NO147930B - Fremgangsmaate for kalibrering av et undervannstranspondersett, og anordning til utfoerelse av fremgangsmaaten - Google Patents

Abstract

FREMGANGSMÅTE FOR KALIBRERING AV ET UNDERVANNSTRANSPONDERSETT, OG ANORDNING TIL UT-FØRELSE AV FREMGANGSMÅTEN.

Description

Foreliggende oppfinnelse angår en fremgangsmåte for kalibrering av et undervannstranspondersett, som omfatter et antall transpondere for bestemmelse av den relative posisjon av hver transponder i settet, og hvor hver transponder genererer et spesielt utgangssignal som respons på mottagelsen av et første søkesignal, og hvor i det minste en første av transponderen genererer nevnte første søkesignal som respons på mottagelse av et andre søkesignal som avviker fra førstnevnte søkesignal, mens minst en andre av transponderne genererer nevnte første søkesignal som respons på mottagelsen av et tredje søke-

signal som adskiller seg fra nevnte første og andre søke-signaler, og hvor settet omfatter minst tre transpondere og transponderne settes ut i en gruppe med innbyrdes avstand nær vannets bunn, med måling av dybden under vannflaten for minst' to av transponderne. Videre angår oppfinnelsen en anordning til utførelse av fremgangsmåten.

Undervannstranspondere anbrakt nær bunnen av et vann benyttes i stor utstrekning til f.eks. opprettelse av et særdeles nøyaktig navigasjons- eller posisjonsbestemmelses-system. Et fartøy på overflaten (eller alternativt en under-vannsbåt på en bestemt dybde under vannets overflate) kan f.eks. benytte utgangssignalene fra slike undervannstranspondere til posisjonsbestemmelse. Ved en konvensjonell an-vendelse kan hver undervannstransponder generere et utgangssignal med en egen frekvens som reaksjon på søkning fra skipet med et felles søkerfrekvenssignal. For den mest nøy-aktige og ensidige posisjonsbestemmelse foretrekker man som regel å benytte minst tre transpondere. Fartøyet sender søkefrekvensen til transponderne og måler sendetiden fra generering av det felles søkesignal til mottagelsen av utgangssignalene fra transponderne. Som nevnt foretrekkes i mange anvendelsestilfelle at de enkelte transpondere som benyttes i en enkel posisjonsbestemmelse frembringer forskjellige utgangssignaler som respons på søkesignalet med felles frekvens- Alternativt kan de enkelte transpondere i det lokaliserte sett selvfølgelig generere et felles utgangssignal som respons på søkesignaler med forskjellig frekvens.

En kjent form for posisjonsbestemmelsene som benyttes av overflate- eller undervannsfartøyer ved bruk av et kalibrert orienteringsbestemt sett er beskrevet i "Precise Position Fixing by Acoustic Means", utgitt av Bendix Corporation, Electro Dynamics Division, 15825 Roxford Street, Sylmar, California 91342, USA, publisert i november 1971.

Den der omtalte teknikk benytter seg delvis av et konven-sjonelt kalibrert sett av transpondere anbrakt på havbunnen.

Det er videre fra US patent nr. 3.864.662 kjent en fremgangsmåte for kalibrering av minst to transpondere som er senket ned i nærheten av havbunnen i innbyrdes avstand fra hverandre, der dybden under vannflaten måles for to av transponderne og avstanden mellom transponderne bestemmes på grunnlag av forskjellen i tid mellom mottagelse av svar-signaler som gis som respons på utsendte signaler fra de forskjellige transpondere, idet det er nødvendig for at et far-tøy skal få den riktige posisjonsinformasjon at hver enkelt transponders posisjon i forhold til de øvrige transpondere er kjent slik at skråavstanden fra fartøyet til hver enkelt transponder kan bestemmes nøyaktig for oppnåelse av posi-sjonsinformasjonen. Det er med andre ord nødvendig å kjenne til det tredimensjonale posisjonsforhold mellom transponderne i settet, og slik bestemmelse kalles vanligvis kalibrering av transpondersettet. I mange anvendelsestilfelle foretrekkes også at hele settets orientering, f.eks. i forhold til jordens magnetfelt bestemmes. I enkelte tilfelle er det dessuten ønskelig å få bestemt settets girodetiske posisjon. Det skal således som regel gjennomføres tre faser, nemlig kalibrering, orientering og geodetisk bestemmelse.

Ved anbringelse av et slikt transpondersett slippes vanligvis flere transpondere ved fritt fall, f.eks. til havbunnen. Man gjennomfører deretter en kalibrering for bestemmelse av den relative, tredimsnjonale geometri av transponderne .

Ved kalibrering av transpondersettet for bestemmelse

av det tredimensjonale posisjonsforhold mellom de enkelte transpondere i settet og/eller for orienteringsbestemmelse gjennomføres i dag som regel en av to fremgangsmåter. Den

første omfatter som regel en katethalvering, som på vannoverflaten noteres som et minimum i summen av avstanden mellom to tilfeldige transpondere, fulgt av dybdebestemmelse ved "overhead"-søkning, samt stadig gjentatt søking etter nærmeste til-nærmingspunkt. En annen vanlig fremgangsmåte idag omfatter generelt samling av signalgangtidsinformasjon fra et antall punkter på vannoverflaten og korrelasjon av resultatene for bestemmelse av settets geometri. Begge nevnte metoder krever betydelig manøvrering og tid av overflatefartøyet som utfører kalibreringen og/eller den nøyaktige posisjonsbestemmelse for

fartøyets lokalisering av de forskjellige målepunkter. Det er således meget tidkrevende og kostbare metoder. D& signalene som sendes av transponderne og fartøyet, vanligvis er akustiske signaTer, vil lydens hastig"het gjennom vannet dessuten, f.eks. som følge av temperaturvariasjoner e.l. i de forskjellige baner og brytningsfeil, føre til en dårligere presisjon enn ønsket ved bestemmelsen av transpondersettets geometri og/eller orientering. Dessuten kærcer korrelasjon av fartøyets relative posisjon på overflaten nøyaktig bestemmelse av fartøyets posisjon ved hvert målepunkt.

Geodetisk besteiranalse av settet oppnås vanligvis ved bruk av et utvendig referansesystem, som synlige ob-servasjoner, satelitter e.l.

Nedenstående US patentskrifter viser andre systemer som hittil er foreslått til bruk ved posisjonsbestemmelse for skip, undervanns-transponderanordninger og/eller andre typer av hjelpeutstyr for gjensidig posisjonsbestemmelse av ett eller flere objekter enten på eller under vannoverflaten.

Foreliggende oppfinnelse cjår ut på å tilveiebringe en forbedret anordning for undervanns-transponderkalibreriwj,

Oppfinnelsen går videre ut på å tilveiebringe en undervannsanordhing for transponder-kalibrering, hvor det tredimensjonale posisjonsforhold mellom et sett av transpondere og/eller orienteringen kan bestemmes hurtigere og med større nøyaktighet enn hittil.

OPpfinnelsen går videre ut på å tilveiebringe en undervannsanordning for transponder-kalibrering hvor kalibrering av et sett av undervanns-transpondere kan gjennomføres mer økonomisk enn hittil.

Et annet formål med oppfinnelsen er å t ilveie-bringe en teknikk for kalibrering av et undervanns-transpondér-sett ved bruk av ett enkelt målepunkt på eller under vannover-

flaten.

Det skal bemerkes av undervanns-transpondere

på grunn av omkostningene i forbindelse med de hittil an-vendte kalibreringsmetoder, som nevnt ovenfor, vanligvis ikke har vært økonomisk forsvarlige til bruk for forholdsvis kort-siktige sjøoperasjoner, som undervannsundersøkelser e.l.

Ved en utførelsesform av foreliggende oppfinnelse er det anordnet flere, dvs. minst tre undervanns-transpondere. Transponderne er grup<part med innbyrdes avstand i et sett i områder nær bunnen, f.eks. havbunnen. Transponderne befinner seg innen signal-rekkevidde fra hverandre og hver transponder er tilpasset for generering av et spesielt utgangssignal som respons på mottagelse av et første søkesignal.

En første transportåer i rekken er også utstyrt med en anordning for generering av første søkesignal som respons på mottagelse av et andre søkesignal. En andre transponder i rekken er forsynt med en anordning for generering av første søkesignal som respons på mottagelse av et tredje søke-signal. Første og andre transponder kan betegne<s. som kalibrerings-transponderne.

En basestasjon, som f.eks. kan være et fartrøy beliggende på ett enkelt sted på vannoverflaten, en bøye som flyter på vannoverflaten, en ubåt e.l. er forsynt med oarganer for sending og mottagelse av signaler.

Den her omtalte kalibreringsteknikk taswer bare ett punkt eller sted for måling fra basestasjonen. Det vil imidlertid ikke svekke nøyaktigheten, hvis" målepunktet er i bevegelse. Ved gjennomføring av foreliggende oppfinnelse for kalibrering av settet kreves ingen korrelasjon av de relative posisjoner eller bevegelser av basestasjonen. Basestasjonen genererer første, andre og tredje søkesignal etter tur og måler tidsperioden fra signalsending til mottagelse av de forskjellige utgangssignaler fra transponderne.

Ettersom hver transponder svarer med sin egen utgang etter å ha mottatt første søkesignal, vil hver transponder generere og sende sitt eget utgangssignal, enten første søkesignal er sendt fra basestasjonen eller fra en av de øvrige transpondere.

Dybden av i det minste første og andre transponder måles likeledes. Måling av hver transponders dybde utgjør i og forseg ikke en del av foreliggendeoppfinnelse. Det vil si at en valgfri, hittil kjent teknikk kan benyttes for bestemmelse av de enkelte transponderdybder. Slike tek-

nikker kan selvsagt omfatte "overhead" søking, dybde og/eller høydepeiling ved konvensjonelle sonarteknikker eller ved at transponderne selv er utstyrt med et dybdemålende organ som en hydrostatisk trykkdetektor med tilordnet akustisk fjernmåling for sending av dybdeinformasjéns-signaler til basestasjonen.

Settets orientering, f.eks. i forhold til

jordens magnetiske felt og geodetisk posisjonering kan, om ønsket, oppnås ved konvensjonelle teknikker og slike måle-teknikker utgjør i og for seg ikke en del av foreliggende oppfinnelse.

Ved å bevege basestasjonen rtLl en andre posisjon på en kjent kurs fra første posisjon og gjenta ovenfor omtalte målinger, kan det alternativt oppnås informasjon for bestemmelse av settets orientering. Ved bruk av prinsippene for foreliggende opp f inne lise:.., kan således både settets geometri og orientering bestemmes hurtig og nøyaktig.

Fra de målte responstider og transponderens

kjente dybde kan de tredimensjonale posisjonsforhold mellom transponderne i settet beregnes. Beregningene omfatter elimi-nasjon av den forhoLdsvis lange skråavstandshøyde fra basestasjonen til hver transponder, slik at iboende feilkilder i slike skgåavstander elimineres. Slike feil vil, som nevnt ovenfor, opptre på grunn av variasjoner i vanntemperaturen, særlig nær overflaten, med derav følgende variasjoner av lydens hastighet i vannet m.v.

Den korrekte geometri av settet kan således

hurtig bestemmes fra en enkelt basestasjon fra ett enkelt eller en rekke punkter, hvorved det ikke kreves relativ posisjonsbestemmelse mellom punktene.

Hvert sett av kalibrerings-signalgenerering og mottagelse fra basestasjonen vil være fullført, f.eks. i løpet av ett eller to minutter. "Under denne t"id oppnås fullstendige data for kalibrering av transpondersettet. Ved de hittil kjente metoder kreves timer eller endog dager til slik kalib-

rering.

Første og andre transponser som er omtalt ovenfor, utgjør f.eks. en del av et tre-transponder-sett ved denne ut-føfelse og ijan beholdes som del av settet, hvis dette er ønsket.

Ved andre utførelsesformer av foreliggende oppfinnelse kan første og andre transponder hentes opp, og flere av de øvrige transpondere, som ikke er istand til å

sende det felles eller første søkesignal som respons på et andre søkesignal, forblir i settet til navigasjonshjelp så

lenge dette er nødvendig. Når det ikke lenger er behov for transponderene på stedet, kan også disse tas opp.

Således kan to av transponderne som kalles kalibreringstransponderne oU har evnen til å generere det felles søkesignal som respons på separate søkesignaler, benyttes til kalibrering av posisjonen av etvalgfritt antall transpondere innen signalutvekslings-rekkevidde.

Som tidligere, er søkesignalene og respons-frekvenssignalene fra transponderne som regel akustiske signaler.

I en annen utførelsesform av foreliggende oppfinnelse kan settet kalibreres ved bruk av en bøye og et fly. Ikke bare transponderne, men også bøyen kan slippes fra et

fly for å virke som en del av basestasjonen. yen er istand til å motta de akustiske signaler fra hver transponder,

likesom til å generere de ønskede akustiske signaler for av-søking av hver enkelt transponder. Flyet mottar signaler som er generert av bøyen, som f.eks. kan omfatte radiofrekvens-bæresignaler modulert av de akustiske signalene. Denne ut-førelsesform av oppfinnelsen sikrer en ekstra rimelig og meget hurtig kalibrering av et transponder-sett.

I de utførelsesformer av foreliggende oppfinnelse, hvor det benyttes spesielle kalibrerings-transpondere med de ovenfor omtalte tilleggsevner i forbindelse med et antall andre transpondere, kan de spesielle transpondere hentes opp etter kalibrering for etterfølgende utnyttelse ved kalibrering av andre transponder-sett. Alternativt kan de være innrettet for kortere eller lengre tids bruk.

Ved ytterligere en utførelsesform av oppfinnelsen utføres kalibreringen med transpondere som er utstyrt med en anordning for generering av et felles eller samme utgangssignal som respons på forskjellige søkefrekvenssig-naler. Ved en slik uitførelse^ har de to spesielle eller kalibrerings-transponderne den tilleggsegenskap at de etter tur genererer søkesignalet for hver av de øvrige trans-

pondere i settet med en på forhånd fastsatt tidsfrekvens, som respons på et spesielt søkesignal.

De ovennevnte og andre utførelsesformer av foreliggende oppfinnelse vil bli bedre forstått på bakgrunn av nedenstående detaljerte beskrivelse under henvisning til tegningen , hvor like henvisningstall gjelder like elementer og hvor.

Fig. 1 er en skjematisk gjengivelse av en undervannstransponder som kan benyttes ved gjennomføring av foreliggende oppfinnelse,

fig. 2 er et funksjons-blokkskjerna av en undervannstransponder som kan benyttes ved gjennomføring av foreliggende oppfinnelse,

fig. 3A og 3B er blokkdiagrammer av undervanns-kalibrerings-transpondere som kan benyttes ved gjennomføring av foreliggende oppfinnelse.

fig. 4 er en skjematisk gjengivelse av et trinn

i kalibreringsteknikken ifølge oppfinnelsens prinsipper,

fig. 5 er en skjematisk gjengivelse av et annet trinn i kalibreringsteknikken som kan benyttes ved oppfinnelsen,

f jg. 6 er en skjematisk gjergivelse av ytterligere et trinn i kalibreringsteknikken som kan benyttes ved gjennomføring av oppfinnelsen,

fi.g. 7 og 8 er skjematiske gjengivelser av andre trinn i kalibreringsteknikken,

fig. 9 er et funksjons-blokkskjema av en annen undervanns-transponder som kan benyttes ved gjennomføring av oppfinnelsen,

fig . 10A og 10B er funksjons-blokkskjemaer av andre undervanns-kalibrerings-transpondere.

I fig. 1 ses en undervanns-transponder, som kan benyttes ved gjeiomfiøring av oppfinnelsen. Undervanns-transponderen, som generelt er betegnet med 10, kan være av den type som produseres av Sonatech, Inc. ,700 Francis Botello Road, Goleta, California, 93017 U.S.A, som f.eks.

modellen STI-100 1AR Recoverable Transponder. Som sådan er transponderen 10 generelt utstyrt med en fundamentplate 12,

som er forbuihéet med et transponderlegeme 14 ved en kabel 16. Kabélens 16 lengde velges sem en kompromiss mellom signalrekkevidden, på bunnen eller til overflaten , og transponderens 14 nøyaktige posisjon i forhold til basisplaten 12. Jo kortere kabelen 16 er, desto kortere er utstrålingsbanen for signaler som sendes fra transponderen 14, men desto mindre er også transponderens variable vertikale avvik fra fundamntplaten 12. Ved større kabellengder økes u^strålingsbanen og dermed rekke-vidden, men samtidig øker muligheten for vertikalt avvik. Det skal bemerkes at nevnte avvik er langtidsvariasjoner. Det

vLl si at havstrømningene ved bunnen er forholdsvis stabile

og bare varierere over forhodsvis lange tidsperioder. Den korte kalibreringstid ifølge oppfinnelens prinsipper vil i realiteten oppheve slike avvik-feil ved kalibrering av rekken. Fundament-platen 12 er tilpasset for å stå på bunnen, f.eks. havbunnen.

Om ønsket, kan en flottør 18 via en kabel 20 forbindes med transponderlegemet 14 for orientering av transponderlegemet 14 på en avstand over havbunnen som bestemmes av kabelen 16. I tillegg kan flottøren 18 ha tilstrekkelig opp-drift til at transponderlegemet 14 og flottøren 18 skal kunne tas opp til fastsatt tid ved kutting av kabelen 16. Slik kutting av kabelen 16 kan, om ønsket, utføres ved utløsning av en eksplosjonsbolt eller en sammenlignbar frigivningsmekanisme etter mottagelse av et egnet signal fra transponderlegemet 14.

Fig. 2 er er blokkskjerna av transponderen."10 ifølge fig. 1. Som vist i fig. 2 opptar transponderlegemet 14 en kraftkilde 22 til en signalmottager .24 og en utgangssignal-generator og- sender 26. Signalmottageren 24 er tilpasset for å motta et første søkesignal, betegnet F^ og generere et eget utgangssignal, betegnet Fq^ som respons på søkesignalet.

Første søkesignal . første utgangssignal FQl, likesom de øvrige signaler som genereres og sendes av transponderne ifølge oppfinnelsen, er akustiske signaler, .f.eks. i området 1 til 400 khz. Blokkskjemaet i fig. 2 illustrerer hovedkomponentene av transponderen som i første rekke benyttes ved gjennomføring

av oppfinnelsen.

Fig. 3A er et blokkskjerna av en annen transponder, generelt betegnet med 30 og kalt kalibrerings-transponder. Transponderen 30 kan ha lignedne form som transponderen ifølge fig. 1 og kan være forsynt med en kraftkilde 22' av lignéede type som kraftkilden 22, som forsyner en' første signalmottaker 24', som kan svare' til signalmottageren 24, og en første signalgenerator og sender 26', som kan svare ?til utgangssignalgeneratoren og -senderen 26, bortsett fra at første signalgenerator og sender26<1> genererer et utgangssignal Fq2 med en karakteristikk, f.eks. frekvens, som avviker fra utgangssignalet som genereres av 26. Transponderene 30 som kan betegnes som en kalibrerings-transponder, er videre forsynt med en andre signalmottaker 32 for mottagelse av et andre søkesignal F^ med en karakteristikk, f.eks. frekvens, som avviker fra første søkesignal F II, og transponderen 30 genererer første søkesignal F^ med andre signalgenerator-

og sender 34 som respons på FI2.

I denne utførelsesiorm av foreliggende oppfinnelse benyttes to kalibrerings-transpondere 30 og 30'

i forbindelse med en annen transponder 10. Forskjellen mellom kali5j>rerings-transponderen 30 og 30', som vist i fig.3B er at kalibrerings-transponderen 30', i tillegg til å være utstyrt med kraftkilden 22' og første signalmottaker 24' også er forsynt med en første signalgenerator og sender 26" for generering av et eget utgangsignal F^ med en karakteristikk, f.eks. frekvns, som avviker fra Fq^ og Fq2' som respons på mottagelse av første søkesignal Fq^, I tillegg er kalibrerings-transponderen 30' utstyrt med en tredje signalmottager 36 for mottagelse av et tredje søkesignal F^ med en karakteristikk, f.eks. frekvens, som avviker fra F ^ og F^ 0<3 med en tredje signalgenerator og sender 38 for sending av første søkesignal Fj-^ i som respons på dette.

I fig. 4 ses en utførelsesform av foreliggende oppfinnelse forkalibrering av et sett transpondere 10, 30 og 30' siEcmier anordnet med innbyrdes avstand og gruppert i områder

nær havbunnen. Som vist i fig. 4, er transponderne 10, 30 og

.30' ikke vertikalt på linje med sineplater 12,12' og 12". Dette antyder det ovennevnte, vertikale avvik, idet de kan være for-

skjøvet fra vertikalen som følge av bunnstrømninger e.l. når de svinger i kablene 16,16' hhv. 16".

En basestasjon 40, som i fig. 4 er et fartøy, ligger i punkt S og benyttes til å sende og motta de nød-vendige signaler fra transponderene 10, 30 og 30' for inn-samling av tilstrekkelige data til kalibrering av transponder-settet 10, 30,30' og bestemmelse av den relative geometri mellom dem, vist ved de stiplede streker b,c og e.

I den utførelsesform som er vist i fig. 4,

ligger punkt S innen signal-rekkevidde for hver transponder 10,30 og 30'. Hver transponder 10, 30 og 30' ligger innen signal-rekkevidde for de øvrige transpondere. Ved andre utførel-sesforner, som nærmere omtalt nedenfor, trenger Hare de to kalibrerings-transpondere 30 og 30' å ligge innen signal-rekkevidde for hverandre og hver øvrige transponder i settet.

Etter deployering av transponderne sender basestasjonen 40 signalet , til området hvor de tre transpondere 10, 30 og 30' befinner seg. Etter mottagelse av første søke-signal F^ vil hver transponder generere et passende utgangssignal som omfatter utgangssignalene Fq^ fra transponderen 10, Fq2 fra transponderen 30 og Fg^ fra transponderen 30'. Tids-periodeft fra sæding av første søkesignal F^ fra basestasjonen 40 til mottagelsen av utgangssignalene Fqj_» fq2°9 FQ3 ^ sta-sonen måles.

Neste trinn i kalibreringen er at base-

stasjonen 40 genererer det andre søkesignal F^ • Etter mottagelse av andre søkesignal Fagenerer er transponderen 30 første søkesignal F^ til områder nær transponderne 10 og 30'. Transponderen 10 vil ved mottagelse av første søkesignal F^ generere utgangssignalet F .., for sending til basestasjonen 40. Etter mottagelse av første søkesignal F^ vil transponderen

3o' generere utgangssignalet Fq^ og sende dette til basestasjonen 40. Tidsperioden mellom sendingen av andre søkesignal Fj2 °9 mottagelsen av signalen<e> Fq^ og Fq^ måles. Ved å

trekke fra tidsperioden for første trinn fra vedkommende tidsperioder fra annet trinn, kan lengden av sidene b og c beregnes. Det vil si at sendetiden langs banene a, d og f er de samme både i første og annet trinn, slik at de lange sk^ålengder som disse banet representerer og feil som .. tilknytning til disse, automatisk utelukkes fra beregningen for oppnåelse av en nøy-

aktig vurdering av basesidene b og c.

Neste trinn er at basestasjo.nen 40 sender tredje søkefrekvens signal FI3, genererer transponderen 30' første søkesignal og sender dette til områder nær transponderne 10 og 30. Etter mottagelse av dette første søkesignal F ^

vil transponderen 10 sende sitt utgangssignal FQ1 og transponderen 30 sitt utgangssignal FQ2. Tidsperioden mellom sending av tredje søkesignal F^ fra basestasjonen og mottagelsen av utgangssignalene Fn, og Fn„ , , -„ ^ 3 Oi ^ 02 fra transponderen 10 hhv. 30 , måles. Ved å trekke fra tidsperiodene i forbindelse med skrålengdene D og f, kan lengden av basesiden bestemmes.

Hvis de tre transpondere 10,30 og 30' har samme dybde, er den korrekte horisontale avstand mellom de tre transponderne bestemt. Men som nevnt ovenfor, vil transponderne i mange tilfelle ikke befinne seg på samme dybde og følgelig må dybden av minst to av transponderne 10, 30 og 30', fortrinns-vis av 30 og 30', bestemmes individuelt. De velkjente tek-, nikker som er omtalt ovenfor kan benyttes for bestemmelse av de individuelle dyp av transponderne 10, 30 og 30'..

Av det viste eksempel vil det fremgå av geometrien for et hvilket som helst antall transpondere kan bestemmes med to kalibreringstranspondere 30, 30', så lenge de øvrige transpondere befinner seg innen signal-rekkevidde for kalibrerings-transponderne. I det eksempel som er vist i fig. 4, hvor det er ønskelig å ha tre transpondere i settet for å oppnå nøyaktig posisjonering av et fartøy på vannoverflaten, f.orblir kalibereringstranspondene 30 og 30' en del av settet.

Mens det i enkelte tilfelle bare er behov for en bestemmelse av den tredimensjonale geometri mellom transponderne i et sett, er det i mange andre tilfelle også nød-vendig å bestemme den relative orientering av transponder-settet i forhold til en kjent referanse, som jordens magnetfelt. Hvis basestasjonen 40 beveges langs en kjent kurs til et andre sted S2 og de ovenfor omtalte trinn gjentas ved S^ i er orienteringen av settet av transpondere 10, 30 og 30' i forhold til jordens magnetfelt bestemt.

Ifølge foreliggende oppfinnelss er det ikke nødvendig å vite den reelle avstand mellom punktene S og S2 . Det eneste man må vite er kursen til S2 fra S.

Som nevnt ovenfor, er det i mange tilfelle også ønskelig å oppnå geodetisk bestemmelse av transponder-settet, dvs. absolutte posisjon på jorden. En slik bestemmels;e kan selvsagt gjennomføres ved kjennskap til den geodetiske posisjon, fra satelitter e.l. av enten posisjonen S eller S2 .

Fig. 5 illustrerer geometrien for oppnåelse av side<n&s b, c og e lengde, likesom av koordinatpunktene med henblikk på basestasjonens posisjon fo et ætt av to kalibrerings- transpondere og en annen transponder. I fig. 5 er basestasjonen antydet ved S. Transponderen 10 er vist ved A, transponderen 30 ved 0 og transponderen 30<*> ved B. Koordinatsystemet er valgt slik at dets origo er ved punkt 0, og punkt B er dessuten valgt slik at det ligger i X,Z planet. Etterssom origo for koordinatsystemet svarer til posisjonen av kalibrerings-transponderen 30, er det nødvendig å bestemme koordinatene for basestasjonen ved S , transponderen 10 ved A og transponderen 30' ved B. Disse koordinateritiå .være ut-trykt i formav koordinatsystemet vist i fig. 5 ved følgende tre ligninger: ;;Ettersom de kjenet variabler er a,b,c,d,e og f, er de ukjente variabler B,S,S,A, A og A . Det er J x x y x y z således seks ukjente variabler. For å oppnå en entydig løsning på seks ukjente variabler, må det stilles opp seks samtidige ligninger. Disse ligninger er som følger : ;Ved løsning av de samtiddige ligninger med de kjente variabler a,b,c,d og f, blir koordinatpunktene for basestasjonen 40, transponderen 10 og transponderen 30<* >bestemt for det valgte koordinatsystem. Det skal bemerkes at origo for koordinatsystemet kan velges etter ønske, f.eks. overflatepunktet S.

De ovennevente beregninger kan gjentas for det forhold at basestasjonen 40 er beveget til et andre sted i avstand og etter en kjent kurs fra punktene. i tillegg til å gi ytterligere nøyaktighet i beregningen av den relative, tredimensjonale posisjon av transponderne, kan orienteringen av settet bestemems fra det andre sett av målinger.

HVis en nøyaktig geodetisk posisjonsbestemmelse er nødvendig kan basestasjonen 40 oppnå en tilfreds-stillende geodetisk posisjonsbestemmelse fra satelitter eller ved andre , velkjente teknikker. Således kan koordinatsystemet den relative, tredimenssjonale geometri og orienteringen av transponder-settet bestemmes på en enestående måte ifølge foreliggende oppfinnelse .

Figurene 6,7 og 8 illustrerer signalsendetrinn for et mer generelt tilfelle, som omfatter tre transpondere 10, 10' og 10" som alle er i det vesentlige like transponderen 10, bortsett fra at transponderen 10' har et eget utgangssignal Fg4 som respons på et førte søkesignal F , og transponderen 10" har et eget utgangssignal Fq^ so™ respons på første søkesignal

Kalibreringstransponderne er transponderne 30 og 30' i fig. 6 har basestasjonen 40 sendt første søkesignal F ^ til transponderne og hver transponder 10,10', 10", 30 og 30' svarer med et eget utgangssignal FQ^, FQ^, Fq^ > F 2 hhv. FQ3.

Fig. 7 illustrerer neste trinn, som er sending av andre søkesignal F.^ fra basestasjonen 40 til kalibrerings-transponderen 30. Som respons på mottagelse av andre søke-signal Fj2' sender kalibrerings-transponderen første søke-signal F ^ til de gjenværende transpondere 10, 10' og 10" samt 30'. Hver av disse transpondere vil ved mottagelse av første søkesignal F ^ gi respons med sitt eget utgangssignal <F>01' F 04' <F>05' hhv- <F>03.

Samme rekkefølge for kalibrerings-

transponderen 30' som illustrert i fig. 8. Slik sender basestasjonen 40 tredje søkesignal F13 til transponderen 30'.

Etter mottagelse av tredje søkesignal F^3 vil kalibrerings-transponderen sende første søkesignal F^ til hver trans-

ponder 10, 10' ,10" og 30. Hver av disse vil etter mottagelser: av første søkesignal F^ generere sitt eget utgangssignal <F>01'<F>04' <F>05 <n>nv'F02' og sende det tilbake til base-

stasjonen 40. Ettersom signalsendetidene er blitt målt,

som omtalt ovenfor, kan de samme beregninger som omtalt ovenfor i forbindelse med fig.5 gjennomføres for hver av transponderne 10, 10' og 10" for bestemmelse av den relative, tredimensjonale geometri mellom dem.

Triangelen fra basestasjonen 40 til transponder

30 til transponder 30' er allerede bestemt i det trinn som er illustrert i fig. 7, slik at denne måling foreligger som overskuddsinformasjon, som undertiden kan være brukbar til oppnåelse av maksimal nøyaktighetsgrad.

Som det vil fremgå av fig. 6,7 og 8 kan de

to kalibreringstranspondere 30 og 30' benyttes for kalibrering av et hvilket som helst antall transpondere innenfor signal-rekkevidde. Kalibrerings-transponderene 30 og 30' befinner seg innen signal-rekkevidde for hver av transponderene 10,10' og 10" og kan tas opp etter kalibrering av settet av øvrige transpondere for gjentatt bruk ved et senere tilfelle. Transponderene 10,10' og 10" forblir i settet og må ikke være innen signal-rekkevidde for hverandre.

Som vist ved ligningen ovenfor i forbindelse med beskrivelsen av fig.5 kan man se at bare dybden av de to kalibreringstransponderne 30 og 30' må være nøyaktig kjent.

Den tredimensjonale koordinat-bestemmelse for alle øvrige transpondere kan gjennomføres ved at man kjenner dybdene av bare de to kalibrerings-transpondere. Dette fremgår av valget av transponderen 30 ved origo og transponderen 30' i X,Z planet

Som nevnt ovenfor, kan kalibreringstransponderne om ønsket, tas opp umiddelbart etter kalibrering av transponder-settet, og de kan derfor omfatte meget effektive utformninger for reduksjon av omkostningene.

Ved å velge stor lendge av kabelen 16 for kalibreringstransponderne 30 og 30' er de innen signalsende-rekkevidde foret større antall transpondere, som 10,10' og 10". Verti-

kale avviksfeil reduseres til et minimum på grunn av den korte tid som kreves for kalibrering av settet og ettersom kalibrerings -transponderne vanligvis ikke forblir som en dfel av settet e tber kalibrering.

Hvert søkesignal F.,' F. - og F, , , 3 11 12 J 13 har et særpreg, f.eks. frekvensen, som skiller seg fra de øvrige. På lignende måte har hvert utgangssignal FQ1, FQ2,<F>Q3,<F>Q4 og FQ5 et særpreg, f.eks. frekvensen som adskiller seg fra alle øvrige og fra hvert søkesignal.

I de ovennevnte eksempler har man arbeidet med

et sett, hvor hver transponder mottar et første søkesignal og svarer med et eget utgangssignal. Oppfinnelsen er dog ikke begrenset til dette. Som nevnet ovenfor, kan oppfinnelsen også benyttes for et transpondersett , hvor hver transponder mottar et eget søkesignal og svarer med et felles utgangssignal. I en slik utførelsesform, som beskrevet nedenfor i forbindelse med fig. 9 og 10 er hver av de to kalibreringstranspondere selv-

sagt utstyrt slik at de har eti organ for generering av hvert søkesignal som er tilordnet hver enkelt transponder i settet,

som respons på spesielle kalibrerings-søkesignaler og kalibrerings-søkesignalene adskiller seg fra de to kalibreringstransponderne og fra de øvrige søkesignalene. Hver kalibreringstransponder vil således etter mottagelse av det spesielle kalibrerings-transponder-søkesignal etter tur generere hvert av de øvrige søkesignalene som er tilordnet de øvrige transpodnere i settet og igjøre dette i en fastsatt tidssekvens. Samme informajbn oppnås så på lignende • måte som beskrevet i forbindelse med fig.4, 5,6,7, og 8.

Fig. 4 illustrerer også en alternativ utførelses-form av foreliggende oppfinnelse, hvor et fly 50 kan benyttes for opprinnelig deployering av de transpondere 10, 30 og 3o'

eller om ønsket, bare kalibreringstransponderne 30 og 30'. Flyet kan også deployere en bøye 52, som virker som basisstaajon 40. Etter deployereing av transponderne 10, 40 og 30' kanflyet 50 sende kontrollsignaler Fc til bøyen 52 og bøyen 52 ]^an som respons på disse sende de forskjellige søkesignalene som F]_^' 12, F13

i styrt.rekkefølge og registrere til en mellomsignalsending og

mottagelse av de forskjellige utgangssignaler F0i'F02 °g F03' Bøyen 52 bærer også en konvensjonell anordning for generering av f.eks. eti i-jradio frekvens signal, som kan moduleres av de mottatte utgangssignalene for dannelse av et informasjonssignal Fg for sending ta flyet 50. Alternativt kan bøyen 52 automatisk generere de nødvendige kalibrerings-signaler til transponder-settet og de nødvendige signaler til flyet.

Fig . 9 er et blokkskjema av en transponder 70, som kan befinne seg i et sett av lignånde transpondere og som kan benyttes ved gjennomføring av foreliggende oppfinnelse. Transponderen70 er av en type som kan fremstilles med samme konstruksjon som vist i fig. 1 og generelt ligner utførelsen 10. Men i utførelsen 70 mottar hver transpodner et eget søke

signal f^-F.^ og genererer som respons på dette et felels utgangssinal FQC. Transpondere 70 'kan benyttes i stedet for transponderne 10, 10' og 10". Transponderen 70 omfatter således en kraftkilde 22, en signalmottager 72 for mottagelse av det spesielle søkesignal Fjy og en utgangssinal generator og sender 74 for generering og sending av det felles utgangssiganal FQ(, tiiL områder som er. fjerne fra transponderen 70.

Fig. 10A illustrerer en utførelsesform 80 av

en kalibreringstransponder som kan benyttes for kalibrering av etsett av transponderenheter i likhet med 70. Kalibrerings-transponderen 80 omfatter en kraftkilde 22, en første signalmottager 82 for et spesielet søkesignal FjU2 og en første ut-gangssignaågeneratorsender 84 for generering av det felles utgangssignal FQC som respons på mottagelsen av søkesig-

nalet ■

I tillegg har kalibreringstransponderen 80

en andre signalmottager 86 for mottagelse av et kalibrerings-søk<esignal><F>Icl og aktivisere som respons på dette en tids-giver og signalordner 88. Enheten 88 styrer en søkesignal - sender 90, som genererer og sender søkefrekvenssignalene Fj<y>^ <-F>iun' som svarer til antallet transpondere 70 i settet

og den andre kalibreringstransponder'som kan benyttes på lignende måte som den som er vist i fig. 4,6, 7 Og 8.

D en andre kalibreringstransponder 80', vist i fig.IOB, er lik transponderen 80, bortsett fra at den mottar et eget kalibrerings-søkesignal Fj^2 og som respons genererer hvert av de øvrige søkesiganleer F^ -Fiun <1> en ^estemt tidssekvens. Den andre kalibreringstransponder-genererer også det felles utgangssignal FQC som respons på det spesielle søkesignal F^^•

Driften av kalibreringsanordningen ifølge oppfinnelesen ved bruk av minst tokalibrerings-transpondere 80 i et ett méd transponderen 70 er som beskrevet ovenfor, bortsett fra at basestasjonen f.eks. et fartøy, en bøye eller en annen stasjonsform genererer de forskjellige spesielle søkesiganler for hver transponder samt kalibrerings-søke-signalene og mottar de felles utgangssignaler derfra samt registrerer tidssofskjellen mellom dem. Samme beregnings-fremgangsmåte som omtalt ovenfor benyttes dereter for bestemmelse av geometrien, posisjonen og/eller orienteringen av transpindersettet.

Mens ovennevnte utførelsesform illustrerer prinsippene for foreliggende oppfinnelse ved bruk av f.eks. forskjellige frekvenser, skal det bemerkes at andre karakteri-stika av signalene kan brukes for å skjelne mellom dem.

I enkelte tilfelle kan det være nok med to transpondere for navigering av et skip på eller under vannflaten. Det relative geomefriske forhold mellom to transpondere kan også bestemmes ifølge foreliggende oppfinnelse.

I en slik utførelsesform benyttes bare en kalibrerings-transponder, som transponderen 30, som vist i fig.4, og en vanlig transponder, som 10. Siden b mellom transponderen 10 og transponderen 30 kan bestemmes ved bruk av de omtalte teknikker. Men både dybden av transponderen 30 og transponderen 10 må bestemms for omdanning av skråavstandshøydene til dem til korrekte horisontalkomponenter. Ved en slik ut-førelsesform, hvor det bare benyttes en kalibrerings-transponder 30 og en enkelt annen transponder 10, kan fremgangsmåten som antalt følges enten ved bruk av et felles søke-

signal og spesielle utgansgssignaler fra hver transponder 30 og 10 eller et spesielt søkesignal til hver transponder 30 og 10 og et felles utgangssignal. I en slik utførelsesform kan settets orientering f.eks. med henblikk på jordens magnetfelt og/eller geodetiske posisjon oppnås ved konvensjonelle teknikker som nevnt ovenfor.

Med dette er beskrivelsen av de foretrukne utførelsesformer av foreliggende oppfinnelse avsluttet. Det vil fremgå av det ovenstående at det er beskrevet en fremgangsmåte og anordning for hurtig og nøyaktig kalibrering av flere undervanhs-transpondere. Fagfolk kan finne mange variasjoner og tilpasninger av de følgende krav, men disse krav dekker alle slike variasjoner og tilpasninger som faller innenfor oppfinnelsens ramme.

Claims (20)

1. Fremgangsmåte for kalibrering av et undervannstranspondersett som omfatter et antall transpondere, for bestemmelse av den relative posisjon av hver transponder i settet, hvor hver transponder genererer et spesielt utgangssignal som respons på mottagelsen av et første søkesignal, og hvor i det minste en første av transponderne genererer nevnte første søkesignal som respons på mottagelse av et andre søkesignal som avviker fra førstnevnte søkesignal, hvor minst en andre av transponderne genererer nevnte første søkesignal som respons på mottagelse av et tredje søkesignal som adskiller seg fra nevnte første og andre søkesignaler, hvor settet omfatter minst tre transpondere, og hvor transponderne deploy-eres til en gruppe med innbyrdes avstand nær vannets bunn, idet dybden under vannflaten måles for minst to av transponderne, karakter.! sert ved at det etter tur genereres første, andre og tredje søkesignaler fra et.sted i vannet innenfor signalrekkevidden for transponderne og at tidsperioden fra sending av søkesignalet til mottagelse av utgangssignalene fra hver transport måles.

2. Fremgangsmåte som angitt i krav 1, karakterisert ved at målingen av dybden under vannflaten for minst nevnte første og andre transponder videre omfatter måling av dybden under vannflaten for hver av nevnte første og andre transpondere, og at første, andre og tredje søke-signaler er forskjellige fra nevnte utgangssignaler.

3. Fremgangsmåte som angitt i krav 1, karakterisert ved at det nevnte første søkesignal genereres fra en basestasjon i en første posisjon nær vannets overflate for sending til områder som omfatter hver av transponderne i settet, at den tid som går til mottagelse av hvert av de nevnte utgangssignaler fra hver transponder måles på basestasjonen, at det nevnte andre søkesignal frembringes på basestasjonen i den nevnte første posisjon nær vannets overflate for sending til områder nær den nevnte transponder,<1> at den tid som går til mottagelse av hvert utgangssignal fra hver transponder måles på basestasjonen, at nevnte tredje søke-signal genereres på basestasjonen i nevnte første posisjon nær vannets overflate for sending tii områder som omfatter hver transponder i settet, og at den tid som går til mottagelse av hvert utgangssignal for hver transponder måles på basestasjonen.

4. Fremgangsmåte som angitt i krav 3, karakterisert ved at i det minste første og andre transponder fjernes fra transpondersettet.

5. Fremgangsmåte som angitt i krav 3, karakterisert ved at den relative orientering av transponderne i settet bestemmes.

6. Fremgangsmåte som angitt i krav 5, karakterisert ved at den geodetiske posisjon av transponderne i settet bestemmes.

7. Fremgangsmåte som angitt i krav 5, karakterisert ved at bestemmelsen av den relative orientering av transponderne i settet omfatter bevegelse av basestasjonen fra nevnte førsre posisjon i en bestemt kurs, til en andre posisjon nær vannets overflate, at nevnte første søkesignal genereres på basestasjonen i nevnte andre posisjon nær vannets overflate for sending til områder som omfatter hver enkelt av transponderne i settet, at den tid som går til mottagelse av hvert utgangssignal fra hver transponder i settet måles på basestasjonen, at nevnte andre søkesignal genereres på basestasjonen i.nevnte andre posisjon nær vannets overflate for sending til områder nær første transponder, at den tid som går til mottagelse av hvert utgangssignal fra hver transponder i settet måles på basestasjonen, at nevnte tredje søkesignal genereres på basestasjonen i nevnte andre posisjon nær vannets overflate for sending til områder som omfatter hver enkelt av transponderne i settet og at den tid som går til mottagelse av hvert utgangssignal fra transponderne måles på basestasjonen.

8. Anordning for bruk ved kalibrering av et undervannstranspondersett i samsvar med fremgangsmåten i ett eller flere av de foranstående krav, omfattende minst tre transpondere i et sett i innbyrdes avstand under vannoverflaten og med dybde-måleinnretninger på minst to av transponderne, karakterisert ved at hver transponder omfatter en første signalmottager for mottagelse av et første søkesignal og en første signalgenerator for generering av et eget utgangssignal med en karakteristikk som er forskjellig fra hvert øvrige utgangssignal og fra nevnte første søkesignal, og en utgangssignalsender for sending av nevnte spesielle utgangssignal til et på forhånd valgt område, hvorved en første av transponderne videre omfatter en andre signalmottager for mottagelse av et andre søkesignal og en andre signalgenerator for generering av nevnte første søkesignal som respons på nevnte andre søkesignal, og en sender for sending av nevnte første søkesignal til områder, der hver enkelt av de øvrige transpondere befinner seg, og hvorved en andre transponder videre omfatter en tredje signalmottager for mottagelse av et tredje søkesignal og en tredje signalgenerator for generering av nevnte første søkesignal som respons på nevnte tredje søkesignal, og en sender for sending av nevnte første søkesignal til områder hvor hver enkelt av de øvrige transpondere befinner seg, og hvor i det minste første og andre transponder befinner seg innen signal-rekkevidde for hver av transponderne i settet.

9. Anordning som angitt i krav 8, karakterisert ved en basestasjon i avstand fra transponder-settet og innen signalrekkevidde for hver av transponderne i settet, hvor basestasjonen videre omfatter en basestasjon-signalgenerator for generering av første, andre og tredje søkesignal som nevnt, en basestasjonsserrder for sending av nevnte første, andre og tredje søkesignaler til transponder-settet og en basestasjonsmottager for mottagelse av hvert spesielle utgangssignal fra transponderen i settet.

10. Anordning som angitt i krav 7, karakterisert ved at basestasjonen omfatter et fartøy på vannets overflate.

11. Anordning som angitt i krav 8, karakterisert v e d at i det minste første og andre transponder i settet videre omfatter et dybderegistrerende organ for registrering av transponderens dybde under vannets overflate, en dybde-signalgenerator koplet til nevnte dybderegistrerende organ for generering av et dybdesignal som er proporsjonalt med nevnte dybde under vannets overflate, og en dybdesignal-sender for sending av nevnte dybdesignal til områder fjernt fra transponderen.

12. Anordning som angitt i krav 9,karakterisert ved at basestasjonen omfatter en bøye som er utstyrt med en signalgenerator koplet til basestasjonen, en mottager for generering av flere spesielle informasjonssignaler som respons på mottagelsen av hvert nevnte utgangssignal og en sender for informasjonssignaler koplet til generatoren for informasjonssignaler for sending av de spesielle informasjonssignaler til områder fjernt fra bøyen.

13. Anordning som angitt i krav 12, karakterisert ved at hvert av de spesielle utgangssignaler fra transponderne og hvert første, andre og tredje søkesignal er akustiske signaler og at informasjonssignalene omfatter en radiofrekvenssignalbærer.

14. Anordning som angitt i krav 13, karakterisert ved at den er innrettet til å amplitudemodulere radiofrekvenssignalbæreren proporsjonalt med de akustiske signaler.

15. Anordning som angitt i krav 13, karakterisert ved at den er innrettet til å frekvensmodulere radiofrekvenssignalbæreren med de akustiske signaler.

16. Anordning som angitt i krav 12, karakterisert ved at bøyen omfatter en kontrollsignalmottager for mottagelse av flere spesielle kontrollsignaler, koplet til basestasjonens signalgenerator for selektiv generering av hvert av de nevnte første, andre og tredje søkesignaler som respons på nevnte kontrollsignaler.

17. Anordning, karakterisert ved at basestasjonen omfatter et skip beliggende under vannets overflate.

18. Anordning som angitt i krav 8, karakterisert ved at den er innrettet til å skille signalene fra hverandre med deres frekvenser.

19. Anordning som angitt i krav 18, karakterisert ved at transpondersettet omfatter minst fem transpondere.

20. Anordning som angitt i krav 19, karakterisert ved at første og andre transpondere er opptag-bare fra sine posisjoner under vann.