico.

17. Estação de acordo com a reivindicação 1, caracterizada por incluir ainda um meio de processamento para determinar as correntes subaquáticas como uma função da posição do meio de flutuação (15).