ES2309444T3 - Disposicion de un conjunto acustico con medidor de velocidad del sonido. - Google Patents

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Abstract

Disposición comprendiendo un conjunto acústico (250) con un medidor de velocidad de sonido (248), adecuado para estar dispuesto debajo del agua, el conjunto acústico (250) estando dispuesto para estar suspendido en uso a una nave y para recibir señales acústicas directamente desde un dispositivo submarino (249) alejado de dicho conjunto acústico (250) y para proporcionar datos de salida de conjunto acústico a una disposición de tratamiento de tal forma que dicha disposición de tratamiento puede realizar, en tiempo real, un cálculo de una posición de dicho dispositivo submarino (249) con respecto a dicho conjunto acústico (250) en base a dichos datos de salida de conjunto acústico, el medidor de velocidad de sonido (248) estando dispuesto para estar situado en uso a una profundidad fija con respecto a la nave y dispuesto para proveer datos de salida del medidor de velocidad de sonido para dicha disposición de tratamiento, el conjunto acústico comprendiendo un sensor de movimiento que mide el movimiento vertical, balanceo y cabeceo del conjunto acústico y proporciona datos de salida de sensor de movimiento a dicha disposición de tratamiento, dicha disposición de tratamiento estando dispuesta para corregir dicho cálculo de dicha posición de dicho dispositivo submarino (249) en base a dichos datos de salida del medidor de velocidad de sonido como una función de tiempo y en base a dichos datos de salida del sensor de movimiento.

Description

Disposición de un conjunto acústico con medidor de velocidad del sonido.
La presente solicitud es una solicitud divisional de EP 00913171.5.
La presente invención se refiere a un conjunto acústico empleado para calcular una posición de un dispositivo submarino con respecto al conjunto acústico.
WO 99/61307 expone un aparato para el despliegue de un objeto en una posición de destino submarina, el aparato está provisto de un faro para transmitir rayos acústicos y una pluralidad de propulsores para controlar el posicionamiento del aparato con respecto a la posición de destino debajo del agua.
El aparato de la técnica anterior es usado para desplegar y/o recuperar cargas de hasta 1000 toneladas o más sobre el lecho marino a grandes profundidades, por ejemplo, de hasta 3.000 metros o más. Durante el despliegue, el aparato es controlado por un equipo de control a bordo de una nave navegando sobre la superficie del mar. El equipo de control necesita saber la posición exacta del aparato de la manera más precisa posible. Para ese fin, el faro a bordo del aparato transmite rayos acústicos a través del agua del mar hasta la nave. Un receptor acústico apropiado recibe estos rayos acústicos y los convierte en señales eléctricas usadas para calcular la posición del aparato con respecto a la
nave.
No obstante, se ha comprobado que la exactitud de la medición de la posición se reduce debido a la flexión de los rayos acústicos en el agua, en particular en las capas situadas exactamente debajo de una nave. Las turbulencias del agua del mar resultan muy pesadas en estas capas situadas exactamente debajo de la nave, la cual tiene una influencia relativamente importante, y en cambio constante, sobre la flexión de los rayos acústicos.
El objetivo de la invención consiste por lo tanto en aumentar también la precisión de medición de la posición de tal aparato, durante el uso en el agua de mar o cualquier otro fluido. Además, tal medición de posición es necesaria en línea (en tiempo real).
Para obtener este propósito, la presente invención provee un sistema tal como se define en la reivindicación 1.
El medidor de velocidad de sonido está dispuesto para estar provisto exactamente debajo de la superficie del agua para proporcionar datos reales relacionados con cualquier flexión de rayos en las capas de la superficie del agua y para corregir así cualquier cálculo de posición del aparato. La velocidad de sonido en el líquido exactamente debajo de la nave puede ser medida continuamente y utilizada para actualizar un perfil de velocidad de sonido, es decir, datos relativos a la velocidad de sonido como una función de la profundidad en el líquido. Con estos datos, se puede determinar en línea (tiempo real) la flexión local de los rayos acústicos. Hasta ahora, tal determinación en línea no era posible. Ésta permite corregir las mediciones de posición en tiempo real.
Según una forma de realización de la invención, el conjunto acústico comprende un sensor de movimiento para medir el movimiento vertical, el balanceo y el cabeceo del conjunto acústico y proveer datos de salida del sensor de movimiento a dicha disposición de tratamiento de tal forma que la disposición de tratamiento pueda corregir dicho cálculo de dicha posición de dicho dispositivo submarino en base a dichos datos de salida del sensor de movimiento en tiempo real.
Según una forma de realización de la invención, el sensor de movimiento comprende un girocompás.
Según una forma de realización de la invención, el conjunto acústico está dispuesto para ser montado en un casco de dicha nave.
Según una forma de realización de la invención, el conjunto acústico está dispuesto para enviar señales de interrogación acústicas a dicho dispositivo submarino.
Según una forma de realización de la invención, el conjunto acústico está dispuesto para funcionar en modo de recepción con dos bases de recepción ortogonales que miden una distancia y el ángulo de inclinación de dicho dispositivo submarino con respecto o dicho conjunto acústico.
Según una forma de realización de la invención, cada base de recepción incluye al menos dos transductores.
Según una forma de realización de la invención, el conjunto acústico está dispuesto para amplificar, filtrar y transferir las señales acústicas recibidas a dicha disposición de tratamiento.
La recepción de los rayos acústicos transmitidos por el aparato es realizada preferiblemente por un conjunto acústico fijado en el casco de la nave.
En una forma de realización particularmente preferida, la nave, el conjunto acústico y el aparato están todos provistos de un girocompás distinto que mide los respectivos movimientos verticales, balanceos y cabeceos. Los datos de salida de estos girocompases son utilizados también para aumentar la precisión de medición de la posición del aparato.
La invención será explicada con detalle más abajo, en referencia a los dibujos. Los dibujos sólo están previstos para ilustrar la invención y no para limitar su alcance que está definido únicamente por las reivindicaciones anexas.
La figura 1 muestra una visión general esquemática de un FPSO, (sistema flotante de producción, almacenamiento y descarga) dedicado a extracciones petroquímicas en alta mar.
La figura 2 muestra una nave grúa según la técnica anterior y que expone una carga montada en el bloque de la grúa con un cable metálico relativamente largo, con el que es posible observar que el control de la carga es prácticamente imposible a una gran profundidad.
La figura 3 muestra una nave grúa y un sistema submarino para desplegar y/o recuperar una carga hacia y/o desde el lecho marino según la técnica anterior.
La figura 4 muestra una visión general detallada de una forma de realización posible del sistema submarino.
La figura 4a muestra una visión general detallada de uno de los propulsores rotativos.
La figura 5 muestra el sistema submarino vista desde arriba.
Las figuras 6a y 6b muestran esquemáticamente la parte inferior del módulo principal con algunos detectores.
La figura 7a muestra un diagrama de bloques esquemático del equipo electrónico a bordo de la nave.
La figura 7b muestra un diagrama de bloques esquemático del equipo electrónico relacionado con un conjunto acústico y con el sistema submarino.
La figura 8 muestra la definición de tres sistemas coordinados diferentes usados durante el accionamiento del sistema submarino en su posición de destino.
Descripción de la forma de realización preferida
En referencia a la figura 1, el modelo presenta un FPSO 1 con un módulo de producción giratorio 11 a partir del cual salen los elevadores 2, dichos elevadores conectándose a sus bases de elevación 3 sobre el lecho marino 4. Durante la vida de producción, es primordial que el FPSO 1 permanezca dentro de una gama de excursión dinámica admisible y de esta manera, el FPSO 1 está amarrado en el lecho marino 4 por medio de columnas de amarre 5 que están sostenidas por anclas 6, o alternativamente por pilotes.
La explotación de petróleo o de gas por medio de una nave de producción 1, requiere que varios objetos relativamente pesados estén situados sobre el lecho marino 4 con una gran precisión.
Para asegurar un anclaje apropiado y seguro por medio de columnas de amarre 5, es necesario que estas columnas de amarre 5 tengan aproximadamente la misma longitud. En la práctica para esta aplicaciones, las anclas pueden ser usadas con un peso de 50 toneladas y más, las cuales están colocadas en el lecho marino 4 con una precisión de hasta varios metros. Además, no sólo el ancla 6 en sí es muy pesada, sino que la columna de amarre fijada al ancla 6 también tiene un peso, que es igual a varias veces el peso del ancla 6 en sí.
También para otros objetos como los "patrones", "bases de levantamiento por gravedad", "colectores de producción" etc., se aplica el hecho de que estos objetos deben estar dispuestos sobre el lecho marino 4 con una precisión relativamente alta.
Los objetos mostrados en la figura 1 requeridos para la explotación de petróleo y de gas en el mar y que deben estar dispuestos sobre un lecho marino, no sólo son muy pesados sino muy caros también.
La figura 2 muestra una nave 20, según la técnica anterior, que posee unos medios de levantamiento sobre la misma, como una grúa 21. La grúa 21 está provista con un cable de levantamiento 22, por medio del cual un objeto o una carga 4 puede estar dispuesto sobre el lecho marino 5. Para posicionar la carga 23 es necesario mover el soporte de superficie junto con la grúa 21.
El resultado será que, en un tiempo determinado, la inercia de carga 23 será superada pero, debido a la aceleración de carga 23, ocurrirá una situación incontrolable, por lo que el área de destino será sobrepasada. Debido al hecho de que el cable de levantamiento 22 y la carga 4 son sensibles a las influencias como las corrientes marítimas, la carga 23 no se va a mover de manera recta hacia abajo, cuando el cable de levantamiento 22 se encuentra más abajo. Además, el movimiento lateral, balanceo y cabeceo de la nave 20 tendrá una influencia negativa sobre la precisión que pueda ser obtenida.
La figura 3 muestra una nave grúa 40 provista de un aparato o sistema submarino 50 para desplegar una carga 43 sobre el lecho marino 4. La nave 40 comprende unos primeros medios de levantamiento, por ejemplo un torno 41, provisto de un primer cable de levantamiento 42. Mediante este cable de levantamiento 42, la carga 43, por ejemplo un patrón, puede ser desplegada y colocada en el fondo del mar.
Como se ha mencionado anteriormente, la explotación de yacimientos de petróleo y de gas que usan una plataforma de producción flotante requiere la disposición de varios objetos pesados sobre el lecho marino 4, además, estos objetos deben estar dispuestos sobre el lecho marino 4 con una precisión muy alta. Resulta cada vez más difícil obtener la precisión requerida debido al hecho de que en la actualidad la explotación debe ser realizada en profundidades cada vez más importantes de hasta 3000 m y más. Por ejemplo, uno de los problemas a resolver es la posible rotación de la carga 43 soportada por el cable de levantamiento 42.
Para controlar la posición de la carga 43 durante su despliegue y para poder disponer la carga 43 en posición sobre el lecho marino 4 según la precisión requerida, el aparato o sistema 50 han sido fijados al cable de levantamiento 42. Una forma de realización preferida del sistema 50 será descrita en referencia a las figuras 4, 5, 6a y 6b.
El sistema 50 puede engancharse a la extremidad del cable de levantamiento 42. De forma alternativa, el sistema 50 puede enganchaser directamente a la propia carga 43. El sistema 50 comprende un primer módulo o módulo principal 51, provisto de medios de accionamiento como propulsores 56(i), i = 1, 2, 3, ...I, siendo I un número entero (figuras 4 y 5). El sistema comprende también un segundo módulo o contramódulo 52. Este contramódulo 52 también está provisto de propulsores 56(i). En uso, los propulsores del módulo principal 51 y del contramódulo 52 estarán situados en lados opuestos del cable de levantamiento 42.
El sistema 50 está acoplado a la nave 40 por medio de un segundo cable de levantamiento 45, que puede ser accionado mediante el uso de un segundo medio de levantamiento, por ejemplo un segundo torno 44. El segundo cable de levantamiento 45 está dispuesto, por ejemplo, fuera de borda por medio de una estructura A 49. El segundo torno 44 y el segundo cable de levantamiento 45 serán generalmente más ligeros que el primer medio de levantamiento 48 y el cable de levantamiento principal 42, respectivamente. El sistema 50 está conectado después a la nave 40 por un cable umbilical 46. Este cable umbilical 46 puede estar fijado al cable de levantamiento 45 o puede ser bajado a partir de un torno terciario 47 separadamente. El cableado eléctrico para el suministro de energía al sistema 50, así como el cableado eléctrico o fibras ópticas se alojan, por ejemplo, en el cable umbilical. En el sistema 50, se proveen generalmente medios para convertir la energía eléctrica en energía hidráulica. La energía hidráulica será usada, por consiguiente, para controlar entre otros los propulsores 56(i) y los equipos de herramientas auxiliares.
Como últimamente, el trabajo se realiza en profundidades crecientes, la torsión y rotación de las cargas 43 y de los largos cables de levantamiento 42 implican un problema todavía mayor. Debido al hecho de que las cargas pesadas 43 están fijadas sobre el lado inferior del cable de levantamiento 42, tales torsión y rotación pueden implicar un desgaste relativamente grande de los cables de levantamiento, por lo que se pueden producir daños importantes en los cables de levantamiento. Este desgaste puede ser tan grave que un cable de levantamiento 42 puede llegar a romperse y llevar a la pérdida de la carga 43. Otro problema es que debido a las torsiones importantes de los cables, los cables en la nave pueden salirse de las poleas.
Debido al hecho de que los propulsores 56(i) del módulo principal 51 y del contramódulo 52, respectivamente, están posicionados sobre unos lados opuestos del cable de levantamiento 42, una contratorsión puede ser ejercida sobre el cable de levantamiento 42 en ambas direcciones. De esta manera por medio del sistema, se forma un dispositivo antitorsión. Para mejorar las capacidades de este dispositivo antitorsión, preferiblemente, la distancia entre el módulo principal 51 y el contramódulo 52 puede ser modificada.
La figura 4 muestra una visión general detallada de una forma de realización posible del sistema 50 para desplegar una carga 43 sobre el lecho marino 4. La figura 5 muestra el sistema según la figura 4, desde arriba.
El sistema 50 comprende el módulo principal 51, el contramódulo 52 y un brazo 53. El brazo 53 puede estar separado del módulo principal 51. Lo que significa que el módulo principal 51 puede ser usado separadamente también, como un sistema modular. El brazo 53 está provisto de una cavidad 54. Sobre los lados opuestos de esta cavidad 54 están provistos dos gatos 57, 58, al menos uno de ellos puede ser movido con respecto al otro. Entre las superficies de extremidad de estos gatos 57, 58, un objeto puede estar sujeto, tal como un bloque de la grúa de carga 43. Para mejorar el contacto entre los gatos 57, 58 y el objeto, las extremidades respectivas de los gatos están dispuestas con zapatas de sujeción alineadas con un elemento de fricción, de un material de fricción elevado tal como el caucho especializado.
En uso, los propulsores 56(i) pueden ser utilizados para el posicionamiento del sistema 50 con respecto a un área de destino sobre el lecho marino 4. Los propulsores 56(i) pueden ser accionados desde una primera posición principalmente al interior del sistema 50, hasta una posición en la que los propulsores sobresalen del sistema 50. Los dos propulsores superiores 56(2), 56(3) son rotatorios con respecto al sistema submarino 50. Estos están instalados, por ejemplo, sobre unos activadores rotativos 65(1), 65(2) respectivos. El propósito de esto será explicado más tarde. Un propulsor 56(2) ha sido mostrado con una escala aumentada en la figura 4a.
En la figura 5 se muestran dos posiciones 61, 62 sobre la parte superior del módulo principal 51 para conectar el módulo principal al segundo cable de levantamiento 45 y/o al cable umbilical 46. Cuando el módulo principal 51 es usado separadamente, se puede usar la posición 61. El módulo principal 61 será equilibrado cuando el módulo 61 esté desplegado, tanto en el aire como debajo del agua.
Cuando se usa el sistema 50, la conexión entre la nave 40 y el sistema 50 estará fijada en la posición 62 para mantener el sistema en equilibrio, tanto en el aire como debajo del agua. Para mejorar el equilibrio del sistema, se puede fijar un contrapeso auxiliar 55 sobre el sistema 50.
En uso, el aparato 50 no tendrá ninguna flotabilidad. Para mejorar la movilidad del sistema submarino, el brazo 53 está provisto de agujeros 59, para evitar daños a la estructura debido a una presión creciente durante su descenso y para asegurar un drenaje rápido durante la fase de recuperación.
Como se ha mencionado anteriormente, resulta ventajoso que el contramódulo 52 pueda ser movido con respecto al módulo principal 51. Esto puede ser obtenido mediante el uso de gatos 64a.
El módulo 51 comprende un marco externo y un marco interno (ambos no mostrados). El marco interno preferiblemente tiene forma de cilindro. Mediante la conexión del marco externo al marco interno, una construcción muy sólida puede ser obtenida. La resistencia de la construcción es necesaria para evitar un desgaste prematuro del sistema.
El módulo 51, por ejemplo, está hecho parcialmente de acero de resistencia elevada y en consecuencia está diseñado para ser usado como una parte íntegra sea del primero 42 o del segundo cable de levantamiento 45. Esto significa que la parte superior del módulo 51 será conectada a una primera parte del cable de levantamiento 45, y que la parte inferior del módulo 51 será conectada a una segunda parte del cable de levantamiento 45, o la parte inferior del módulo 51 será unida directamente a la carga. De esta manera, la carga en el cable de levantamiento será transferida a través del módulo 51.
Tal como se ha mencionado anteriormente, el módulo 51 está provisto de un activador de propulsor 270 para la conversión de la energía eléctrica, entregada a través del cable umbilical 46, en energía hidráulica. Este activador de propulsor 270 puede comprender motores, una bomba, un colector y un depósito hidráulico. Tales medios de conversión son conocidos por los expertos en la técnica y no requieren explicación adicional en la presente. Para comunicar los datos relevantes con respecto a su posición, tanto absolutos como relativos a otros objetos, al sistema de control y/o a un operador a bordo de la nave 40, el módulo 51 comprende también unos medios de sensor y medios de control que serán explicados con detalle más abajo. El módulo 51 está equipado con una caja de conexiones de sensor. Además, el módulo 51 comprende fuentes de luz 87, un girocompás 256 comprendiendo sensores de movimiento vertical, balanceo y cabeceo, una cámara a color con función panorámica/inclinación 97, un respondedor USBL 255 comprendiendo un sensor de profundidad digiquartz 253, un medidor de velocidad del sonido 258, y un sonardyne mini Rovnav 264. En el lado inferior del módulo 51 están montados sobre varias fuentes de luz en plataformas 94, una cámara con función panorámica y S.I.T. 93, un altímetro 262, una unidad de registro Doppler 266, y un sónar de escaneo de doble cabeza 260. Estos son instalados allí para tener sólo agua de mar transparente debajo de ellos, durante el uso. Estos están mostrados esquemáticamente en las figuras 6a y 6b. Se debe entender que éstos pueden estar dispuestos en otro lugar, por ejemplo, en el lado inferior del módulo 52. Además, unas células de carga 268 forman parte del sistema 51. Todos estos componentes están indicados esquemáticamente en la figura 7b.
Como se ha mencionado anteriormente, el uso de un equipo sónar de alta resolución 260 junto con un registro de la distancia, medido por una unidad de registro Doppler 266, es importante para conseguir la precisión requerida, una vez que la carga ha alcanzado su profundidad deseada. El equipo sónar 260 será usado para determinar la posición con respecto a al menos un objeto situado en el lecho marino. Mediante el uso del registro de distancia, será por lo tanto posible disociar las actividades de posicionamiento del soporte de superficie, así como de cualquier otro dispositivo transpondedor acústico tal como conjuntos LBL (línea de base larga) (u otros, por ejemplo, USBL), al mismo tiempo que se consigue una precisión de centímetros en un radio amplio.
La figura 7a muestra el equipo electrónico 200 instalado sobre la nave 40, mientras que la figura 7b muestra un conjunto acústico desplegable 250 con un medidor de velocidad 248 y un girocompás 252. La figura 7b muestra también un equipo electrónico submarino 249 instalado sobre el sistema submarino 50.
El equipo mostrado en la figura 7a comprende cuatro procesadores: un procesador de navegación 202, un procesador acústico 224, un procesador de control de sónar 236, y un procesador de control de propulsor 240. El procesador de navegación 202 está en interfaz con otros tres procesadores 224, 236, 240 para comunicaciones y complementariedad mutuas.
El procesador de navegación 202 también se encuentra en interfaz con un equipo de posicionamiento de superficie DGPS (sistema de posicionamiento global diferencial) 204, un girocompás de nave 206, cuatro unidades de visualización 208, 210, 212, 214, una unidad de impresión 218, un teclado 220, un ratón 222, y una unidad de (de)multiplexor de fibra óptica 244. En caso de necesidad, un divisor de vídeo 216 puede estar provisto para transmitir una salida de señal SVGA del procesador de navegación 202 a dos o más unidades de visualización. En la figura 7a, las unidades de visualización 212, 214 están conectadas al procesador de navegación 202 a través del divisor de vídeo 216.
La unidad de (de)multiplexor de fibra óptica 244 también está conectada al procesador acústico 224, al procesador de control de sónar 236, y al procesador de control de propulsor 240.
El procesador acústico 224 está conectado a una unidad de mando y de control 226 que está conectada a un teclado 230, un ratón 232 y a una unidad de visualización 228, formando todos juntos una unidad de superficie USBL 234.
El procesador acústico 224 está conectado a un conjunto acústico desplegable 250 con una unidad de sensor de movimiento 252 y un medidor de velocidad 248. En uso, el conjunto acústico 250 está preferiblemente montado a 2,5 metros por debajo de la quilla de la nave 40.
La unidad de (de)multiplexor de fibra óptica 244 está conectada a otro (de)multiplexor de fibra óptica 246 instalado sobre el sistema submarino 50. Una fibra óptica de interconexión de ambos (de)multiplexores de fibra óptica 244, 246 está alojada preferiblemente en el cable umbilical 46 (figura 3).
El procesador de control de sónar 236 está conectado a una unidad de visualización 238. El procesador de control de propulsor 240 está conectado a una unidad de visualización 242.
El equipamiento submarino 249 está mostrado en la figura 7b en forma de diagrama de bloques. El respondedor USBL 255 con un sensor de profundidad digiquartz 253, un girocompás con sensores de movimiento 256, un medidor de velocidad de sonido 258 (desmontable), un sónar de escaneo de doble cabeza 260, un altímetro 262, un sonardyne mini Rovnav 264, un registro Doppler 266, células de carga 268, y un control de accionamiento de propulsor 270 están todos conectados al (de)multiplexor de fibra óptica 246.
Además, la figura 7b muestra dos faros 272, 274 que pueden estar dispuestos sobre el lecho marino o en la carga que debe ser desplegada (o en otras estructuras ya dispuestas sobre el lecho marino). Estos faros 272, 274 pueden ser interrogados, por ejemplo, mediante el sonardyne mini Rovnav 264 (o equipo equivalente) para transmitir señales acústicas de retorno al sistema 50 que pueden ser usadas por el propio sistema 50 para determinar y medir distancias y orientaciones relativas a estos faros. Tal conexión de telemetría acústica permite obtener mediciones de la posición relativa de alta precisión. El número de faros no se limita a los dos mostrados en la figura 7b.
Funcionalidad
Las funciones de los componentes mostrados en las Figuras 7a y 7b son las siguientes.
El procesador de navegación 202 recoge los datos de posicionamiento del equipo en la superficie (receptores DGPS, correcciones DGPS, girocompás de la nave y sensores de movimiento de la nave 204 y 206), para calcular y exponer la postura de la nave y de sus desplazamientos fijos.
A través de los (de)multiplexores de fibra óptica 244 y 246, el procesador de navegación 202 envía distintos ajustes a los instrumentos de navegación del sistema 50, es decir, al registro Doppler 266, altímetro 262, y girocompás y sensores de movimiento 256. Después de la instalación, éste recibe los datos de estos instrumentos, así como, a través del procesador acústico 224, los datos de gama/inclinación y profundidad del sistema 50 para calcular y visualizar las posturas y coordenadas absolutas del sistema 50.
Un software integrado en el procesador de navegación 202 ha sido desarrollado incluyendo un software de control del posicionamiento dinámico que puede funcionar de forma manual o automática para determinar la orientación deseada del sistema 50 y seleccionar entre muchos puntos de referencia y efectuar el posicionamiento deseado. Además, el operador a bordo de la nave puede disponer los desplazamientos en el punto de referencia seleccionado, desplazamientos que están dispuestos con coordenadas XY con respecto a la orientación del sistema 50. Existe otra posibilidad de seleccionar varios otros tipos de dispositivos de posicionamiento submarinos a través de una disposición de ventanas diseñadas específicamente en las pantallas (páginas electrónicas) de las unidades de visualización 208-214, para estabilizar y filtrar la posición. Para asegurarse de que el operador posee todas las herramientas posibles para obtener un resultado óptimo, existe otra parte en el software mostrando un estado diferente de instrumentos submarinos en uso para el cálculo de la posición del sistema 50 en línea (tiempo real).
El girocompás embarcado 256, incluyendo sensores de elevación, de balanceo y cabeceo 88 a bordo del sistema 50, proporciona datos con respecto a las posturas exactas del sistema 50 y a la carga 43 que debe ser instalada sobre el lecho marino. En la superficie del mar, en una cabina de control, los operadores pueden controlar estas posturas en línea (tiempo real), durante el descenso pero también cuando se dispone la carga 43 sobre el lecho de mar para una verificación final.
El girocompás de la nave 206, así como el girocompás con sensores de movimiento 252 instalados sobre el conjunto acústico 250 que podría ser usado para las mismas funciones, está transmitiendo la orientación de la nave al procesador de navegación 202. El procesador de navegación 202 usará esta orientación de la nave para calcular distintos desplazamientos.
Las unidades de visualización 208, 210, 212, y 214, respectivamente, están dispuestas para visualizar los ajustes de navegación, una vista del lecho marino, una vista de la superficie, en la cabina de control para los operadores y otra en el puente de la nave para los operadores del departamento marino.
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La unidad de orden y control USBL 226 consiste en un ordenador personal que provee el control y la configuración del sistema y la visualización de la interfaz máquina-hombre para el control del operador.
El procesador acústico 224, preferiblemente, consiste en un sistema VME que ejecuta un proceso de correlación de señales recibidas, las correcciones de batimetría-celerimetría y la postura de la nave. Además, calcula las coordenadas de cualquier faro empleado. El procesador acústico 224 está conectado al procesador de navegación 202 a través de Eternet.
El conjunto acústico 250 incluye medios de transmisión y de recepción. El conjunto acústico 250 puede ser usado en forma de transductor para comunicar acústicamente con una o más señales. Tal modo transductor es ventajoso cuando falla el cable umbilical 46 y que éste es incapaz de transmitir señales de interrogación por debajo del sistema 50. Entonces, las señales de interrogación acústicas pueden ser transmitidas por debajo por el transductor directamente a través del agua del mar. En todos los otros casos, el conjunto acústico 250 será usado en modo recepción. La recepción se realiza con dos bases de recepción ortogonales que miden las distancias y ángulos de inclinación de las señales con respecto al conjunto acústico 250. Cada base de recepción incluye dos transductores. Cada señal recibida es amplificada, filtrada y transferida al procesador acústico 224 para procesar la señal digital.
El medidor de la velocidad del sonido 248 instalado en el conjunto acústico 250 está actualizando en tiempo real el perfil de la velocidad del sonido crítico y variable situado exactamente debajo de la nave 40. Esto es muy importante ya que las turbulencias del agua del mar resultan muy fuertes en estas capas situadas justo debajo de la nave 40.
El girocompás 252 es usado preferiblemente como una unidad de sensor del movimiento transmitiendo la postura del conjunto acústico al procesador acústico 224 para rectificar los datos con respecto a la posición del sistema submarino 50.
En una forma de realización preferida, el faro 254 funciona en modo respondedor y tiene las características siguientes:
-
la señal de interrogación de impulso generada por el procesador acústico 224 no es acústica sino eléctrica y es transmitida al faro 254 a través de la conexión de cable entre la nave 40 y el sistema 50;
-
las frecuencias de interrogación son controladas remotamente por un operador a través de la interfaz hombre-máquina.
Como se ha indicado anteriormente, el faro 254 también puede ser usado en modo transpondedor. Después, el faro 254 es activado por una señal acústica de superficie transmitida por el conjunto acústico 250 y entrega posteriormente las señales de respuesta acústica al conjunto acústico 250 a través de una señal acústica codificada.
El sensor de profundidad digiquartz 253 incluido en el faro 254 permite una transmisión muy precisa de los datos de la profundidad del sistema 50 al procesador acústico 224. El procesador acústico 224 utiliza estos datos para mejorar el cálculo de la posición submarina del sistema 50 y de su carga 43.
El medidor de la velocidad del sonido 258, montado sobre el sistema submarino 50, transmite datos, tales como la velocidad del sonido en el agua de mar a la profundidad del sistema submarino 50, al procesador acústico 224 durante el descenso y la recuperación. Los datos de velocidad del sonido son usados para actualizar los perfiles de velocidad del sonido calculados en el agua del mar, en función de la profundidad en tiempo real y para calcular la flexión de rayo acústico a partir de estos perfiles como una función de la profundidad en el agua del mar y de esta manera corregir los cálculos de la posición submarina del sistema 50.
El sónar de escaneo de doble cabeza 260 es usado para medir gamas e inclinaciones del sistema 50 para cualquier objetivo natural o creado por el hombre sobre el lecho marino y para emitir los datos correspondientes como valores digitales del procesador de navegación 202. Las posiciones de tales objetivos naturales o creados por el hombre pueden ser predefinidas o bien el sistema de navegación puede asignar coordenadas a cada uno de los objetos seleccionados. Después de asignar coordenadas a los objetos, éstas pueden ser usadas como referencias de navegación en un sistema de coordenadas local. Éste proporciona una precisión de 0,1 metros en coordenadas relativas.
El altímetro 262 montado sobre el sistema 50 mide la distancia vertical del sistema submarino 50 con respecto al lecho marino y transmite los datos de medición de salida al procesador acústico 224.
La unidad de registro Doppler 266 provee datos con respecto al valor y a la dirección de corriente del agua del mar al nivel de la profundidad del sistema submarino 50. Estos datos son usados en dos formas.
Ante todo, los datos recibidos desde la unidad de registro Doppler 266 y el girocompás con sensor de movimiento 256 son usados por el procesador acústico 224 para estabilizar en línea (tiempo real) el ruido aleatorio con respecto al uso del USBL. Para obtener esta estabilización, se usa un filtro, por ejemplo, un filtro Kalman, un filtro Salomonsen, un filtro ligero Salomonsen, o cualquier otro filtro adecuado en la unidad procesadora principal 224. Tales filtros son conocidos por los expertos en la técnica. Un breve resumen puede aparecer en el apéndice A.
En segundo lugar, los datos de salida de la unidad de registro Doppler 266 con respecto a la intensidad de la corriente, dirección de la corriente, junto con los datos relativos a la orientación presente y deseada del sistema submarino 50, son transmitidos al procesador de control de propulsor 240 a través del procesador de navegación 202. En base a la dirección deseada, el control de accionamiento del propulsor será controlado automáticamente 270. El control manual también puede estar provisto.
En una forma de realización particularmente ventajosa, la unidad de registro Doppler 266 (o cualquier otro sensor adecuado) es utilizada para medir la temperatura y/o la salinidad del agua del mar alrededor del sistema 50. Los datos relativos a la temperatura local y/o a la salinidad son transmitidos al procesador de navegación 202 que calcula y actualiza los perfiles de temperatura y/o salinidad como una función de la profundidad en el agua del mar. Estos datos son usados también para determinar la flexión del rayo acústico a través del agua de mar y, de esta manera obtener cálculos correctos de la posición del sistema 50.
El sonardyne mini Rovnav 264 es opcional y puede ser usado para proveer una posición relativa del sistema 50 a señales locales sobre el lecho marino como se ha explicado más arriba. Por ejemplo, un conjunto de línea de base larga (LBL) ya puede estar instalado sobre el lecho marino y utilizado para este propósito.
Las células de carga 268 se utilizan para medir el peso de la carga 43 sostenida por el sistema submarino 50. Cuando este peso se reduce, esto indica que la carga está colocada ahora sobre el lecho marino (u otra posición de destino) y que el sistema 50 puede estar separado de la carga 43. Los datos de salida de las células de carga son transmitidos al procesador de navegación 202 a través de los (de)multiplexores 244, 246.
El control de accionamiento del propulsor 270 es utilizado para accionar los propulsores 56(i) para dirigir el sistema submarino 50 hasta la posición deseada como se explicará con detalle más abajo.
En la figura 7a, cuatro procesadores diferentes 202, 224, 236 y 240 son mostrados para obtener la funcionalidad del sistema según la invención. No obstante, se debe entender que la funcionalidad del sistema puede, de forma alternativa, ser obtenida por medio de cualquier otro número adecuado de procesadores en cooperación, incluyendo un ordenador de unidad principal, sea en una disposición paralela o maestro-esclavo. Incluso procesadores dispuestos alejados pueden ser usados. Se puede proveer a bordo un procesador del sistema submarino 50 para realizar algunas funciones.
Los procesadores pueden tener componentes de memoria no mostrados que incluyen discos duros, memoria de sólo lectura (ROM), memoria de sólo lectura programable y borrable eléctricamente (EEPROM) y memoria de acceso aleatorio (RAM), etc. No todos estos tipos de memoria deben ser proporcionados necesariamente.
En vez de o además de los teclados 220, 230 y de los ratones 222, 232, otro medio de entrada conocido por los expertos en la técnica, como pantallas táctiles, pueden ser también proporcionadas.
Cualquier comunicación dentro de la disposición entera mostrada puede ser sin cables.
En la figura 5, la situación muestra que los dos propulsores superiores 56(2) y 56(3) están dirigidos en otra dirección que aquella de los propulsores 56(1) y 56(4). Los propulsores 56(2), 56(3) están montados sobre activadores giratorios 65(1), 65(2), que permiten orientar los propulsores 56(2), 56(3) mediante una rotación de estos de hasta 360°. Preferiblemente, los propulsores 56(2), 56(3) pueden ser controlados independientemente de tal forma que pueden dirigirse cada uno en una dirección diferente.
Para que el procesador de control de propulsor 240 pueda posicionar de manera precisa el sistema submarino 50, un sistema de coordenadas común debe estar dispuesto entre el procesador de navegación 202 y el procesador de control del propulsor 240. Ante todo, existe un sistema de coordenadas estándar usado por el procesador de navegación 202. No obstante, otros dos sistemas de referencia de coordenadas están dispuestos preferiblemente para el sistema submarino 50.
La figura 8 muestra los tres sistemas de coordenadas diferentes. El sistema de coordenadas relacionado con el procesador de navegación 202 está indicado con "cuadrícula de navegación ". Este sistema de coordenadas usa esta dirección de la "cuadrícula de navegación" y su normal.
Los propulsores 56(2), 56(3) son controlados para proporcionar una fuerza motriz en una dirección llamada "dirección media de propulsor". Esta dirección junto con su normal define el segundo sistema de coordenadas.
El tercer sistema de coordenadas está definido con respecto a la "dirección del sistema" que se define como la dirección perpendicular a una línea de interconexión de los propulsores 56(1), 56(4).
Ahora, un error en el trayecto seguido por el sistema submarino 50 puede ser definido en términos de vector de error que puede ser dividido en un componente paralelo a la dirección media de propulsor llamada "error medio" y un componente normal a la dirección media de propulsor denominado "error medio normal". Sensores apropiados en el sistema submarino 50 van a proporcionar al procesador de navegación 202 la dirección media de propulsor y la dirección de sistema. Con estos datos, el procesador de navegación 202 va a crear una cuadrícula como se muestra en la figura 8.
El error está definido como la posición deseada DP menos la posición de sistema TP, de tal forma que un vector R\Phi_{EN} es generado con respecto a la referencia de cuadrícula de navegación, es decir:
Por otra parte:
1
\Phi_{TN} es el sistema de orientación menos la orientación de cuadrícula de navegación,
\Phi_{MT} es la orientación media del propulsor menos la orientación del sistema.
Entonces:
2
Ahora que se conoce R\Phi_{EM}, el error medio y error normal con respecto a los errores medios pueden ser calculados.
Los dos propulsores 56(1) y 56(4) son utilizados para contrarrestar las fuerzas de torsión aplicadas por el cable de elevación 42, la resistencia del equipamiento y el momento rotacional inducido por la vectorización del control de posicionamiento. Un bucle de control para la orientación requiere que el procesador de navegación 202 esté provisto con la orientación de sistema real y la orientación de sistema deseado. La orientación del sistema real es medida por el girocompás 256. La orientación deseada es introducida manualmente por un operador. A partir de estas dos orientaciones el bucle de control en el procesador de navegación 202 computa una distancia angular entre la orientación deseada y la orientación real así como la dirección de rotación deseada para mover el sistema 50 en consecuencia. Un bucle de control simple controlado por el propulsor de control del procesador 240 ajusta después la energía en los propulsores 56(1) y 56(4) para la rotación del sistema 50 de manera apropiada.
Con el aumento de la potencia del sistema 50, ambos propulsores 56(2) y 56(3) preferiblemente estarán orientados de tal forma que la dirección media del propulsor esté dirigida paralela a la dirección del sistema. Posteriormente, los propulsores 56(2), 56(3) tendrán una pequeña desviación del ángulo del vector de la dirección del sistema para apoyar el posicionamiento del sistema 50 en dos planos. El tamaño de este vector es preferiblemente ajustable manualmente y puede ser necesario configurar este último para cada trabajo diferente dependiendo de las condiciones reales del mar. Una vez que los propulsores 56(2) y 56(3) estén centrados y vectorizados, un bucle de posicionamiento puede asumir el control del sistema 50.
El bucle de posicionamiento comprende dos fases más.
En la siguiente primera fase, que se ejecuta mientras que el sistema 50 sigue cerca de la superficie del mar, la dirección de la corriente del agua será medida por la unidad de registro Doppler 266. La dirección de la corriente del agua será transmitida al procesador de navegación 202. Mediante el uso de esta dirección, el procesador de control del propulsor 240 que recibe las órdenes apropiadas del procesador de navegación 202 va a activar los activadores rotatorios 65(1), 65(2) de tal forma que la dirección media de propulsor se opone esencialmente a la dirección de la corriente del agua. Durante esta rotación de los activadores rotatorios 65(1), 65(2), ninguno de los propulsores 56(i) es propulsado. La dirección del sistema será medida por el girocompás de fibra óptica 256. La profundidad es medida constantemente por el sensor de profundidad digiquartz 254 y la altitud por el altímetro 262. El error medio y el error normal con respecto a los errores medios tal como se calcula según las ecuaciones expuestas más arriba serán usados después por el bucle de posicionamiento para aplicar la energía a los propulsores 56(2) y 56(3) para conducir el sistema 50 hasta la posición deseada.
Durante el accionamiento del sistema 50 con la carga 43 en las coordenadas deseadas mediante propulsores 56(2), 56(3) los propulsores 56(1), 56(4) son utilizados para contrarrestar cualquier rotación del sistema 50 con su carga 43. Esto proporciona un mejor control ya que, especialmente para cargas pesadas, los movimientos de rotación pueden producir otros movimientos no deseados de la carga, que puede ser difícil de controlar. Cuando el sistema 50 con su carga se sitúa en las coordenadas deseadas, la carga junto con el sistema 50 es bajada mediante el cable de levantamiento 42. Durante el descenso de la carga 43, la carga 43 es controlada constantemente por un sistema 50 para mantenerla en la posición deseada sin ninguna rotación.
En una fase posterior, el sistema 50 por ejemplo se encuentra a aproximadamente 200 m o menos del lecho marino 4. Después, la unidad de registro Doppler 266 se desplaza en modo de mantenimiento de ruta de fondo. Esto cambia la operación en modo de respuesta más precisa y rápida para el acercamiento final a la posición de destino sobre el lecho marino 4. Entonces, la unidad de registro Doppler 266 y el girocompás con sensores de movimiento 256 son utilizados para filtrar el ruido aleatorio del USBL. Una vez filtrado, una buena visualización de los datos de navegación incluyendo una velocidad precisa del sistema 50 va a hacer que el bucle de control de la posición sea extremadamente rápido y estable. Un bucle de control sintonizado minuciosamente comprende el hecho de que se consigue un control de hasta algunos centímetros de movimiento. Ahora, la unidad de sónar 260 y la unidad de registro Doppler 266 son utilizadas para proporcionar información con respecto al entorno del punto de destino de tal forma que la carga 43 puede estar situada sobre las coordenadas correctas y la orientación correcta. A continuación, una rotación, si es necesaria, puede ser aplicada a la carga 43 por los propulsores 56(1), 56(4) controlados por un procesador de control del propulsor 240.
Dos bucles de control están provistos para los propulsores 56(2), 56(3): un bucle de control de errores y otro bucle de control para reducir el error medio normal.
El bucle de control de error ajustará la potencia de igual manera para ambos propulsores 56(2), 56(3) para reducir el error medio. Cuando el sistema 50 alcance las coordenadas de destino, se reducirá la fuerza motriz en los propulsores 56(2), 56(3) hasta un nivel tal para que el sistema 50 pueda mantener su posición en la corriente del mar. En otras palabras, inicialmente, la fuerza motriz estaba establecida a un nivel que era proporcional al error medio. No obstante, como el sistema 50 se mueve más cerca de las coordenadas de destino, el bucle de control reducirá lentamente la fuerza motriz aplicada a los propulsores 56(2), 56(3). Cuando el sistema 50 alcance las coordenadas de destino, se alcanzará un equilibrio en el que la fuerza motriz en los propulsores 56(2), 56(3) contrarreste la resistencia de la corriente del mar. El bucle de control de error medio proporciona la misma fuerza con un mismo signo para ambos propulsores 56(2), 56(3).
Se ha aplicado otro bucle de control para reducir el error medio normal. Este otro bucle de control ajusta la fuerza individual aplicada a los propulsores 56(2), 56(3) para generar un movimiento perpendicular a la corriente del mar. El otro bucle de control aplica la misma fuerza de signo opuesto a ambos propulsores 56(2), 56(3) para este propósito. La fuerza aplicada a los propulsores 56(2), 56(3) para reducir el error medio normal, preferiblemente, se reduce linealmente a cero mientras que el sistema 50 se mueve hacia las coordenadas de destino. En el punto donde el error normal a medio alcanza cero y suponiendo que no se ha producido ningún cambio de dirección de la corriente del mar, el sistema 50 se colocará exactamente sobre la posición de destino en el lecho de mar 4, y los propulsores 56(2), 56(3) son alimentados para mantener el sistema 50 en las coordenadas correctas y corregir la corriente del mar.
Si la dirección de la corriente del mar cambia, los bucles de control citados anteriormente serán necesarios para ajustar la fuerza aplicada a los propulsores y finalmente para cambiar la dirección del sistema. Cuando la nueva dirección de la corriente actúa sobre el sistema 50, el error medio normal empezará a aumentar mientras que el sistema 50 se mueve a partir de las coordenadas de destino. Para superar este efecto, el tamaño del error medio normal será controlado de nuevo hasta reducirse a cero. La dirección del sistema es cambiada para contrarrestar la corriente del mar o deriva natural del sistema 50.
La dirección de rotación de los activadores rotatorios 65(1), 65(2) será definida por el signo del error medio normal. Para reducir el tiempo requerido para torcer los activadores rotativos 65(1), 65(2) hasta la posición requerida, un algoritmo será usado por el procesador de control del propulsor 240 para determinar la ruta más corta hacia la orientación deseada.
Se prevé también la disposición de un control manual, por ejemplo, de una palanca manual (no mostrada) conectada al procesador de navegación 202.
Durante el posicionamiento del sistema 50, un control de velocidad es aplicado también, preferiblemente. Preferiblemente, cuanto más cerca está el sistema 50 de las coordenadas de destino, más lenta será la velocidad del sistema 50. Por ejemplo, cuando la distancia entre el sistema 50 y el destino es superior a un primer valor umbral predeterminado, los propulsores son controlados para proporcionar al sistema 50 una velocidad máxima. Entre este primer valor umbral y un segundo valor umbral de la distancia hasta las coordenadas de destino, el segundo valor umbral siendo inferior al primer valor umbral, se utiliza un perfil de velocidad que se reduce linealmente. En una distancia más pequeña que el segundo valor umbral el sistema se mantiene a una velocidad esencialmente igual a cero.
Medición de la USBL
El principio de medición de la USBL se basa en una fase de medición precisa entre dos transductores. En una forma de realización, una combinación de línea de base corta (SBL) y de línea de base ultracorta (USBL) es usada para poder utilizar una distancia importante entre transductores sin ninguna ambigüedad de fase. Para una USBL, la precisión depende de la relación señal/ruido y de la distancia entre los transductores (como en un método de interferometría). En tal caso, la compensación se refiere a la frecuencia que es limitada por la gama y la parte hidrodinámica en términos de dimensiones.
La ambigüedad se calcula usando una medición de SBL combinada con un tratamiento de datos en correlación. La relación señal/ruido es mejorada mediante el uso de tal tratamiento de correlación. La expresión siguiente define la precisión general para una USBL
3 
\vskip1.000000\baselineskip
donde:
\sigma_{\theta}: Desviación angular estándar
L: Distancia del transductor
\lambda: longitud de onda
\theta: ángulo de inclinación.
\vskip1.000000\baselineskip
La expresión proporcionada más arriba indica que la precisión es mejorada mediante el aumento de la distancia del transductor L, es decir, mediante el aumento del conjunto. Además, una frecuencia más alta produce una mejor precisión. Aspectos hidrodinámicos y la ambigüedad de fase reducen estos parámetros. Una relación señal/ruido es aumentada mediante el uso de un tratamiento de datos en correlación.
Para optimizar la gama y precisión, se utiliza preferiblemente una frecuencia de 16 kHz para las mediciones del medidor de fase. Un proceso de correlación permite aumentar la gama de distancia mientras que se mantiene una longitud de impulso estrecho para una discriminación de trayectos múltiples.
Para mediciones en fase de ambigüedad, el sistema funciona en la SBL para determinar un sector de gama y en la USBL dentro del sector para conseguir la mejor precisión.
La gama puede ser aumentada a más de 8000 m usando una frecuencia más bien baja.
\vskip1.000000\baselineskip
Apéndice A
Filtro de Kalman
El filtro de Kalman es probablemente la técnica mejor conocida en la industria marítima. Proporciona un método de filtración rápido en base a la comparación con respecto a valores previstos, que son calculados en base a la cronología. No entraremos en detalles acerca de la filtración de Kalman, pero nos referimos a, por ejemplo "Kalman Filtering - Theory and Practice", por M.S. Grewal y A.P. Andrews Prentice Hall (ISBN 0-13-211335-X).
La vía de posición puede estar combinada con los datos de velocidad (registro Doppler), cada punto será mejorado en base a los puntos vecinos, la distancia en el tiempo y la velocidad real. El peso entre el valor Kalman y la velocidad mejorada es determinado por el coeficiente de eficiencia Doppler: los valores más elevados tendrán más en cuenta la velocidad.
Ventaja:
Desventaja:
Es bastante rápido
Resultado más bien "no uniforme"
Puede ser mejorado con la velocidad
No es la mejor combinación de velocidad y posición
\vskip1.000000\baselineskip
Filtro simple
El filtro simple se desplaza a través de todas las posiciones, y calcula una curva homogénea que proporciona un error al cuadrado mínimo, es decir un tipo de línea de ajuste al cuadrado mínimo
Ventaja:
Desventaja:
Es rápido
No se usa ningún dato de registro Doppler
El resultado es uniforme
No actúa como las vías curvadas
\vskip1.000000\baselineskip
Filtro de Salomonsen
El filtro de Salomonsen, llamado así por el matemático danés Hans Anton Salomonsen, profesor y pHD en la Universidad de Aarhus, es un filtro altamente integrado. Presenta la ventaja de la estabilidad a corto plazo de la vía Doppler y la combina con la robustez a largo plazo de la vía de posición.
Descripción
El filtro es usado en una situación en la que disponemos de datos de posición de virada en el tiempo a lo largo de una vía así como unos datos Doppler. Los datos Doppler son normalmente muy precisos pero no proporcionan ninguna información acerca de las posiciones absolutas. Por otra parte, los datos de posición son posiciones absolutas aunque generalmente no son muy precisos. El filtro combina los dos conjuntos de datos para producir una vía precisa con posiciones absolutas. Esto se realiza como se indica a continuación.
1.
Los datos Doppler son utilizados para construir la forma de la vía, es decir una vía formada en forma de espina cúbica.
2.
Inicio desde el origen (0, 0) y con velocidades según lo definido por los datos Doppler.
3.
En tal caso, los datos de posición son usados para situar la vía correctamente. La vía es trasladada, rotada, y extendida/comprimida linealmente para adaptarse a los datos de posición de la mejor manera posible usando las técnicas de mínimos cuadrados.
4.
Será principalmente una translación. No obstante, las otras modificaciones sirven para corregir posibles errores sistemáticos de los datos Doppler.
\vskip1.000000\baselineskip
El hecho de que los datos de posición sean usados sólo para efectuar las modificaciones en 2 significa que los datos de posición están sometidos a un promedio considerable. Esto reduce la incertidumbre de las mediciones de posición. De esta manera, cuando existen muchos datos de posición, el posicionamiento absoluto de la vía debería ser mucho más preciso que cada medición de posición única. H.A. Salomonsen.
\vskip1.000000\baselineskip
Descripción matemática
El algoritmo es dividido en cinco etapas:
Etapa 1
Calcular aceleraciones para cada punto
Datos de salida de estos girocompases
Donde
hk = tk-tk-1
tk = marcación temporal para una medición de la velocidad
Xk'= medición de velocidad en tk
Xk''= aceleración calculada en tk.
\vskip1.000000\baselineskip
Etapa 2
Calcular la posición sucesiva en base a la aceleración y a la velocidad, y en la posición previa calculada (en base a las mediciones precedentes de velocidad y a las aceleraciones)
el control de la carga es virtualmente imposible a gran profundidad
Donde
xk = posición calculada en tk (marcación temporal de velocidad).
\newpage
Etapa 3
Calcular las posiciones en escalas temporales reales (usando la posición de las primeras mediciones de velocidad)
el control de la carga es virtualmente imposible a gran profundidad
Donde
X(t) = posición en tiempo t.
\vskip1.000000\baselineskip
Etapa 4
Añadir una posición de primeras mediciones de velocidad a las posiciones calculadas.
\vskip1.000000\baselineskip
Etapa 5
Mover, girar, estirar las posiciones calculadas comprimidas para una mejor adaptación de la línea de posición real
Ventaja:
Desventaja:
Combina lo mejor de Doppler y de las posiciones.
Es lenta debido a una matriz compleja
Tener en cuenta todos los datos
Depende de un buen registro Doppler
\vskip1.000000\baselineskip
El resultado es uniforme.
Salomonsen ligero
La versión ligera del filtro de Salomonsen, que fue la primera introducida en el programa en línea NaviBat, fue inventada para aportar una solución más rápida combinando lo mejor de los dos métodos.
Debido a su naturaleza en línea, sólo utiliza la cronología con respecto a la decisión de filtrar un punto. Por lo que el resultado será más aproximado al inicio de la línea e irá mejorando a medida que se mueva a lo largo de ésta.
\vskip1.000000\baselineskip
Operación de base
El filtro es accionado con una llamada de reinicio para inicializar el filtro. El reinicio se realiza usando la primera medición de velocidad. El filtro usa los datos de velocidad y los de posición. Una curva de espina cúbica es creada usando los registros de velocidad y mediante la adaptación de las posiciones a esta curva de la mejor manera posi-
ble.
El filtro lee posteriormente un registro de posición que es almacenado para un tratamiento posterior.
Cuando un registro de velocidad es leído, se crea un "nudo". Cualquier posición leída entre los registros de velocidad precedentes y presentes (en tiempo) se ajusta para adaptarse a la curva.
\vskip1.000000\baselineskip
Cronología
El parámetro de obtención de filtro, valor 0 a 1, controla la influencia de los datos de registro Doppler y de los eventos pasados en el punto corriente.
Para el valor 1, los datos de registro Doppler y eventos pasados en la línea tienen el peso mayor. Sólo se ven valores más pequeños si existen más registros de posición que registros de velocidad válidos.
Los valores útiles estarán en la gama 0,9 a 1, por ejemplo 0,99.
\vskip1.000000\baselineskip
Corrección de errores
Los registros de posición y de velocidad pueden ser comparados con valores previstos mediante el uso de datos anteriores. Unos límites pueden ser establecidos para rechazar datos.
\newpage
Reinicio
Cuando hay muchos puntos de datos erróneos, existe un riesgo de que el filtro se suelte de la vía. El operador puede reiniciar el filtro manualmente, es decir destruir su cronología (se han realizado intentos para diseñar un auto- reinicio).
Ventaja:
Desventaja:
Combina lo mejor del Doppler y de las posiciones
"no uniforme" al principio de la línea
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Es rápido
El resultado global es uniforme
Pueden manipular datos Doppler ruidosos.
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Referencias citadas en la descripción Esta lista de referencias citada por el solicitante ha sido recopilada exclusivamente para la información del lector. No forma parte del documento de patente europea. La misma ha sido confeccionada con la mayor diligencia; la OEP sin embargo no asume responsabilidad alguna por eventuales errores u omisiones. Documentos de patente citados en la descripción
- EP 00913171 A [0001]
- WO 9961307 A [0003]
Otra literatura que las patentes citada en la descripción
- M.S. GREWAL; A.P. ANDREWS. Kalman Filtering - Theory and Practice Prentice Hall [0121].

Claims (13)

1. Disposición comprendiendo un conjunto acústico (250) con un medidor de velocidad de sonido (248),
adecuado para estar dispuesto debajo del agua, el conjunto acústico (250) estando dispuesto para estar suspendido en uso a una nave y para recibir señales acústicas directamente desde un dispositivo submarino (249) alejado de dicho conjunto acústico (250) y para proporcionar datos de salida de conjunto acústico a una disposición de tratamiento de tal forma que dicha disposición de tratamiento puede realizar, en tiempo real, un cálculo de una posición de dicho dispositivo submarino (249) con respecto a dicho conjunto acústico (250) en base a dichos datos de salida de conjunto acústico, el medidor de velocidad de sonido (248) estando dispuesto para estar situado en uso a una profundidad fija con respecto a la nave y dispuesto para proveer datos de salida del medidor de velocidad de sonido para dicha disposición de tratamiento,
el conjunto acústico comprendiendo un sensor de movimiento que mide el movimiento vertical, balanceo y cabeceo del conjunto acústico y proporciona datos de salida de sensor de movimiento a dicha disposición de tratamiento,
dicha disposición de tratamiento estando dispuesta para corregir dicho cálculo de dicha posición de dicho dispositivo submarino (249) en base a dichos datos de salida del medidor de velocidad de sonido como una función de tiempo y en base a dichos datos de salida del sensor de movimiento.
2. Disposición según la reivindicación 1, donde el sensor de movimiento (252) comprende un girocompás.
3. Disposición según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, donde el conjunto acústico (250) está dispuesto para ser montado en un casco de dicha nave (40).
4. Disposición según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, donde el conjunto acústico (250) está dispuesto para enviar señales de interrogación acústicas a dicho dispositivo submarino (249).
5. Disposición según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, donde el conjunto acústico (250) está dispuesto para funcionar en un modo de recepción con dos bases de recepción ortogonales que miden una distancia y un ángulo de inclinación de dicho dispositivo submarino (249) con respecto a dicho conjunto acústico (250).
6. Disposición según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, donde cada base de recepción incluye al menos dos transductores.
7. Disposición según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, donde el conjunto acústico (250) está dispuesto para amplificar, filtrar y transferir señales acústicas recibidas en dicha disposición de tratamiento.
8. Disposición de tratamiento (202, 224, 236, 240) dispuesta para comunicar con un conjunto acústico (250) con un medidor de velocidad de sonido (248) y un sensor de movimiento,
el conjunto acústico (250) siendo adecuado para estar dispuesto debajo del agua suspendido de una nave y el conjunto acústico (250) estando dispuesto para recibir señales acústicas directamente desde un dispositivo submarino (249) alejado de dicho conjunto, el sensor de movimiento estando dispuesto para medir el movimiento vertical, balanceo y cabeceo del conjunto acústico y para proporcionar datos de salida del sensor de movimiento,
el medidor de velocidad de sonido (248) estando a una profundidad fija con respecto a la nave,
la disposición de tratamiento (202, 224, 236, 240) estando dispuesta para recibir datos de salida de conjunto acústico desde el conjunto acústico (250) y para realizar, en tiempo real, un cálculo de una posición de dicho dispositivo submarino (249) con respecto a dicho conjunto acústico (250) en base a dichos datos de salida de conjunto acústico, y la disposición de tratamiento (202, 224, 236, 240) estando dispuesta para recibir los datos de salida del medidor de velocidad de sonido proporcionados por el medidor de velocidad de sonido (248) como una función de tiempo y los datos de salida del sensor de movimiento del sensor de movimiento y para corregir dicho cálculo de dicha posición de dicho dispositivo submarino (249) en base a dichos datos de salida del medidor de velocidad de sonido y a los datos de salida del sensor de movimiento.
9. Disposición de tratamiento (202, 224, 236, 240) según la reivindicación 8, donde la disposición de tratamiento (202, 224, 236, 240) comprende un procesador de navegación (202) dispuesto para comunicar con al menos uno de un equipamiento de posición de superficie (204) y de un girocompás de nave (206).
10. Disposición de tratamiento (202, 224, 236, 240) según cualquiera de las reivindicaciones 8 - 9, donde la disposición de tratamiento (202, 224, 236, 240) comprende un procesador acústico (224) dispuesto para comunicar con dicho conjunto acústico (250).
11. Disposición de tratamiento (202, 224, 236, 240) según cualquiera de las reivindicaciones 8 - 10, donde la disposición de tratamiento (202, 224, 236, 240) comprende un procesador de control de propulsor (240) dispuesto para comunicar con una unidad de registro Doppler (266), la unidad de registro Doppler estando dispuesta para medir al menos una de la intensidad de corriente y de la dirección de corriente del mar en la profundidad de dicho dispositivo submarino (249).
12. Nave comprendiendo una disposición de tratamiento según cualquiera de las reivindicaciones 8-11.
13. Nave según la reivindicación 12, provista de un conjunto acústico (250) que debe estar situado en las capas fluidas justo debajo de la nave (40).
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