DE2539331C2 - Measuring device for positioning floating and diving bodies - Google Patents

Measuring device for positioning floating and diving bodies

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DE2539331C2 DE19752539331 DE2539331A DE2539331C2 DE 2539331 C2 DE2539331 C2 DE 2539331C2 DE 19752539331 DE19752539331 DE 19752539331 DE 2539331 A DE2539331 A DE 2539331A DE 2539331 C2 DE2539331 C2 DE 2539331C2
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Description

4545

Die Erfindung betrifft eine Meßeinrichtung zur Positionierung von Schwimm- und Tauchkörpern für große Wassertiefen unter Verwendung einer Doppler-Sonar-Geschwindigkeitsmessung relativ gegenüber Wasser.The invention relates to a measuring device for positioning floating and diving bodies for large water depths using Doppler sonar velocity measurement are relative to Water.

Bei der Positionierung derartiger Wasserfahrzeuge, insbesondere von Bohrgeräteträgern, kommt es darauf an, auftretende Positionsabweichungen auszuregeln. Einfache Regelkreis-Strukturen gehen davon aus, daß abhängig von den gemessenen Positionsabweichungen Stellbefehle an die Positionseinrichtungen weitergegeben werden.This is important when positioning such watercraft, in particular drilling rig carriers to compensate for any positional deviations. Simple control loop structures assume that depending on the measured position deviations, positioning commands are passed on to the position devices will.

Eine Verbesserung der dynamischen Eigenschaften des gesammelten Regelkreises erhält man, wenn zur Bildung der Stellbefehle sowohl die gemessene Positionsabweichung als auch die gemessenen Geschwindigkeiten, die die zeitlichen Differentialquotienten der Abweichungen sind, herangezogen werden.An improvement in the dynamic properties of the collected control loop is obtained when the Formation of the positioning commands, both the measured position deviation and the measured speeds, which are the time differential quotients of the deviations can be used.

Für Bohrgeröteträger, die bis zu Wassertiefen von m arbeiten, läßt sich eine solche Anlagenkonzeption z. B. mit einer Doppler-Sonar-Meßeinrichtung erstellen. Werden solche Geräte mit den gleichen Aufgaben für größere Wass'.-rtielen als 600 111 eingesetzt, so laßt sich eine solche Regler-Konzeption nicht mehr verwirklichen, da mit einer Doppler-Meßeinriehtung nur noch relative Wege und Geschwindigkeiten gemessen werden können. Aus diesem Grunde werden zur Positionsbestimmung Systeme verwendet, die auf aktiven Ortungsverfahren beruhen und eine absolute Ortsveränderung messen.Such a system design can be used for drilling equipment carriers who work down to water depths of m z. B. create with a Doppler sonar measuring device. Will such devices perform the same tasks for Water tanks greater than 600 111 can be used such a controller concept can no longer be realized, since only with a Doppler measuring device relative distances and speeds can be measured. For this reason are used to determine the position Systems used that are based on active location methods and an absolute change of location measure up.

Aufgabe der Erfindung ist daher, eine Meßeinrichtung zu schaffen, die die Umformung der gemessenen relativen Meßwerte in absolute Meßwerte gestattet.The object of the invention is therefore to create a measuring device that converts the measured relative measured values are permitted in absolute measured values.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgcmäß vorgeschlagen, daß eine zweite Meßeinrichtung, die in langsamer zeitlicher Folge die Wegabweichungen gegenüber Grund mißt, und ein Rechner vorgesehen sind, der aus diesen Wegabweichungen die mittlere Geschwindigkeit und durch Vergleich mit der mittleren Geschwindigkeit des Doppler-Sonars einen Korrekturwert berechnet, der zur Umwandlung der relativen Meßwerte des Dopplei-Sonars in absolute Geschwindigkeits-Meßvverte dient.To solve this problem, according to the invention proposed that a second measuring device, the path deviations in slow time sequence measures compared to the reason, and a computer is provided to calculate the mean from these path deviations Speed and, by comparison with the mean speed of the Doppler sonar, a correction value is calculated which is used to convert the relative Measured values of the double egg sonar in absolute speed measurement values serves.

Aus den gewonnenen Korrekturwerten und den mittleren Geschwindigkeitswerten des Doppler-Sonars werden in dem Rechner absolute Wegabweichungen über Grund ermittelt. Die absoluten Wegmessungen werden in längerer zeitlicher Folge durch ein akustisches 3-Transpoiider-Meßsystem im »Large-Base«- Verfahren gewonnen. Anstelle der Transponder-Meßeinrichtung kann eine absolute Vermessung auch mittels Satelliten erfolgen.From the correction values obtained and the mean speed values of the Doppler sonar Absolute path deviations over the ground are determined in the computer. The absolute distance measurements are carried out in a longer chronological sequence by an acoustic 3-transponder measuring system in the »Large-Base« - Procedure won. Instead of the transponder measuring device, an absolute measurement can also be carried out using Satellites.

Der wesentliche Vorteil der Meßeinrichtung nach der Erfindung gegenüber dem bisherigen Transponder-Meßsystem besteht darin, daß der Impuls-Zyklus auf ca. 60 see verlängert und damit die Lebensdauer des Meßsystems auf das 60fachc erhöht werden kann. Damit ist eine optimale Regelungsmöglichkeit verbunden, da Weg- und Geschwindigkeitswerte im schnellen Zyklus zur Verfügung stehen. Bei Ausfall eines Systems besteht immer noch die Redundanz durch eines der beiden anderen Meßsysteme.The main advantage of the measuring device according to the invention over the previous transponder measuring system consists in the fact that the pulse cycle is extended to approx. 60 seconds and thus the life of the Measuring system can be increased to 60-fold. This is associated with an optimal control option, there Distance and speed values are available in the fast cycle. If a system fails still the redundancy through one of the other two measuring systems.

Anhand des in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels sollen weitere Erläuterungen gegeben werden:Further explanations are to be given on the basis of the exemplary embodiment shown in the drawing will:

Ein Positionsmeßsystem 1 mißt in erdfesten Koordinaten. Es kann z. B. ein akustisches Meßsystem gegenüber Grund sein, das sich aus Transponder!!, Transducern und einer Elektronikeinheit zusammensetzt. Ein solches Meßsystem ist bekannt unter der Bezeichnung 3-Transponder-Meßsystem im Large-Base-Line-Verfahren. Dieses akustische Meßsystem hat einen Impuls-Zyklus von z.B. 60see. Damit wird die Lebensdauer der Transponder gegenüber den bisher gebräuchlichen mit einem Impulszyklus von mindestens einer Sekunde so erhöht, daß das sonst notwendige Austauschen der Transponder schon während der Absenkung einer Bohrung nicht mehr erforderlich ist. Die Meßeinrichtung 1 bestimmt im Zyklus i|, beispielsweise alle 60 see den wirklichen Ort mit Koordinaten AXof, Δ Yof des Bohrgeräteträgers. Diese Meßwerte werden einem Rechner 2 zugeführt.A position measuring system 1 measures in fixed coordinates. It can e.g. B. be an acoustic measuring system opposite reason, which is composed of transponders !!, transducers and an electronic unit. Such a measuring system is known under the designation 3-transponder measuring system in the large-base-line method. This acoustic measuring system has a pulse cycle of, for example, 60see. This increases the service life of the transponder compared to the previously used one with a pulse cycle of at least one second so that the otherwise necessary replacement of the transponder is no longer necessary while a hole is being lowered. The measuring device 1 determines in cycle i |, for example every 60 seconds, the real location with coordinates AXof, Δ Yof of the drill rig. These measured values are fed to a computer 2.

Ein Doppler-Sonar-Meßsystem 3 mißt die relativen Geschwindigkeiten des Bohrgeräteträgers gegenüber dem Wasser und bildet durch Integration die entsprechenden Wege. Diese relativen Wege AXr, Δ Yr und die Geschwindigkeiten Xr, Yr werden in einem Zyklus ti, der wesentlich schneller ist als der Zyklus t\ des Transpondersystems und etwa 1,5 see beträgt, bestimmt. Diese Meßwerte werden ebenfalls in den Rechner 2A Doppler sonar measuring system 3 measures the relative speeds of the drilling rig carrier in relation to the water and, through integration, forms the corresponding paths. These relative paths AXr, Δ Yr and the speeds Xr, Yr are determined in a cycle ti, which is significantly faster than the cycle t \ of the transponder system and is approximately 1.5 seconds. These measured values are also stored in the computer 2

eingegeben.entered.

Nach Ablauf des Meüzykluns fi der l'ositionsmeüeinrichtung 1 werden die Meßwerte für die Wege im Rechner 2 miteinander verglichen. Aus den sich ergebenden Differenzen werden Korrekturgrößen für <> die relativen Geschwindigkeiten und die relativen Wege abgeleitet. Die Meßwerte des Doppler-Sonars 3 werden mit den .so ermittelten Korrekturgröße;; beaufschlagt. Die sich so ergebenden Größen AX Λ Ysowie X und Y werden einem Posilionsregler 4 zugeführt, der die entsprechenden Stellbefehle an die Antriebe abgibt.After the measuring cycle of the position measuring device 1 has elapsed, the measured values for the paths in the computer 2 are compared with one another. Correction quantities for <> the relative speeds and the relative distances are derived from the resulting differences. The measured values of the Doppler sonar 3 are with the .so determined correction variable ;; applied. The resulting variables AX Λ Y as well as X and Y are fed to a position controller 4, which sends the corresponding control commands to the drives.

Die Regelgrößen ΔΧ und X füt die Λ'-Κοοι dinale können durch das Prinzip der .Stützung der Doppler-Sonarmessunf, z. B. durch folgendes Korrekturverfahren im Rechner 2 bestimmt werden: isThe controlled variables ΔΧ and X for the Λ'-Κοοι dinale can be based on the principle of .Support of the Doppler sonar measurement, z. B. determined by the following correction method in computer 2: is

1) l:.s wird die Anfangs-Wassei strömung V1,ι gemessen, indem innerhalb kurzer Zeit (z.B. ii = r>r>) durch zwei Transpondcrmessiingen ΔΧοι und durch eine Sonamiessung1) l : .s the initial Wassei flow V 1 , ι measured by within a short time (eg ii = r >r>) through two transponder messiingen ΔΧοι and by a Sonamiessung

ermittelt werdenbe determined

\x.\ x.

\XR \ X R

innerhalb tier Zeil ίι.within tier Zeil ίι.

Da tue Geschwindigkeit vor dem Zeilpunkt ίι nicht -jo bekannt ist, wird die Wasserströmung V110 = O gesetzt.Since the speed is not known before the line point ίι -jo, the water flow V 110 = O is set.

2) Danach wird die Geschwindigkeitsabwek:hung JX1 nach jeder weiteren Transpondermessting berechnet. Die zweite und weitere Stützungen können in größeren zeitlichen Abständen (i\ ca. 60 see) erfolgen. Für die Messung nach dem Zeilpunkt /2 ist AXA\=V*\\ für die weiteren Slützungsmessiingen gilt2) Then the speed deviation JX 1 is calculated after each additional transponder measurement. The second and further supports can take place at longer intervals ( approx. 60 seconds). For the measurement after the line point / 2, AX A \ = V * \\ applies to the other support measurements

40 .ν _ ' ^ of ~ ' Xr 40 .ν _ ' ^ of ~ ' Xr

J) Der Korrekturwert AXr„, mit dem jede zweite bis vierte Sonar-Geschwindigkeitsniessung Xr korrigiert wird, ergibt sich dann zuJ) The correction value AXr ", with which every second to fourth sonar speed measurement Xr is corrected, then results in

ΔΧΚη=-2ΔΧΑη- V„r„_,)
und die Strömungsgeschwindigkeit VW(„) ergibt sich I ii(/iJl: 1 iifn I) — .'1 -\.-lfi ΔΧ Κη = -2ΔΧ Αη - V " r " _,)
and the flow velocity V W („) results from I ii (/ iJ l: 1 iifn I) - .'1 - \ .- lfi

4) Die korrigierie Dupplersunarmessung nach //; ist dann4) The corrected Dupplersunar measurement after //; is then

A-.VW ι ,.1Aw„A-.V W ι, .1A w "

Der im Zeitabschnitt Ah zurückgelenlc Weg: X--= Ah (Xh + .\Xh„). The way back in the time segment Ah : X - = Ah (Xh +. \ Xh ").

Dieses beschriebene Kurrckturveriahren für die Doppler-SDnurgeschwitidigkeii benulzt nur eines der vorhergehenden Suiiziingsmessungen.This described Kurrckturveriahren for Doppler-SDnurgeschwitidigkeii uses only one of the previous suicide measurements.

Ils lassen sich Korrekuirverlahren aufbauen, die zwei unu mehrere vorhergehende Messungen der Transponder benutzen und die Änderung der Strömung des Wassers mit höherer Genauigkeit für die l'ositionsmessung berücksichtigen.Ils is Korrekuirverlahren can be built, the two unu use more previous measurements of the transponder and take into account the change in the flow of the water with a higher accuracy for the l'ositionsmessung.

Es sind ebenfalls Korrekturverfahren durchführbar, die eine Stützung des Sonar-Meßsystems durch eine ständige Wegkorrektur vornehmen. Die davon abgeleiteten korrigierten Geschwindigkeiten haben dann jedoch Unsleligkeilen, bzw. bei ihrer Glättung zeitliche Verzögerungen.Correction methods can also be carried out, which support the sonar measuring system by a Carry out constant correction of the path. The corrected speeds derived therefrom then have however, unsleligkeilen, or time delays in their smoothing.

Fallt beispielsweise das Transponder-Meßsystem aus, so ist eine Redundanz gegeben, da die vorhandene Strömung sich als konstanter Wert bzw. als periodische Änderung (Gezeitenströme) durch das kombinierte Meßverfahren ergibt. Für eine bestimmte Zeit kann somit bei Ausfall der stützenden Positionsmeßeinrichtung die aus den zeitlich nacheinander gewonnenen Korrekturwerten gebildete und gespeicherte Korrekturkurve zur Korrektur der gemessenen relativen Werte dienen. Auch können »Ausreißer« der Sonarmeßanlage damit gefiltert werden. Bis zur Instandsetzung des ausgefallenen Transponder-Meßsystems kann das Sonarsystem durch astronomische Ortsbestimmung gestützt werden.If, for example, the transponder measuring system fails, there is redundancy since the existing one Current as a constant value or as a periodic change (tidal currents) through the combined Measurement method results. For a certain time, if the supporting position measuring device fails the correction curve formed and stored from the correction values obtained one after the other serve to correct the measured relative values. "Outliers" of the sonar measuring system can also be filtered with it. Until the failed transponder measuring system is repaired the sonar system can be supported by astronomical positioning.

Anstelle des Positionsmeßsystems 1 ist auch ein Satellilenmeßsystem einsetzbar. Durch ständiges Messen der Position mit der Satelliten-Navigation schon während des Absenkens des Rohrstranges vom Bohrgeräteträger zum Meeresboden und unter Verwendung geeigneter Filterverfahren läßt sich ein korrigierter Meßwert für die ortsfeste Position des Geräteträgers bestimmen, der der Regelung zugeführt wird.Instead of the position measuring system 1, a satellite measuring system can also be used. Through constant measuring the position with the satellite navigation already during the lowering of the pipe string from Drill carriers to the seabed and using suitable filtering methods can be incorporated Determine corrected measured value for the fixed position of the device carrier, which is fed to the control will.

Zur Synchronisation der Zykluszeit fi wird von der Meßeinrichtung die Zykluszeit I2 benutzt.The measuring device uses the cycle time I 2 to synchronize the cycle time fi.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings

Claims (6)

Patentansprüche:Patent claims: 1. Meßeinrichtung zur Positionierung von Schwimm- und Tauchkörpern für große Wassurliefen unter Verwendung einer Doppler-Sonar-Geschwindigkeitsmessung relativ gegenüber Wasser, dadurch gekennzeichnet, daß eine zweite Meßeinrichtung (1), die in langsamer zeitlicher Folge die Wegabweichungen gegenüber Grund mißt, und ein Rechner (2) vorgesehen sind, der aus diesen Wegabweichungen die mittlere Geschwindigkeit und durch Vergleich mit der mittleren Geschwindigkeit des Doppler-Sonars (3) einen Korrekturwert berechnet, der zur Umwandlung der relativen is Meßwerte des Doppler-Sonars in absolute Geschwindigkeitsmeßwerte dient.1. Measuring device for positioning floating and diving bodies for large water waves using a Doppler sonar velocity measurement relative to water, characterized in that a second Measuring device (1), which measures the path deviations from the ground in a slow time sequence, and a computer (2) is provided, which calculates the average speed from these path deviations and a correction value by comparison with the mean speed of the Doppler sonar (3) which is used to convert the relative is Measured values of the Doppler sonar are used in absolute speed measurements. 2. Meßeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß aus den gewonnenen Korrekturwerten und den mittleren Geschwindigkeitswerten des Doppler-Sonars (3) absolute Wegabweichungen über Grund in dem Rechner (2) ermittelt werden.2. Measuring device according to claim 1, characterized in that from the correction values obtained and the mean speed values of the Doppler sonar (3) absolute path deviations can be determined above ground in the computer (2). 3. Meßeinrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch ein akustisches 3-Transponder-Meßsystern im »Large-Base-Linew-Verfahren zur Ermittlung der absoluten Wegmessungen in längerer zeitlicher Folge.3. Measuring device according to claim 1, characterized by an acoustic 3-transponder measuring system in the »Large-Base-Linew-method to determine the absolute distance measurements in longer chronological sequence. 4. Meßeinrichtung nach den Ansprüchen 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die längere Zykluszeit für die Transponderabfrage ein ganzzahliges Vielfaches der kurzen Sonar-Zyklus-Zeit ist.4. Measuring device according to claims 2 and 3, characterized in that the longer cycle time for the transponder query is an integer multiple of the short sonar cycle time. 5. Meßeinrichtung nach den Ansprüchen I und 2, dadurch gekennzeichnet, daß aus den zeitlich nacheinander gewonnenen Korrekturwerten, eine Korrekturkurve gespeichert wird, die bei Ausfall der stützenden Positionsmeßeinrichtung die ausgefallenen Korrekturwerte für eine bestimmte Zeit ersetzt.5. Measuring device according to claims I and 2, characterized in that from the time successively obtained correction values, a correction curve is stored, which in the event of failure of the supporting position measuring device replaces the failed correction values for a certain time. 6. Meßeinrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß anstelle der Transponder-Meßeinrichtung eine absolute Vermessung mittels Satelliten erfolgt.6. Measuring device according to claims 1 to 5, characterized in that instead of the transponder measuring device an absolute measurement is carried out by means of satellites.
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