DE2347775C3

DE2347775C3 - Device for positioning two moving water vehicles

Info

Publication number: DE2347775C3
Application number: DE19732347775
Authority: DE
Inventors: Konrad Dipl.-Ing. 2101 Ehestorf; Thieme Klaus-Dietrich Dipl.-Ing. 2000 Wedel Wilke
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Filing date: 1973-09-22
Publication date: 1976-02-26

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Positionierung von zwei sich bewegenden Wasserfahrzeugen durch Verwendung von Schallwellen im Hörbereich, die von einem der Fahrzeuge abgestrahlt und von dem anderen Fahrzeug empfangen werden.The invention relates to a device for positioning two moving watercraft by using sound waves in the listening area, emitted by one of the vehicles and by the received by another vehicle.

Wenn beispielsweise ein Versorgungsschiff Güter, Besatzungsmitglieder u. ä. auf ein Basisschiff bringen will, so wurde bisher so verfahren, daß das Versorgungsschiff am Basisschiff mittels Seilen festgemacht wurde, wobei die Seile durch ständigen Betrieb der Antriebsanlagen des Versorgungsschiffes straff gehalten wurden. Dieses Verfahren ist aber nur bis zu mittleren Seegangsverhältnissen möglich, da durch die Eigenbewegungen der beiden Schiffe in schwerer See so hohe Seilkräfte auftreten können, daß die Seile reißen und eine erhebliche Gefährdung der Schiffe und der Mannschaften entstehen.For example, when a supply ship brings goods, crew members and the like onto a baseship will, so the procedure so far was that the supply ship was tied to the base ship by means of ropes, whereby the ropes were kept taut by the constant operation of the propulsion systems of the supply ship. However, this procedure is only possible up to medium sea conditions, as it is due to the intrinsic movements of the two ships in heavy seas so high rope forces can occur that the ropes break and a considerable endangerment of the ships and the crews arise.

Eine andere Möglichkeit besteht darin, die Steuerung des Abstandes der beiden Schiffe zueinander manuell über die Antriebsanlagen vorzunehmen. Aber auch dieses ist bei schwerer See nicht ohne weiteres durchführbar, da die manuelle Steuerung.des geringen Abstandes der Schiffe voneinander bei Schlechtwetterverhältnissen viel zu unsicher ist. Bei schwerem Seegang muß daher auch dieses Übergabeverfahren wegen der damit verbundenen Kollisionsgefahr eingestellt werden.Another possibility is to control the distance between the two ships manually via the propulsion systems. But even this is not easy in heavy seas feasible because the manual control of the minor The distance between the ships in bad weather conditions is far too unsafe. In heavy seas this transfer process must therefore also be discontinued because of the risk of collision associated with it.

Weiterhin ist es aus der DT-AS 12 81 974 bekannt, zur Auffindung von Unterwasserbohrungen Ultraschallwellen zu verwenden, die von Sendern am Bohrlochkopf abgestrahlt und von Empfängern auf einem schwimmenden Ausrüstungsträger aufgenommen und ausgewertet werden. Hierbei werden Frequenzabweichungen und somit Schaddrücke gemessen. Dieses Verfahren stellt eine Energiemessung dar, die auf Maximalwerte geregelt wird.It is also known from DT-AS 12 81 974 to use ultrasound waves to locate underwater boreholes to use that emitted from transmitters at the wellhead and from receivers on a floating one Equipment carriers are recorded and evaluated. Here are frequency deviations and thus measured damage pressures. This procedure represents an energy measurement that is based on maximum values is regulated.

Schließlich geht aus der Kurzinformation in der Zeitschrift »Marine Engineering/Log«, Juli 1969, S. 92, hervor, daß die Verwendung von Sonargeräten zur Erleichterung von Anlegemanövern eines Schiffes durch M-Jssung seiner Geschwindigkeit über Grund dienen kann.Finally, from the brief information in the journal "Marine Engineering / Log", July 1969, p. 92, point out that the use of sonar equipment to facilitate docking maneuvers of a ship by measuring its speed over the ground.

Der Nachteil solcher Geräte besteht darin, daß die Dämpfung von Ultraschallwellen in Luft stark mit der Entfernung ansteigt. Bei einer Entfernungsverdoppelung wächst die Dämpfung der Ultraschallwellen um etwa 6 dB. Um überhaupt einen Empfang der abgestrahlten Schallsignale in Luft zu erreichen, sind erhebliche Energien für den Schallstrahler notwendig. Da ferner Ultraschallwellen scharf gebündelt abgestrahlt werden, ist zu erwarten, daß bei starken Bewegungen der Fahrzeuge zeitweilig kein Empfang möglich ist.The disadvantage of such devices is that the attenuation of ultrasonic waves in air strongly with the Distance increases. When the distance is doubled, the attenuation of the ultrasonic waves increases about 6 dB. In order to even be able to receive the emitted sound signals in air, considerable energies are necessary for the sound emitter. Furthermore, since ultrasonic waves are radiated in a sharply bundled manner it is to be expected that there will be temporarily no reception in the event of strong movements of the vehicles is possible.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe ist darin zu sehen, eine Einrichtung zu schaffen, die es erlaubt, auch bei schwerer See und unter ungünstigen Wetterverhältnissen die Positionierung eines Versorgungsschiffes gegenüber einem Basisschiff sicherzustellen. The object on which the invention is based is to be seen in creating a device which allows the positioning of a supply ship even in heavy seas and under unfavorable weather conditions to ensure against a baseship.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß jeweils zwei Meßwertaufnehmer im Abstand der halben akustischen Wellenlänge je eine Meßwertaufnehmeranordnung bilden, denen eine Auswerteelektronik mit einer Identifikationsschaltung /ur Ermittlung der Schalleinfallsrichtung zugeordnet ist und daß die beim erstmaligen Einfahren des einen Fahrzeugs in die angegebene Position ermittelten Winke! als Winkelsollwerte für die weiteren Messungen dienen.To solve this problem, the invention proposes that two transducers in each case At a distance of half the acoustic wavelength each form a transducer arrangement with evaluation electronics is assigned with an identification circuit / ur determination of the direction of sound incidence and that the angles determined when a vehicle is driven into the specified position for the first time! as Angle setpoints are used for further measurements.

Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet. Der besondere Vorteil der Einrichtung nach der Erfindung ist darin zu sehen, daß bei allen See- und Wetterbedingungen Versorgungsgüter von dem auf fester Position liegenden Basisfahrzeug übernommen werden können, da die Versorgungsfahrzeuge ohne besondere Schwierigkeit ihre einmal eingenommene Position zum Basisfahrzeug einhalten können. Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß die von dem Schallstrahler abgegebenen Signale frequenzgleich sind.Further developments of the invention are characterized in the subclaims. The special advantage of the Device according to the invention can be seen in the fact that supplies in all sea and weather conditions can be taken over by the base vehicle lying in a fixed position, since the supply vehicles maintain their position in relation to the base vehicle without any particular difficulty be able. Another advantage is that the signals emitted by the sound radiator have the same frequency are.

An Hand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele nach der Erfindung sollen weitere Erläuterungen gegeben werden.On the basis of the exemplary embodiments according to the invention shown in the drawing, further Explanations are given.

Fig.1 zeigt zwei Schiffe mit Einrichtungen zur Bestimmung ihrer gegenseitigen Position undFig.1 shows two ships with devices for determining their mutual position and

F i g. 2 den dazugehörigen Regelkreis.F i g. 2 the associated control loop.

In Fig. 1 ist mit 11 ein zu versorgendes, eine feste Position einnehmendes Basisfahrzeug, beispielsweise eine Bohrinsel, und mit 12 ein Versorgungsschiff bezeichnet. Es soll angenommen werden, daß das Versorgungsschiff 12 in die gewünschie Position zur Bohrinsel 11 eingefahren worden ist. Die Schallstrahler Li und IJ?., beispielsweise Lautsprecher, auf dem Basisschiff 11 senden abwechselnd kurze Töne annähernd gleicher und konstanter Frequenz. Sie sind mit den Meßwertaufnehmern MX und Aß, beispielsweise Mikrophonen, auf dem Versorgungsschiff 12 nicht synchronisiert. Die Meßwertaufnehmer Mi und M2 bestehen jeweils aus zwei Luftschallmikrophonen, die im Abstand entsprechend der halben akustischen Wellenlänge für die vorgesehene Tonfrequenz mechanisch fest in Richtung der Längsachse des Schiffes 12 angeordnet sind. Eine nicht dargestellte Auswerteschaltung ermittelt elektronisch den Phasenwinkel zwischen den beiden Mikrophonausgangssignalen.In Fig. 1, 11 denotes a base vehicle to be supplied and occupies a fixed position, for example an oil rig, and 12 denotes a supply ship. It is to be assumed that the supply ship 12 has been driven into the desired position relative to the drilling rig 11. The sound emitters Li and IJ?., For example loudspeakers, on the base ship 11 alternately send short tones of approximately the same and constant frequency. They are not synchronized with the transducers MX and Aß, for example microphones, on the supply ship 12. The transducers Mi and M2 each consist of two airborne sound microphones which are mechanically fixed in the direction of the longitudinal axis of the ship 12 at a distance corresponding to half the acoustic wavelength for the intended audio frequency. An evaluation circuit (not shown) electronically determines the phase angle between the two microphone output signals.

Während des Sendeimpulses des Lautsprechers Li werden die Winkel au und \2\ gemessen und die Meßwerte gespeichert. Während des Sendeimpulses des Lautsprechers Ll werden die Winke! au und tv.i gemessen und die Meßwerte ebenfalls gespeichert. Wenn sich das Versorgungsschiff 12 in einer günstigen Position zur Durchführung der Übergabearbeiten befindet, werden die abgespeicherten Meßwerte als Winkelsollwerte a/t soil für die nachfolgenden Kontrollmessungen verwendet. Die Zuordnung der Meßwerte zu den Lautsprechern, d. h. die Identifikation, erfolgt durch Größenvergleich in zwei den Meßwertaufnehmern Mi und M2 nachgeschalteten Identifikationsschaltungen. Identifikationsmerkmal ist der bei jeder möglichen L.age der beiden Schiffe zueinander geltende Zusammenhang απ > au und a2i > Λ22. Es ist aber auch möglich, jedem sendenden Schallstrahler zusätzlich eine bestimmte Kennfrequenz zuzuordnen.During the transmission pulse of the loudspeaker Li , the angles au and \ 2 \ are measured and the measured values are stored. During the transmission pulse of the loudspeaker Ll , the angles! au and tv.i are measured and the measured values are also saved. When the supply ship 12 is in a favorable position for carrying out the handover work, the stored measured values are used as target angle values a / t soil for the subsequent control measurements. The assignment of the measured values to the loudspeakers, ie the identification, takes place by comparing the sizes in two identification circuits connected downstream of the measured value pickups Mi and M2. The identification feature is the relationship απ> au and a2i> Λ22 that applies to each possible location of the two ships. However, it is also possible to additionally assign a certain characteristic frequency to each transmitting sound emitter.

Bei einer Positionsänderung, die z. B. durch Seegang oder Wind ausgelöst wird, ändern sich auch die Richtungswerte und damit die Winkelwerte απ bis orn. Die kontinuierlich durch automatische Messung ermittelten Werte stellen die Winkeüstwerte dar α* »f.When changing position, the z. B. is triggered by swell or wind, the direction values and thus the angle values απ to orn also change. The values continuously determined by automatic measurement represent the angle standard values α * »f.

Die Winkelsollwerte onksoii werden einer Vergleichsstelle 6 nach Fig. 2 fest vorgegeben. Dieser Vergleichsstelle werden auch die Winkelistwerte ω-«ι zugeführt. Die ermittelte Winkelabweichung Aoi,k bei einer Abweichung des Versorgungsfahrzeuges 12 aus der eingefahrenen Position wird einem Positionsregler iThe angle setpoints onksoii are fixed to a comparison junction 6 according to FIG. 2. The actual angle values ω- «ι are also fed to this comparison junction. The determined angular deviation Aoi, k in the event of a deviation of the supply vehicle 12 from the retracted position is sent to a position controller i

ίο eingegeben, der kontinuierlich oder in vorgegebenen Zeitabständen die Winkelabweichung abfragt und erst bei Erreichen eines Grenzwertes Aouk-gma der Winkelabweichung Stellsignale ausgibt. Diese Stellsignale werden einem Funktionsblock 2 für die Antriebsanlagen, wie beispielsweise dieselelektrischer Hauptantrieb, vordere Querstrahlanlage, Heckquerstrahlanlage, als Sollwerte Hi, Bi und Bl vorgegeben. Die in dem Funktionsblock 2 enthaltenen Antriebsanlagenregler geben dann Sollvorgaben für die Drehzahlen und Drehmomente der Fahraggregate, so daß ζ. Β. beim Antriebsmotor des Hauptpropellers über die Motorankerspannung die Drehzahl eingestellt und bei den Motoren der Querstrahlanlagen über den Erregerstrom und den Ankerstrom das Drehmoment verstellt wird.ίο entered, which queries the angle deviation continuously or at specified time intervals and only outputs control signals when a limit value Aouk-gma of the angle deviation is reached. These control signals are given to a function block 2 for the drive systems, such as the diesel-electric main drive, front transverse thrust system, rear transverse thrust system, as setpoint values Hi, Bi and Bl . The drive system controllers contained in the function block 2 then give setpoints for the speeds and torques of the drive units, so that ζ. Β. the speed of the drive motor of the main propeller is adjusted via the motor armature voltage and the torque of the motors of the transverse thruster systems is adjusted via the excitation current and the armature current.

Die Summe der von den Hauptantriebsanlagen auf das Versorgungsschiff ausgeübten Kräfte und Momente und der Störfunktionen (Seegang, Winde, Strömung) erzeugt die Bewegungen des Versorgungsschiffes Block 3. Die Bewegungen des zu versorgenden Basisschiffes sind abhängig von den Störgrößen Block 4. Die Winkelmessung erfolgt in der vorbeschriebenen Weise im Funktionsblock 5. Aus diesem wird der Winkelwert «ii-«i ausgegeben und der Vergleichsstellc 6 zugeführt.The sum of the forces and moments exerted on the supply ship by the main propulsion systems and the disturbance functions (swell, wind, current) generated the movements of the supply ship block 3. The movements of the base ship to be supplied are dependent on the disturbance variables block 4. The Angle measurement takes place in the manner described above in function block 5. The angle value is derived from this «Ii-« i is output and fed to the comparison point 6.

Von den Motoren der Antriebsanlagen werden über die Propeller Kräfte erzeugt, die das Versorgungsschiff immer wieder auf die Grundposition einfahren. Die Regler für die vorhandenen Anlagen werden in ihrer Dynamik so beschaltet, daß die Kräfte und Momente der von außen angreifenden Störungen fast vollständig kompensiert werden.Forces are generated by the propeller of the engines of the propulsion systems, which the supply ship keep moving back to the home position. The controllers for the existing systems are in their Dynamics wired in such a way that the forces and moments of the external disturbances are almost completely be compensated.

Hierzu 2 Blatt ZeichnungenFor this purpose 2 sheets of drawings

Claims

Patent claims:

1. Device for positioning two moving watercraft by using sound waves in the audible range that are emitted by one of the vehicles and received by the other vehicle, characterized in that two transducers at a distance of half the acoustic wavelength each have a transducer arrangement (Mi, Afc), which are assigned evaluation electronics with an identification circuit to determine the direction of sound incidence (oak) and that the angles determined when a vehicle first drives into the specified position serve as angle setpoints (ocik-soii) for further measurements.

2. Device according to claim 1, characterized in that the sound emitters (Lt, L2) alternately emit short bearing tones.

3. Device according to claim 1, characterized in that that the identification of the respective sound emitter through the additional radiation a certain characteristic frequency takes place.

4. Device according to claim 1, characterized by a comparison of the direction values determined by the transducers (Mi, Afc) as actual angle values (ixikisi) with the stored target angle values («<* jo //).

5. Device according to claim 1, characterized by the input of the angular deviation (Δι \ ιή in a position controller (l).

6. Device according to claim 5, characterized in that the position controller (1) queries the angular deviation (<4 «« t) at predetermined time intervals and only outputs control signals when a limit value (Aoiikgreni) deviating from the setpoint is reached.

7. Device according to claims 5 and 6, characterized in that the control signals are given to a function block (2) for the drive systems as setpoint values (Wl, Sl, B2) for the speeds or torques.

8. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the function block (2) upon receipt of the control signals serving as setpoints (Wl, Sl, S2) via the drive system emits forces in the sense of compensating for the control deviation (Atxik).