NO132293B - - Google Patents

Description

Denne oppfinnelse angår posisjonering av et sjøgående fartøy i forhold til faste punkter og er mer spesielt rettet mot å holde fartøyet på et forutbestemt sted.

Oppfinnelsen finner særlig anvendelse for å holde et fartøy eller boreplattform vertikalt over undersjøiske bore-brønner.

Et fartøy kan holdes på et valgt fast punkt enten ved statisk oppankring med ankre og kabler eller kjettinger eller ved hjelp av en oppankring, betegnet som "dynamisk", hvilket består i at fartøyet holdes på eller tilbakeføres til utgangsposisjonen ved hjelp av drivanordninger. Fartøyets avvikelser blir oftest detektert i forhold til ett eller flere faste, undersjøiske punkter ved hjelp av ultralyd eller ved anvendelse av et inklinometer basert på en stram tråd. Denne anordning omfatter en strammet tråd mellom et fast undersjøisk punkt og far-tøyet samt midler til å detektere størrelsen og retningen av den skråstilling som tråden inntar når fartøyet avviker fra en refe-ranseposisjon.

Nøyaktigheten av denne type anordninger avtar når vanndybden øker. På forholdsvis stor dybde opphører trådens krumning under innvirkning åv dennes masse å ha neglisjerbar størrelse, og den skråstilling som den inntar, er ikke lenger proporsjonal med fartøyets avvikelser.

De mest vanlig anvendte metoder for deteksjon av avvikelsene ved hjelp av ultralyd består i å bestemme forplantningstiden for ultralydpulser mellom fartøyet og referansepunkter. En ut-førelsesform består f.eks. i at det på et kjent sted nedsenkes en transduseranordning for utsendelse av ultralydpulser og ved at de utsendte pulser blir mottatt f.eks. ved hjelp av tre hydrofoner festet på tre topp-punkter på et stativ iform av en rettvinklet trekant festet på fartøyets skrog. En regnemaskin ombord i far-tøyet bestemmer posisjonen av dette ut fra differanser mellom an-komsttidene for pulser til de tre hydrofoner.

Andre utførelser består omvendt i å utsende ultralydpulser fra fartøyet og å motta disse ved hjelp av flere undersjøiske hydrofoner holdt i faste posisjoner i forhold til sjøbunnen. Hydrofonene plasseres på topp-punkter av et mangekantet stativ anbrakt på bunnen eller fordelt på flere kjente punkter. Forplantningstidene for ultralydbølgene blir overført til fartøyet, f.eks. ved hjelp av overflatebøyer forbundet med hydrofonene og inneholdende radiosendere. Forplantningstidene kan likeledes bestemmes ved at det på kjente punkter anbringes markeringsanord-ninger som bærer reflektorer av forskjellig art og form som til-bakesender ekkoer som er karakteristiske for hver av disse, til fartøyet. Varigheten av forplantningsveien frem og tilbake for pulsene gjør det mulig å bestemme avstanden mellom fartøyet og hver av markeringsanordningene.

Den viktigste ulempe ved de metoder som er omtalt ovenfor, består i vanskelighetene med å bestemme ankomsttidspunktene for de utsendte pulser, som følge av kraftige forstyrrelser bevirket av den støy som frembringes av fartøyet eller boreplattformen og likeledes av parasittrefleksjoner som gjør indikasjonen eller registreringen av den direkte ankomst av pulsene usikker. Dess-uten blir resultatene av de beregninger som utføres på grunnlag av forplantningstidsawikélsene, levert i form av absolutte av-standsawikelser som ikke alltid lett kan utnyttes av den automatiske eller manuelle styreanordning som skal føre fartøyet tilbake til sin utgangsposisjon.

Formålet med denne oppfinnelse er å tilveiebringe en fremgangsmåte til å holde et fartøy på en forutbestemt posisjon, ifølge hvilken målingene av posisjonsawikelsene ikke lenger ut-føres på basis av pulser, men ved å måle faseforskyvnings-variasjoner i en bølge utsendt på kontinuerlig måte og mottatt av flere hydrofoner, og ved hvilken posisjonsawikelsene blir levert i form av kvantifiserte inkrementer som lett kan utnyttes.

Fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen gjør det mulig å bestemme avvikelsene av et fartøy i nærheten av en valgt posisjon i forhold til et undersjøisk referansepunkt hvor det er plassert flere trykktransdusere i forutbestemt posisjon i forhold til hverandre.

Denne nye fremgangsmåte består i første rekke ia) at det utsendes akustiske bølger på kontinuerlig måte fra fartøyet og disse blir mottatt ved hjelp av trykktransduserne, b) at kontinuerlige variasjoner av faseforskjellene for de mottatte bølger ved transduserne detekteres, hvilke variasjoner er resultatet av fartøyets bevegelser i nærheten av den valgte posisjon, ved å foreta en kombinasjon av elektriske signaler avgitt av i det minste en gruppe transdusere omfattende i det minste to transduserpar med en transduser felles, idet de retninger som dannes av disse to par ikke faller sammen, c) at de nevnte kontinuerlige variasjoner omdannes til en rekke faseforskyvningsinkrementer med konstant verdi, og

d) at antallet av de nevnte inkrementer overføres i kodet form til en telieinnretning plassert på fartøyet, som angir størrelsen og

retningen av avvikene av fartøyet i forhold til den valgte posisjon.

Ifølge en første variant av fremgangsmåten frembringes

det i det minste to forskjellige signaler som er resultatet av henholdsvis kombinasjonen av signaler fra et første par transdusere og signaler fra et par transdusere som er forskjellige fra det første.

I henhold til en annen og foretrukken variant av fremgangsmåten anvendes det grupper av transdusere bestående av fire delgrupper av trykktransdusere som hver omfatter K transdusere plassert i det vesentlige langs en vertikal retning på K jevnt fordelte nivåer, hvor jtransduserne i hvert nivå befinner seg i et stort sett horisontalt plan, og tallet K er et vilkårlig tall, samt_ at deteksjonen av faseforskyvningsvariasjoner blir utført ved å foreta for transduserne i hvert nivå en kombinasjon av signaler avgitt av respektive to par transdusere som ikke ligger på linje med hverandre og har en transduser til felles, med signaler avgitt fra en referansetransduser.

Utførelsen av denne annen variant av fremgangsmåten.er særlig enkel og tillater at det til enheten for faseforskyvnings-trinnet kan bringes til å svare en forskyvning på overflaten som er forholdsvis liten' selv om vanndybden er meget stor. Far-tøyets avvikelser blir således detektert med meget god nøyaktig-het.

Når antallet av detekterte faseforskyvningstrinn blir overført til telleinnrétningen på fartøyet ved hjelp av en kodet utsendelse av akustiske pulser som gjenutsendes fra en neddykket transduser og blir mottatt av en trykktransduser plassert på fartøyet, skjer overføringen på fordelaktig måte fordi den bare nødvendiggjør en enkel og billig elektronisk innretning. Videre er det ikke nødvendig å anbringe trykktransduseren på en sta-bilisert plattform. Mottakelsen av gjenutsendte pulser er til-fresstillende selv om fartøyet beveger seg under innvirkning av dønninger.

En anordning ifølge oppfinnelsen, for utførelse av fremgangsmåten, er nærmere angitt i patentkravene 14 - 18.

De karakteristiske trekk og fordeler i henhold til denne oppfinnelse, herunder den nye anordning for utførelse

åv den angitte fremgangsmåte vil i det følgende bli nærmere forklart under henvisning til tegningene, av hvilke:

Fig. 1 skjematisk viser et fartøy beliggende på et valgt sted i forhold til et undersjøisk referansepunkt hvor det er plassert fire transdusere i henhold til den første variant av fremgangsmåten. Fig. 2 viser skjematisk anordningen for utførelse av den første variant av fremgangsmåten. Fig. 3 viser posisjonen av systemet for mottakelse av kontinuerlige trykkbølger i det spesielle tilfelle hvor fartøyet befinner seg i dettes plan.

Flg. 4 viser projeksjonene av fartøyets bevegelsesvektor langs de akser som forbinder trykktransduserne med hverandre. Fig. 5 viser i det generelle tilfelle det rutenett som dannes av kryssende linjer for like faseforskjeller ved kombinasjoner av elektriske signaler frembrakt av atskilte transduser-grupper. Fig. 6 viser skjematisk posisjonen av fartøyet i forhold til en gruppe av fire transdusere, i henhold til den annen variant av fremgangsmåten. Fig. 7 viser anordningen for utførelse av den annen variant av fremgangsmåten. Fig. 8 viser rutenettet for like faseforskjeller oppnådd ved anvendelse av den annen variant av fremgangsmåten. Fig. 9 viser en særskilt anordning av transdusere som gjør det mulig å øke nøyaktigheten ved å trekke sammen rutenettet for like faseforskjeller som vist på fig. 8.-Fig. 10 viser en første variant av anordningen på fig. 7 som gjør det mulig å øke nøyaktigheten i bestemmelsen av fartøyets posisjon.

Fig. 10A viser et arrangement av forsinkelseselementer

i en annen variant av anordningen på fig. 7, for å muliggjøre økning av nøyaktigheten.

På fig. 1 er det vist et fartøy som bærer en anordning 1 innrettet til å utsende ultralyd på kontinuerlig måte ved en frekvens, som er valgt for å muliggjøre at bølgene trenger gjennom flere kilometer vannmasse. De utsendte bølger blir mottatt av en anordning av fire transdusere h^, hg, h^ og h^ anbrakt på et mangekantet stativ som holder disse i forutbestemte posisjoner i forhold til hverandre. Dette stativ blir holdt i nærheten av sjøbunnen ved hjelp av en markeringsinnretning 2 plassert på bunnen og nedsenket på forhånd av fartøyet.

Ifølge et annet Ikke vist arrangement kan transduserne f.eks. være plassert på en plattform festet i en kabel strukket mellom et befestigelseselement plassert på bunnen og en overflate-bøye.

Markeringsinnretningen omfatter en elektronisk innretning som skal beskrives i det følgende, for å måle faseforskjeller, for å omdanne disse til elektriske pulser og å konvertere dem til kodede ultralydbølger som så blir gjenutsendt mot fartøyet ved hjelp av en transduser 3. En ikke-direktiv hydrofon 4, som er opphengt i fartøyets skrog, oppfanger de kodede bølger som gjenutsendes og blir demultiplekset i en passende innretning av kjent type som ikke er vist. De dekodede fasetrlnn eller -inkrementer kan f.eks. anvendes i en koordinattransformator av kjent type som frembringer inkrementer langs de akser som er tllforordnet fartøyet, og kan deretter behandles i en regnemaskin for å frembringe styreordre for drivanordninger som fører fartøyet tilbake til utgangsposisjonen. Det kan f.eks. anvendes en koordinattransformator som beskrevet i norsk patentsøknad nr. 3560/70.

I den på fig. 2 viste anordning er hver trykktransduser hl' h2' h3°s h4 forDUndet med en forsterker, henholdsvis 5A, 5B, 5C og 5D. De fire forsterkere forsterker og filtrerer de signaler som svarer til de mottatte kontinuerlige trykkbølger,

i et tilstrekkelig bredt frekvensbånd til å ta hensyn til even-tuell Doppler-effekt. En kjent forsterkningsstyreinnretning, som kan være automatisk eller programmert, holder nivået av signalene konstant på inngangen av amplitudebegrensere 6A, 6B, 6C og 6D, som er forbundet med de respektive forsterkere 5A, 5B, 5C og 5D. Disse begrensere klipper signalene og reduserer virkningen av amplitudemodulasjon bevirket av parasittbølger.

De enheter som dannes av forsterkerne 5 og begrenserne 6, er ikke uomgjengelig nødvendige i anordningen. De kan f.eks. erstattes med logaritmiske forsterkere eller med faseregulerings-sløyfer.

De forsterkede og klippede signaler blir så kombinert i en spenningsmultiplikasjonsenhet 7, 8,9 og 10 av kjent type, også betegnet som "synkrone demodulatorer" eller "fasesammen-lignere" eller eventuelt "balanserte modulatorer" eller "frekvens-omformere". Disse multiplikatorer blir forbundet med utgangene av de respektive begrensere 6B og 6C, 6A og 6C, 6B og 6D, 6A og 6D.

Disse demodulatorer multipliserer signalene to og to og eliminerer høyfrekvenskomponentene og gjenvinner kosinus av lav-frekvenssignalene. Hver demodulator 7, 8, 9 og 10 er forbundet med en kjede bestående av et lavpassfilter henholdsvis 11A, 11B, 11C og 11D som eliminerer modulasjonsrestene av høy frekvens, av en null-gjennomgangsdetektor for signalamplituden henholdsvis 12A, 12B, 12C og 12D og av en detektor for retningen av null-gjennomgangen av amplituden av disse samme signaler, henholdsvis 13A, 13B, l^C og 13D. Hver detektor frembringer en puls på en første utgangsklemme når variasjonen i faseforskyvning mellom de signaler som skriver seg fra det tilsvarende transduserpar, har øket med en på forhånd valgt størrelse. I motsatt fall når fase-forskyvningsvariasjonen ligger under denne samme størrelse, leverer hver detektor 13 på en annen utgangsklemme en reduksjonspuls. Av praktiske grunner velges faseforskyvnlngsenheten lik ',7 eller 2 iT radianer.

Anordningen omfatter videre en enhet for kodning og gjen-utsendelse av kodede ultralydbølger mot fartøyet. I henhold til en foretrukken utførelsesform er de åtte utgangsklemmer på de fire detektorer 13A, 13B, 13c og 13D forbundet med respektive åtte OG-porter 151 ... 158. Disse OG-porter er videre forbundet med respektive åtte oscillatorer 141 ... 148 som arbeider på åtte innbyrdes forskjellige frekvenser f1 ... fg. Utgangsklemmene av OG-portene 15 er forbundet med en bærefrekvensmodulator 16

som selv er forbundet med en sender 17. En transduser 3 gjen-utsender i form av ultralydbølger de signaler som den mottar fra senderen 17•

Øknings- og reduksjonspulsene for faseforskyvning frembrakt av hvilken som helst av detektorene 13, åpner den ene av de to tilsvarende OG-porter. Hver av frekvensene ^ .... fg,

som modulerer bærefrekvensen, er således karakteristisk for et positivt eller negativt inkrement som opptrer på en av de veier som svarer til et helt bestemt transduserpar h. De inkrementer som overføres ved den kodede forbindelse, blir etter filtrering eller avkodnlng tellet i tellere plassert på fartøyet. Hvis n fasevariasjonsinkrementer er blitt overført fra den undersjøiske

markeringslnnretning før styrmannen eller den automatiske styre-innretning har påvirket drivanordningene for fartøyet, er det tilstrekkelig å manøvrere i retninger bestemt ved orienteringen av transduserne og i slike retninger at faseforskyvningsinkrementene som overføres under manøvreringen, har motsatte fortegn av dem som ble frembrakt når fartøyet fjernet seg fra utgangsposisjonen.

Modulasjonsfrekvensene f-^ fg ... fg er valgt på slik

måte at de forblir forskjellige fra hverandre selv når de påvir-kes av Doppler-effekten på grunn av fartøyets bevegelse i forhold til gjenutsendelsestransduseren

Man kommer likevel ikke utenom oppfinnelsens ramme ved

å erstatte kodningen med åtte særskilte frekvenser med en kodning oppnådd ved at det til hvert positivt eller negativt inkrement frembrakt av detektorene 13, tilforordnes en spesiell kombinasjon av flere særskilte signalfrekvenser som modulerer en bærebølge eller oversendes direkte. I dette siste tilfelle erstattes modulatoren av en signaladdisjonsenhet.

Fig.- 3 viser det tilfelle hvor fartøyet beveger seg i

det plan som bestemmes av de tre trykktransdusere h^, hg og h^ beliggende henholdsvis i tre topp-punkter av et stativ av tre-kantform ABC.

Det anvendes i forbindelse med denne figur følgende betegn-elser: é er den vinkel som dannes av retningen av ultralydbølgene fra fartøyet, i forhold til horisontalen,

Bp er en akse parallell med denne retning,

Bq er en akse vinkelrett på aksen Bp, - • X, Y og 2 er de respektive avstander BC, CA og AB,

* , (i og er de respektive vinkler (AB, CA), (BC, AB) og (CA, BC), og

X er bølgelengden av trykkbølgene i vann.

Det er meget enkelt å bestemme faseforskyvningene <<>J<>>AB,

A> „, «fc_ft av de bølger som ankommer til de viste transduserpar, henholdsvis hx og h2, hg og hy h? og hx og å'uttrykke disse i følgende form:

Til faseforskyvningsinkrementene & bBC, A$ cA' ^ ^AB svarer respektive variasjoner £©BC, A©CA, ^<9>ab <3>om fremk:ommer av relasjonene 1, 2 og 3 ved hjelp av følgende ligninger:

Por enkelhets skyld velges i praksis X lik Z, ^lik 90° og = 45°.

Ligningene 4, 5 og 6 forenkles ved å skrives i følgende form:

hvor h betegner den felles verdi av X og Z.

Det fremgår av ligningene J, 8 og 9 at bare kjennskap til hvilken vinkelkvadrant vinkelen 9 ligger i, gjør det mulig å bestemme proporsjonalitetskoefflsientene mellom variasjonene A © og fasevariasjonene &\ > og følgelig å bestemme fartøyets bevegelsesretning etter de opptelte faseinkrementer.

Det blir oppnådd ligninger identiske med ligningene 7,

8 og 9» som bestemmer variasjonene d ^av vinkelen mellom ankomst-retningen av bølgene og aksen gjennom transduserne hg og h^ i det plan som inneholder trykktransduserne h^, hg og h^ (fig. 1)

Av fig. 4 fremgår det at en forskyvning NN' av fartøyet på overflaten svarer til variasjoner £9 og av de respektive vinkler 9 og 4^ i de to perpendikulære plan bestemt av transduserne h^, hg, h^ og h^, i det spesielle tilfelle hvor vinkelen p er lik 90°. Med I og II betegnes de respektive kvadranter hvor vinkelen 9 er mindre eller større enn 90°, og vinkelen er mindre enn 90° og med III og IV de respektive kvadranter hvor vinkelen 9 er større eller mindre enn 90° og vinkelen ^ er større enn 90°..Bestemmelsen av den kvadrant i hvilken fartøyet befinner seg, skjer ved å omskrive dette med en lukket sirkel rundt den antatte posisjon av markeringsinnretningen 2.

Fartøyets passasje fra den første til den annen kvadrant vil f.eks. medføre en endring i fortegnet av faseforskyvnlngs-inkrementene 4<1>AB (ligning 9). På enkel måte kan således de azimut-retninger bestemmes som manifesterer seg ved transduserparene hg, h^ og h^ og den kvadrant hvor fartøyet bringes til ro, arigis.

Bestemmelsen av kvadrant kan f.eks. utføres ved hjelp av

en kombinatorisk logisk analyse ut fra faseinkrementer <&<J>.

Utførelsen av den første variant av fremgangsmåten blir forenklet, fordi det er mulig å plasåere markeringsinnretningen 2 slik at det plan som inneholder transduserne hg, h^ og h^, er horisontalt (fig. l). I dette tilfelle er tre transdusere, så som transduserne hg, h^ og h^, tilstrekkelig til å bestemme retningen av variasjonene av 9 og av ^ som funksjon av fortegn-ene av faseinkrementene a4>-

Fig. 5 illustrerer i det generelle tilfelle det rutenett av linjer for samme fasedifferanser oppnådd ved vannoverflaten ved hjelp av en sammenstilling av elektriske signaler frembrakt av hvilke som helst to kombinasjoner av neddykkede trykktransdusere. Når fartøyet krysser hvilken som helst av disse linjer, vil tellerne for inkrementer angi kvantifiserte variasjoner for faseforskjeller. Hvis fartøyet beveger seg under Innvirkning av f.eks. havstrømmer fra et utgangspunkt E til et punkt F, vil det i eksemplet på fig. 5 krysse linjene q1, q2 ... q^ og linjene

pl* p2*'* p5 svarende til henholdsvis seks og fem faseinkrementer i de to forskjellige retninger. For å komme tilbake til sin utgangsposisjon, følger fartøyet en vei som søker å eliminere de opptelte inkrementer langs bevegelsesveien E, F. Denne vei

kan være absolutt vilkårlig og kan f.eks. omfatte en forskyvning E G langs linjen q^ for først å eliminere faseinkrementene i den ene retning, og deretter en komplementær forskyvning langs linjen pQ, slik at inkrementene i den annen retning elimineres.

I det generelle tilfelle kan det imidlertid gjøres klart at en kombinasjon av elektriske signaler frembrakt av to forskjellige transduserpar, ikke gjør det mulig å oppnå et rutenett som lett kan anvendes. Når vanndybden er forholdsvis stor, vil de to grupper av linjer som danner dette rutenett, meget hurtig få en krumning når avstanden øker fra den vertikale linje gjennom transduserparene. Størrelsen og orienteringen av rutenettets ruter endrer seg hurtig, og konstruksjonen av anordningen for utnyttelse av faseinkrementene blir raskt meget komplisert.

Den annen variant av fremgangsmåten består i å anbringe trykktransduserne i valgte posisjoner i r-ærheten av hverandre og i å kombinere de elektriske signaler som de avgir, på særskilt måte, for å frembringe et rutenett av linjer med like faseforskjeller bestående av to rekker av kurver hvis skjærlngsvinkler forblir uendret over en stor flate rundt transdusernes posisjon.

I den herunder beskrevne utførelsesform tillater et spesielt arrangement av trykktransduserne oppnåelse av et rutenett av linjer for samme faseforskjeller, bestående av to rekker av rettvinklede, rette linjer med innbyrdes konstant avstand over betydelige lengder.

Av fig. 6 fremgår det at den neddykkede anordning omfatter fire trykktransdusere M, P, Q og R. Tre av disse, P, Q, R, er anbrakt på understøttelsen i topp-punkter av en likebenet trekant. Den fjerde transduser M befinner seg midt på linje-stykket mellom Q og R.

Den felles avstand mellom transduseren M og de tre transdusere P, Q og R betegnes med s, og med x.og y betegnes fartøyets koordinater i forhold til to rettvinklede akser parallelle med

retningene PM og QR og hvis skjæringspunkt befinner seg vertikalt over punktet M. Videre betegnes med dM, dp, d^ og dR avstandene fra punktet N til de fire hydrofoner henholdsvis M, P, Q og R og endelig med Z den vertikale avstand mellom fartøyet og det plan som defineres av de fire transdusere.

En sendertransduser svarende til transduseren 1 på fig. 1 sender på kontinuerlig måte akustiske bølger med fast frekvens som oppfanges av trykktransduserne og omformes til elektriske signaler.

Hvis den bølge som utsendes fra fartøyet, har formen:

vil amplitudene av bølgene rM(t), rg(t), r^(t), rR(t) som mottas av de respektive transdusere H. P. Q og R, etter normalisering av deres amplituder være av formen: Kombinasjonene av signaler som gjør det mulig å oppnå et stabilt rutenett av linjer for samme fase, foretas i overensstemmelse med følgende relasjoner:

hvor Zp.r^ og ip.rR betegner produktene av signalet rp og signalene r Q og rR, mens rM.<r>M betegner produktet av signalet rm med

seg selv og o^P og 3 F henholdsvis betegner høyfrekvenskomponen-tene og lavfrekvenskomponentene av de fremkomne produkter.

Det ses umiddelbart at:

og at kombinasjonene av signaler i henhold til ligningene (15)og (16) gir følgende faserelasjoner: hvor 4^pQ^ oS^pRtø er signalfasene som er resultatet av disse kombinasjoner. Det foretas deteksjon av alle variasjoner i disse faser hvis verdi er et multiplum av 2 ^ radian. Det følger av dette at variasjonene av summene dp + d^ - 2d^ og dp - dR - 2dM henholdsvis er lik IX og m* (idet X betegner bølgelengden av de utsendte bølger og 1 henholdsvis m to hele tall). Lengdene dM, dp, d^ og dR fremgår enkelt av figuren og uttrykkes ved følgende ligninger:

Under hensyntagen til den relativt beskjedne verdi av forskyvningen x og y og av lengden s i forhold til vanndybden Z, kan lengdene dm, dp, d^ og d^ uttrykkes i nedenstående form med god tilnærmelse:

Summene dp + dft - 2dM og dD + dR - 2dM kan så skrives på formen:

Ligningene (30) og (31) angir det faktum at linjene for samme faseforskjell~ved havoverflaten og når 1 og m varierer, består av to sett rette linjer vinkelrett på hverandre og skrått-liggende i 45° i forhold til aksene PM og MR som vist på fig. 8. Av disse ligninger fremgår det at den innbyrdes avstand £ mellom linjene i dette rutenett er konstant og lik \ . Skråstillingen på 45° blir oppnådd ved den særlige konfigurasjon av de fire transdusere. Skråstillingen av de rette linjer i rutenettet kan imidlertid varieres ved å la avstanden PM variere. Under henvisning til fig. 7 blir de elektriske signaler frembrakt av transduserne hM, hp, h^ og hj^ plassert i de fire punkter M, P, Q og R, forsterket i forsterker-begrensere henholdsvis 18, 19, 20 og 21. Disse signaler blir så behandlet i overensstemmelse med ligningene (15) og (16). Det signal som frembringes av hp, blir multiplisert med signaler frembrakt av h^ og hR i balanserte modulatorer henholdsvis 22 og 23 (jfr. ligningene (17) og (19))- Det signal som avgis av transduseren h^, multipliseres med seg selv i modulatoren 2 (jfr. ligning (18)). Utgangsklemmene på modulatorene 22, 23 og 24 er forbundet med høypassfiltre henholdsvis 25, 26 og 27 som eliminerer lavfrekvenskomponentene i de frembrakte produkter. Det signal som leveres av modulatoren 27, multipliseres med de respektive signaler levert av modulatorene 25 og 26, i andre balanserte modulatorer 28 og 29• Utgangsklemmene av disse 3iste modulatorer er forbundet med lavpassfiltre henholdsvis 30 og 31 som eliminerer høyfrekvenskomponentene i de multipliserte signaler.

Filtrene 30 og 31 er forbundet med respektive fasemålere 32 og 33 bestående av null-gjennomgangsdetektorer for amplituden av signaler og detektorer for retningen av disse null-gjen-nomganger, svarende til elementene 12 og 13 på fig. 2. Disse fasemålere 32 og 33 leverer på en utgang en puls hver gang fasen av kombinerte signaler øker med 2^og, på en annen utgang, en puls hver gang fasen avtar med 2^ .

Anordningen omfatter likeledes en kodningsenhet analog med enheten L på fig. 2. I det annet utførelseseksempel blir kodningen utført enklere ut fra de særskilte fire frekvenser som hver er tilforordnet de pulser som frembringes på den ene av de fire utgangsklemmer på fasemåleren 32 og 33•

Anordningen omfatter endelig, slik som vist på fig. 2, en effektforsterker 17 forbundet med en sendertransduser 3 for kodede akustiske bølger.

Den annen variant av fremgangsmåten og den tilhørende anordning beskrives under hensyntagen til at det foretas omformning av variasjonene av faseforskyvninger kombinert i faseinkrementer av verdi 2ff. Por å øke nøyaktigheten, kan de detekterte faseforskyvningsvariasjoner omformes til inkrementer av verdi yr-(hvor K er et helt tall).

I dette tilfelle kan ligningene (30) og (31) skrives slik:

Den innbyrdes avstand mellom linjer for samme fase-forskjell blir da lik

Posisjonen av fartøyet blir således bestemt med meget stor nøyaktighet.

Fig. 9 viser en forbedret utførelsesform av anordningen for å forhøye nøyaktigheten, hvor det vertikalt over hvert punkt M, P, Q, R anbringes et antall K trykktransdusere som har en innbyrdes vertikal avstand lik ^ r- (hvor K er lik fem på fig. 9)'

De elektriske signaler fra"transdusere beliggende på samme nivå ( f.eks. hA , , hD , h-, ) kombineres i overensstera-Ql ™1 *1 rtl meise med ligningene (15) og (16), i en anordning analog med den som er vist på fig. 7." De signaler som frembringes i de nivåer hvis plan inneholder transduserne hn , hn , hn , hn og hn , ' ^1 ^2 ^3 ^4 y5 forsinkes i forhold til hverandre med | >> som følge av de forskjellige distanser som atskiller disse fra senderen på fartøyet.

<F>iltrene 30 og 31 i hver anordning er forbundet med de to fasemålere henholdsvis 32 og 33 gjennom ikke viste ELLER-porter.

Pasemålerne 32 og 33 (fig. 7) er forbundet med en kodningsenhet L inneholdende midler til kodning i pulser på under-bærebølger i et antall av 2K. Fig. 10 viser en annen forbedret anordning som muliggjør økning av målenøyaktigheten. For enkelhets skyld er anordningen illustrert for det særlige tilfelle hvor K=2.

Anordningen omfatter fire transdusere hM, hp, h^ og hR forbundet med fire forsterkere 18, 19, 20 og 21 og to kretser svarende til den som er vist på fig. 7, koblet parallelt med utgangen av forsterkerne. Den første av disse kretser er forbundet direkte med utgangen av forsterkerne gjennom ledere l8l, 191, 201 og 211. Den annen er forbundet med disse forsterkere gjennom faseforskyvere R^, Rg, R^ og R^ som bevirker en faseforskyvning på l8o° av de forsterkede signaler. De direkte signaler fra transduserne hp og h^ på den ene side og de forsinkede signaler fra de samme transdusere blir multiplisert i respektive modulatorer 221 og 222 og deretter filtrert i høypassfiltre 251 og 252. Likeledes blir de direkte signaler og de forsinkede signaler fra transduserne hp og hj^ multiplisert i respektive modulatorer 231 og 232 og deretter filtrert i høypassfiltre 26l og 262.

De direkte signaler fra transduseren h^ og de samme signaler forsinket blir multiplisert med seg selv i respektive modulatorer 241 og 242 og deretter filtrert i høypassfiltre 271 og 272. Signalene fra filtrene 271 og 272 blir multiplisert med signalene fra de respektive filtre 251 og 252 i modulatorer 28l, henholdsvis 282 og deretter filtrert i lavpassfiltre 301 og 302 på den ene side og multiplisert med signalene fra de respektive filtre 261 og 262 i modulatorer 291 og 292, og deretter filtrert av lavpassfiltre 311 og 312 på den annen side. Utgangsklemmene på filtrene 301 og 302 er forbundet med inngangsklemmen på fase-måieren 32 gjennom en ELLER-port 3^' Samtidig er utgangsklemmene på filtrene 311 og 312 forbundet med inngangsklemmen på fase-"måleren 33. De pulser som leveres av disse fasemålere, blir så kodet i enheten L og deretter gjenutsendt til fartøyet ved hjelp av transduseren 3 etter forsterkning i elementet 17-

Den ovenfor beskrevne anordning gjør det mulig å oppnå faseinkrementer med verdi! f i det dobbelte antall av det som blir oppnådd med anordningen på fig. 7- Denne fordobling av

antall inkrementer opptrer på havoverflaten i form av et rutenett med linjer for samme faseforskjeller som har en konstant

innbyrdes avstand lik -| (se fig. 8). Som følge av dette fremkommer en meget større presisjon i bestemmelsen av fartøyets posisjon.

Målenøyaktigheten kan økes og den innbyrdes avstand mellom linjer forsømme fase kan reduseres ved å velge K større enn 2 og å anordne flere faseforskyvere på utgangen av hver av forsterkerne 18, 19, 20 og 21. Som eksempel viser fig. 10A det særlige arrangement av faseforskyvere på utgangen av forsterkeren 20 i et tilfelle hvor K=4. Tre fasef orskyvere R^, R^2°S Rj-j koblet i kaskade forsinker suksessivt det direkte signal med 90°, 180° og 270°. Anordningen omfatter fire parallelle kretser for kombinasjon av direkte signaler og signaler forsinket med 73-, /T og ^ .

Pig. 8 illustrerer den foretrukne prosedyren for bestemmelse av to sett faselinjer som står vinkelrett på hverandre.

Fartøyet: bringes til å følge en bevegelsesvei IJ med konstant kurs fortrinnsvis mot nord mellom en utgangsposisjon og en vilkårlig ankomstposisjon. Under bevegelsen bemerkes antallet henholdsvis 1 og m av linjer parallelle med aksene * <' <0 og j^'^ som krysses. Vinkelen T c mellom veien IJ og retningen PM er da gitt

ved ligningen:

Hvis bevegelsesveien IJ er orientert mot nord, fremkommer direkte azimut av aksen PM for den nedsenkede hydrofon-gruppe.

Fartøyets koordinater kan utledes i en koordinat-trans-formator eller -regnemaskin av kjent type som funksjon av det mottatte antall pulser, etter dekodning i filtre hvis passbånd er sentrert på kodningsfrekvensene og likeledes som funksjon av verdien av vinkelen Y cog av verdien av kursen som leveres av et kompass.

Den annen variant av fremgangsmåten er beskrevet for det spesielle tilfelle at trykktransduserne er plassert på en under-støttelse i tre topp-punkter av et kvadrat. Man kommer ikke utenom rammen for denne oppfinnelse ved å anbringe i det minste fire transdusere på hvilken som helst måte i nærheten av det undersjø-iske referansepunkt og å kombinere de frembrakte signaler av i det minste to transduserpar som har en transduser tilfelles, med signaler frembrakt av en referansetransduser.

Likeledes kan de to beskrevne varianter knyttes sammen for å redusere de intervaller som atskiller linjene eller kur-vene i rutenettet for like faseforskjeller.

Claims (18)

1. Fremgangsmåte for bestemmelse av et fartøys avvik i forhold til en på forhånd valgt posisjon, hvilket fartøy beveger seg i vannet i nærheten av denne valgte posisjon som er definert i forhold til et referansepunkt på sjøbunnen hvor det er anbrakt flere trykktransdusere i forutbestemte posisjoner i forhold til hverandre, karakterisert ved: a) at det utsendes akustiske bølger på kontinuerlig måte fra fartøyet og disse blir mottatt ved hjelp av trykktransduserne, b) at kontinuerlige variasjoner av faseforskjellene for de mottatte bølger ved transduserne detekteres, hvilke variasjoner er resultatet av fartøyets bevegelser i nærheten av den valgte posisjon, ved å foreta en kombinasjon av elektriske signaler avgitt av i det minste en gruppe transdusere omfattende i det minste to transduserpar med en transduser felles, idet de retninger som dannes av disse to par ikke faller sammen. c) at de nevnte kontinuerlige variasjoner omdannes til en rekke faseforskyvningsinkrementer med konstant verdi, og d) at antallet av de nevnte inkrementer overføres i kodet form til en telleinnretning plassert på fartøyet, som angir størrel-sen og retningen av avvikene av fartøyet i forhold til den valgte posisjon

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at det frembringes i det minste to forskjellige signaler som er resultatet av henholdsvis kombinasjonen av signaler fra et første par transdusere og signaler fra et par transdusere som er forskjellige fra diet første.

3. Fremgangsmåte ifølge krav 2, karakterisert ved at transduserne plasseres langs i det minste to rettvinklede retninger.

4. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at det anvendes grupper av transdusere bestående av fire delgrupper av trykktransdusere som hver omfatter K transdusere plassert i det vesentlige langs en vertikal retning på K jevnt fordelte nivåer, hvor transduserne i hvert nivå befinner seg i et stort sett horisontalt plan, og tallet K er et vilkårlig tall, samt at deteksjonen av faseforskyvningsvariasjoner blir utført ved å foreta for transduserne i hvert nivå en kombinasjon av signaler avgitt av respektive to par transdusere som ikke ligger på linje med hverandre og har en transduser til felles, med signaler avgitt fra en referansetransduser.

5. Fremgangsmåte ifølge krav 4, karakterisert ved at for transduserne på hvert nivå blir den nevnte kombinasjon foretatt på de signaler som på den ene side-kommer direkte fra transduserne og på den annen side efter forsinkelse av disse med i det minste et passende og identisk tidsinterval for alle transduserne.

6. Fremgangsmåte ifølge krav 4, karakterisert ved at ireferansetransduseren er plassert på en rett linje som forbinder to transdusere som ikke er felles for to transduserpar på sammen nivå.

7. Fremgangsmåte ifølge krav 6, karakterisert ved at transduserne som danner de to transduserpar, plasseres i tre topp-punkter av et kvadrat og at referansetransduseren er plassert i like stor avstand fra de to ikke felles transdusere.

8. Fremgangsmåte ifølge krav 4, karakterisert ved at nivåenes antall K er lik 1.

9. Fremgangsmåte ifølge krav 4, karakterisert ved at den nevnte kombinasjon av signaler avgitt av transdusere i hvert nivå, blir foretatt i henhold til følgende relasjoner: hvor rp betegner det signal som leveres av den felles transduser, r_. og rR betegner de signaler som leveres av de ikke felles transdusere i to par, r. betegner det signal som leveres av referansetransduseren, og B F og H F betegner de respektive lavfrekvens-og høyfrekvenskomponenter i de signalprodukter som er tilveiebrakt.

10. Fremgangsmåte ifølge krav 6, karakterisert ved at de posisjoner av fartøyet i hvilke de suksessive verdier av faseforskyvninger som er resultatet av de nevnte kombinasjoner og som er underkastet variasjoner i form av inkrementer eller trinn, ligger på linje med i det minste to grupper av parallelle sekanter.

11. Fremgangsmåte ifølge krav 7 og 10, karakterisert ved at de to grupper av parallelle sekanter står i rett vinkel på hverandre.

12. Fremgangsmåte ifølge krav 11, karakterisert ved at den vinkel som dannes av en rettlinjet bevegelsesvei som fartøyet følger, og den nevnte innretning av transduserne bestemmes ved telling av antallet av linjer i hver gruppe som krysses av fartøyet mellom en utgangsposisjon og en ankomstposisjon .

13. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at overføringskoden for de nevnte inkrementer fremkommer ved at det til de faseinkrementer som er resultatet av hver signalkombinasjon, tilforordnes et elektrisk signal med bestemt frekvens eller et elektrisk signal bestående av en særskilt kombinasjon av flere forskjellige signalfrekvenser.

14. Anordning for utførelse av fremgangsmåten ifølge krav 1, om- •fattende i det minste en gruppe trykk-transdusere i forutbestemt posisjon i forhold til hverandre og neddykket i et re-feranseområde, hvilken gruppe omfatter i det minste to transduserpar med en felles transduser, hvor de retninger som dannes av disse to par ikke er overensstemmende, karakterisert ved innretninger for kontinuerlig utsendelse av akustiske signaler fra fartøyet, innretninger til for hver gruppe å bevirke kombinasjoner av signaler avgitt av delgrupper av transdusere som hver omfatter i det minste de nevnte par, innretninger for deteksjon av faseforskyvningsvariasjoner i disse signalkombinasjoner, innretninger for omformning av kontinuerlige faseforskyvningsvariasjoner for hver signalkombinasjon til elektriske signaler med kvantifisert verdi, en kodningsenhet omfattende innretninger for frembringelse av kodesignaler, innretninger for til hvert kodesignal å tilforordne pulser i overensstemmelse med deres fortegn for hver kombinasjon av signaler, og innretninger for overføring av kodesignaler til telle-innretningen.

15. Anordning ifølge krav 14, karakterisert ved at kodningsenheten omfatter innretninger for frembringelse av signaler med forskjellige frekvenser.

16. Anordning ifølge krav 14, karakterisert ved at kodningsenheten omfatter innretninger for frembringelse av spesielle kombinasjoner av forskjellige frekvenser.

17. Anordning ifølge krav 14, karakterisert ved at hver gruppe omfatter to transduserpar som ikke ligger på linje med hverandre 6g har en transduser felles samt en referansetransduser, og at innretningene for utførelse av kombinasjonene av signaler består av kombinasjonselementer for signaler avgitt av de ikke felles transdusere i et av parene, kombinasjonselementer for signaler avgitt av ikke felles transdusere i det annet par, kombinasjonselementer for det signal som avgis av referansetransduseren med seg selv, filterelementer som eliminerer lavfrekvenskomponentene i de signaler som leveres av kombinasjonselementene, innretninger for å kombinere de signaler som avgis av filterelementet som er forbundet med kombi-nas jonselementene for signalet fra referansetransduseren med seg selv, henholdsvis med de signaler som leveres av de andre filterelementer, og filterelementer som eliminerer høyfrekvens-komponentene i de signaler som leveres av de nevnte innretninger for kombinasjon.

18. Anordning ifølge krav 17, karakterisert ved at dén omfatter et flertall innretninger for å bevirke de nevnte kombinasjoner av signaler, koblet henholdsvis til de nevnte transdusere gjennom et flertall faseforskyvningselementer for å forsinke signalene med økende tidsintervaller.