NO154556B - Fremgangsmaate og system for stigeroervinkel-posisjonering av et flytende fartoey. - Google Patents

Description

Oppfinnelsen angår en fremgangsmåte og et system for opprettholdelse av posisjonen av en flytende offshoreinstallasjon i forhold til et sted på sjøbunnen. Nærmere bestemt angår oppfinnelsen en fremgangsmåte og et system for geometrisk bestemmelse av posisjonen av en flytende offshoreinstallasjon over et brønnhode.

Tidligere er offshoreinstallasjoner blitt benyttet i stor utstrekning i kontinentalsokkelområdene rundt om i verden. Eksempler på offshoreinnretninger omfatter under-støttelser for radarstasjoner, fyrlykter, vitenskaps- og undersøkelseslaboratorier, kjemiske anlegg, kraftgenererende anlegg, gruvedriftstasjoner, etc. Imidlertid er offshoreinnretninger hovedsakelig blitt benyttet av olje- og gass-industrien i forbindelse med bore-, produksjons- og/eller fordelingsoperasjoner.

Under de innledende faser av bore/produksjons-aktivitet til sjøs ble operasjoner utført langs de nære kystpartier av . Mexicogulfen i myr- eller sumpland og ut-over havet til vanndybder på ca. 30 m eller mer. På sådanne dybder er tårn eller plattformer med faste lengder blitt benyttet i stor utstrekning.

I et forsøk på å holde tritt med et økende, verdensomspennende energibehov er mer fjerntliggende offshoreaktivitet avgjort blitt mer pågående. I denne henseende har flytende boreskip som er dynamisk posisjonert og/eller tårnforankret, operert på vanndyp opp til ca.

1500 m. Dersom den nåværende tendens med stigende pris-nivåer for råolje fortsetter, vil de eneste offshore-dybdebegrensninger for boring etter og produksjon av olje være utstyrets teknologiske muligheter.

Boreskipoperasjoner utføres vertikalt gjennom en underdekksåpning eller brønn (moonpool) i skipets skrog.

Et stigerør nedsenkes gjennom dekksåpningen fra én eller flere strekkringer (tens ioner rings) til sjøbunnen og et borskjær og en bore streng nedsenkes konsentrisk i stigerøret for boring ned i sjøbunnen. Under boring pumpes en kompri-mert slamvelling kontinuerlig ned gjennom borestrengen, ut gjennom borskjæret og tilbake opp stigerøret i ringrommet mellom det ytre av boréstrengen og det indre av stigerøret. På dypt vann kan vekten av stigerørsøylen bli vesentlig.

Det er følgelig av avgjørende betydning at stigerøret holdes i en i hovedsaken vertikal stilling for å hindre overbelast-ning og snoing eller "kink" (engelsk: "kinking") av stige-rør ledningen .

Tidligere er forskjellige systemer og metoder blitt uttenkt for bestemmelse av posisjonen av et fartøy i forhold til et sted på sjøbunnen. Slik det vil fremgå nedenfor, har imidlertid disse systemer og metoder vært belastet med forskjellige ulemper, deriblant unøyaktighet, manglende økonomi og virkningsløshet eller ineffektivitet.

Ett tidligere kjent system angår horisontal sta-bilisering av en flytende konstruksjon med deformeterfølere som er festet til et fQringsrør vea et pumct over og nær sjøbunnen. Disse målere er forbundet med elektriske motorer på

en plattform -som—er—beliggende ved vannets overfTate-: Av-følt bevegelse av foringsrøret aktiverer montasjer for stabili-sering av boreplattformens horisontale posisjon. Et slikt system har flere ulemper av hvilke de viktigste ligger i det faktum at systemet ikke er konstruert slik at det tilveiebringer nøyaktig posisjoneringsinformasjon for bestemmelse av plattformens posisjon.

Andre systemer viser fartøyposisjonering ved benyttelse av en sammenstilling som er bevegelig langs en bore-streng for å bestemme vinkelavviket fra vertikalen ved forskjellige høyder langs borestrengen. I denne forbindelse avføles vinkelavviket fra vertikalen ved hjelp av en pendel-innretning som genererer elektriske signaler som er posi-sjonsangivende. Disse elektriske signaler utnyttes deretter til å bestemme den relative vinkelforskyvning av pendelen i forhold til en sammenstillingsvogn. Et slikt system er imidlertid også beheftet med ulemper. For det første er dette system hemmet i sin effektivitet på grunn av mangel på nøyktitghet ved'beregning av posisjonsinformasjonen.

For det andre er systemet ifølge sin natur (idet det er del-vis mekanisk) utsatt for feil forårsaket av ytre elementer (f.eks. grov sjø, dårlig vær, etc).

Ytterligere andre akustiske systemer er blitt benyttet for dynamisk posisjonering av fartøyer. Ett system omfatter et skip, benyttet som boreplattform, som posisjoneres dynamisk ved bruk av akustiske sendere som er montert på bunnen av en brønn. Signaler som frembringes av senderne, mottas ombord på skipet ved hjelp av én eller flere mikrofoner. Selv om sådanne akustiske systemer representerer et fremskritt i forhold til tidligere kjente anordninger, kan sådanne systemer muligens unnlate å fungere (dvs. utsettes for en "blackout") under hvilken feiltid data ikke kan oppnås. Slike tidligere kjente systemer er videre fremdeles noe beheftet med unøyaktighet under posi-sjonsbestemmelsesprosessen.

I enda et annet akustisk system er en boreplattform plassert over et borehull og et antall akustiske svar-stasjoner (transponders) er plassert på sjøbunnen rundt borehullet. Tilsvarende omvandlere er montert på en nedre ende av et bøyestakeskrog for mottagelse av signaler.

Dette system viser også bruk av en fotoelektrisk, posisjons-angivende anordning som kan benyttes til å innstille bøyen. Også et slikt akustisk system oppviser visse ulemper slik som foran angitt.

Den senere tids vekt på boreoperasjoner i stadig dypere farvann har resultert i økende betenkeligheter med tidligere kjente systemer. I denne henseende ville det være ønskelig å tilveiebringe posisjoneringssystemer og posisjoneringsmetoder som har overlegen pålitelighet. Det ville dessuten være meget ønskelig å tilveiebringe en pålitelig posisjonsreferanse for benyttelse som en støtte eller hjelp for akustiske referansesystemer. Forskjellige teknikker, såsom en stram wire, nedre stigerørvinkel, inertireferanse- og radiosystemer, er blitt benyttet som hjelpe- eller reservesysterner med varierende hell, avhengig av vanndybden og værforholdene. I mange tilfeller har imidlertid de høye omkostninger og/eller den lave pålitelighet med sådanne hjelpesystemer effektivt utelukket disse fra alvorlig overveielse.

De vanskeligheter som er antydét i det foregående, er ikke ment å være uttømmende, men er snarere en del av mange vanskeligheter som har en tendens til å redusere effektiviteten og brukertilfredsstillelsen av tidligere posisjoneringssystemer. Andre betydningsfulle problemer kan også eksistere, men de foran omtalte problemer bør imidlertid være tilstrekkelig til å vise at posisjoneringssystemer og posisjoneringsmetoder, særlig av den mekaniske, elektromekaniske og akustiske type, som er fremkommet i den senere tid, vil tillate lønnsomme forbedringer.

Det er derfor et generelt formål med oppfinnelsen

å tilveiebringe et posisjoneringssystem og en posisjoneringsmetode som vil unngå eller minimere vanskeligheter av den foran beskrevne type.

Det er et spesielt formål med oppfinnelsen å tilveiebringe et posisjoneringssystem og en posisjoneringsmetode hvor et stigerør strekker seg fra__havbunnen til et flytende fartøy og hvor stigerørvinkelfølere og et akustisk system benyttes i kombinasjon for å generere data for benyttelse ved posisjonering av fartøyet.

Det er et ytterligere formål med oppfinnelsen å tilveiebringe et posisjoneringssystem og en -metode som benytter stigerørvinkelfølere for å skape en mekanisk modell av stige-røret for å bestemme fartøyposisjon, idet systemet og metoden tjener som et hjelpesystem og en hjelpemetode for å kontrol-lere akustiske data med hensyn til store feil, og dessuten til å utgjøre den eneste posisjonsbestemmende innretning i det tilfelle hvor det forekommer en akustisk blackout.

Det er enda et formål med oppfinnelsen å tilveiebringe et posisjoneringssystem og en posisjoneringsmetode hvor inklinometre eller hellingsmålere er plassert bare ved toppen og bunnen av stigerøret, idet stigerørvinkelen på ett eller annet mellomliggende sted på stigerøret bestemmes ved inter-polasjon av data som genereres av det akustiske system pluss data som genereres av inklinometrene ved toppen og bunnen av stigerøret.

Det er et ytterligere formål med oppfinnelsen å tilveiebringe et posisjoneringssystem og en -metode hvor den avstand som beregnes ved hjelp av en tredimensjonal, andre andre ordens algoritme, dersom akustiske data betraktes som gyldige data, sammenliknes med den akustiske avstand, og et mellomliggende punkt på stigerøret deretter inkrementeres eller dekrementeres for å tilveiebringe nærmere sammenlikninger .

Det er enda et formål med oppfinnelsen å tilveiebringe et posisjoneringssystem og en -metode hvor dårlige akustiske data, dersom sådanne data detekteres, avvises og

x operatøren underrettes, idet det mellomliggende punkt og algoritmekonstantene "fryses" inntil systemet indikerer at de akustiske data kan benyttes som gyldige data.

Det enda at formål med oppfinnelsen å tilveiebringe et posisjoneringssystem og en -metode hvor stabilitet vil bli opprettholdt og akustiske fartøyposisjonsdata vil bli avgitt, selv under en akustisk blackout.

Endelig er det enda et formål med oppfinnelsen å tilveiebringe et posisjoneringssystem og en -metod<e>"~som har en simulatormodus under hvilken forskjellige parametre og konstanter beregnes og benyttes til å "avstemme" systemet, og en sanntidsmodus under hvilken analoge datainngangssignaler benyttes til å utlede analoge posisjonsreferansesignaler for posisjonering av fartøyet.

For oppnåelse av ovennevnte formål er det tilveiebrakt en fremgangsmåte for stigerørvinkelposisjonering i et system for posisjonering av et flytende fartøy som har et stigerør som strekker seg mellom fartøyet og en havbunn, ved hvilken det mottas akustiske signaler som genereres fra havbunnen, og de akustiske signaler omformes til akustiske data, hvilken fremgangsmåte er kjennetegnet ved at det genereres målesignaler svarende til måling av respektive vinkler av stigerøret ved henholdsvis toppen og bunnen av dette, at det i begynnelsen approksimeres et infleksjonspunkt som er beliggende midtveis mellom toppen og bunnen av stigerøret,

at X- og Y-koordinatene til avstanden fra stigerørets topp til infleksjonspunktet og X- og Y-koordinatene til avstanden fra infleksjonspunktet til stigerørets bunn bestemmes basert på de akustiske data og i overensstemmelse med et toakset X-Y-koordinatsystem, at de respektive X- og Y-koordinater adderes for å oppnå respektive summer som indikerer den

totale adskillelse mellom toppen og bunnen av stigerøret,

og at de respektive summer tilføres til posisjoneringssystemet.

Ifølge oppfinnelsen er det viderer tilveiebrakt

et stigerørvinkel-posisjoneringssystem for posisjonering av et flytende fartøy som har et stigerør som strekker seg ned til en havbunn, en akustisk anordning på havbunnen for generering av akustiske signaler, en omformende anordning for omforming av de-akustiske signaler til akustiske data, og en kompassanordning for tilveiebringelse av koordinatdata, hvilket system er kjennetegnet ved at det omfatter føleranord-ninger av hvilke én er plassert ved toppen av stigerøret og én er plassert ved bunnen av stigerøret, for generering av respektive følersignaler som angir de respektive stigerør-vinkler ved henholdsvis toppen og bunnen av stigerøret, og en prosessoranordning som reagerer på de akustiske data fra den omformende-anordning, på de respektive—følersignaler fra føleranordningene og på koordlnatdataene fra kompassanordningen, for utledning av posisjoneringsdata for posisjonering av det flytende fartøy.

Stigerørvinkel-posisjoneringssystemet og posisjo-neringsmetoden er ment å tjene som et støtte- eller hjelpesystem og en hjelpemetode for kontroll av akustiske data med hensyn til store feil, og dessuten å tilveiebringe hele den posisjonsbestemmende anordning i det tilfelle hvor det forekommer en akustisk blackout. Dersom posisjoneringssystemet og -metoden bestemmer at de akustiske data betraktes som gyldige, blir den avstand som beregnes ved hjelp av en tredimensjonal, andre ordens algoritme, sammenliknet med den akustiske avstand, og et mellomliggende punkt på stigerøret blir deretter inkrementert eller dekrementert for å tilveiebringe nærmere sammenlikninger. Dersom dårlige akustiske data detekteres, avvises dataene og operatøren underrettes idet det mellomliggende punkt og algoritmekonstantene "fryses" inntil systemet indikerer at de akustiske data kan benyttes som gyldige data.

Systemet og fremgangsmåten ifølae oppfinnelsen utnytter et dynamisk posisjoneringssystem til hvilket posisjoneringsdata som genereres av stigerørvinkel-posis j oneringssystemets prosessor, tilveiebringes som en fartøyposisjonsreferanse.

Systemet og metoden har fortrinnsvis to opera-sjonsmodi, nemlig en simulatormodus og en sanntidsmodus I simulatormodusen beregnes fartøyets posisjon ut fra data som avleses fra det dynamiske posisjoneringssystem (f.eks. fra dettes magnetbåndlogg. Under drift i sanntidsmodusen avleser systemet sine data direkte fra analog/digital-omformere (tilveiebrakt med hver av de øvre og nedre fø^er-anordninger og av det akustiske system), og beregner far-tøyets posisjon. I begge driftsmodi tilveiebringes en permanent registrering (f.eks. en permanent opptegning (hard copy plot)) som et utgangssignal for utvalgte kanaler. I. sanntidsmodusen tilveiebringes posisjonskoordinater som et utgangssignal fra digital/analog-omformere (anordnet mellom stigerørvinkel-posisjoneringssystemet og det dynamiske posisjoneringssystem) for direkte innføring i det dynamiske posisjoneringssystem.

Oppfinnelsen skal beskrives nærmere i det følgende i forbindelse med en foretrukket utførelse under henvisning til tegningene, der fig. 1 viser en skjematisk fremstilling av et stigerørsystem med hvilket stigerørvinkel-posisjoneringssystemet og fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen benyttes, fig. IA viser et detaljriss av en øvre stigerørvinkelindika-tor, fig. IB viser et detaljriss av en nedre stigerørvinkel-indikator, fig. 2 viser et blokkdiagram av systemet ifølge oppfinnelsen omfattende en prosessor for stigerørvinkel-posis joneringssystemet , en prosessor for det dynamiske posisjoneringssystem, øvre og nedre inklinometre, et fartøy-gyrokompass og et akustisk system, fig. 3 viser et diagram som benyttes til å illustrere den måte på hvilken stigerør-vinkel-posis joneringssystemet beregner fartøyets posisjon og infleksjonsvinkel og retning (bearing), idet disse stør-relser beregnes ut fra den øvre vinkel og retning (top angle and bearing) og den nedre vinkel og retning (bottom

angle and bearing), fig. 4 viser et generelt flytskjema av

behandlingen av data, i overensstemmelse med stigerørvinkel-posis joneringssystemet og -metoden, ved beregning av fartøy-posisjoneringsinformasjonen (for tilførsel til det dynamiske posisjoneringssystem), ved kontroll av gyldigheten av de akustiske data, og ved innstilling av parametre (for fremtidig bruk) dersom de akustiske data fastslås å være gyldige data, fig. 5A - 5F viser detaljerte flytskjemaer av de operasjoner som utføres av stigerørvinkel-posisjoneringssystemets prosessor ved utførelse av de generelle operasjoner som

nettopp ble angitt i forbindelse med fig. 4, og fig. 6 viser et diagram som benyttes for å illustrere den måte på hvilken stigerørvinkel-posisjoneringssystemet og -metoden sørger for beregning av fartøyposisjonsreferansedata og andre nødven-dige parametre.

Før det gis en detaljert beskrivelse av det foreliggende stigerørvink el-posisjoneringssystem (riser an gle positioning system = RAP-system) og fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen, kan det være verdt å skissere kort bakgrunnen for den foreliggende oppfinnelse. I denne forbindelse viser fig. 1 et typisk boreskip 10 og et stigerørsystem 12 med hvilket RAP-systemet og fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen med fordel kan benyttes.

Boreskipet 10 kan være av en type som er klassi-fisert for ubegrenset, verdensomspennende havbruk og boring i farvann opp til ca. 1800 m på dybder med en prosjektert borekapasitet på opp til ca. 7600 m. Skipet er utstyrt med et styrehus og kontrollsenter 14 på baugen og med en heli-kopterplass 16 og mannskapsboliger akterut. Et konvensjonelt boretårn 18 er oppreist midtskips, og forut og akterut er anbrakt et antall rørstativer 20 som betjenes av arbeids-kraner 22. En underdekksåpning (moonpool) 23 strekker seg vertikalt gjennom sentrum av boreskipet og er dynamisk stasjonert over et ønsket brønnsted ved hjelp av inntrekk-bare propeller (thrusters) som strekker seg nedover fra skipsskrogets for- og akterseksjoner.

Stigerørsystemet 12 omfatter en teleskopisk leddmontasje 24 som har én eller flere stigerør-strammeenheter 25 og et antall styreledninger 26, såsom drepe- og strupe]edninger (kill and choke lines) 26a og multipleks-styrekabler 26b. Et kuleledd 27 kopler den teleskopiske leddmontasje til et oppdrifts-stigerørledd 28 som på sin side er koplet til en slamuttappinqsenhet 29. En stigerør-strekkovergang (riser tension sub) 30 er montert på ned-strømssiden av slamuttappingsstedet og omfatter stigerør-strekk- og slamtemperaturfølere. En nedre, marin stigerør-enhet 31 er forbundet med strekkovergangen som inneholder et bøyeledd 32, TV-kameramontasje, stigerørovergang og nød-opptagningssystem, etc. En utblåsnings-sikringsenhet eller BOP-enhet 33 som omfatter preventere 34 og 35 av ring-rom- og klaffavstengertype, er plassert direkte over en permanent 36 og en midlertidig 37 bunnplate som er montert på et borehull 38.

I overensstemmelse med oppfinnelsen er en øvre, elektrisk stigerørvi-nkel-indikator 42 beliggende t-i-1-— nærmet ved havoverflaten og fortrinnsvis montert på den øvre stigerør-strekkring 25 (se fig. IA). Videre er en nedre, elektrisk stigerørvinkelindikator 44 beliggende ved stigerør-strekkovergangen i nærheten av sjøbunnen (se fig. IB). Disse elektriske stigerørvinkelindikatorer er av konvensjonell konstruksjon og kan svare f.eks. til Honeywell vinkelindikator nr. 37270541-00 1. Endelig er det anordnet en akustisk signalfyrmontasje 46 som omfatter ett .eller flere signalfyr 46a som er beliggende i nærheten av den permanente bunnplate 36, og én eller flere hydrofoner 4 6b som er montert på skipets skrog.

Stigerørvinkel-posisjoneringssystemet og fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen skal nå beskrives under henvisning til fig. 2 - 4 og 5A - 5F.

Slik det fremgår av fig. 2, benytter RAP-systemet og den foreliggende fremgangsmåte en RAP-systemprosessor (sentral behandlingsenhet eller CPU) 40, øvre og nedre hellingsmålere eller inklinometre 42 hhv. 44, et akustisk system 46 som tilveiebringer en akustisk systemreferanse

(en fartøyposisjon i forhold til et brønnhode, slik den oppnås ved behandling av akustiske signaler), et konvensjonelt

fartøy-gyrokompass 48 og en prosessor (sentral behandlingsenhet eller CPU) 50 for et dynamisk posisjoneringssystem (DPS-system).

Under drift tilveiebringer de øvre og nedre inklinometre 42 og 44, det akustiske system 46 og fartøy-gyrokompasset 48 analoge datasignaler til tilsvarende analog/- digital-omformere (ADC-enheter), angitt ved blokker 52 og 54. Det er fortrinnsvis anordnet individuelle ADC-enheter for hvert analogt datasignal. ADC-enhetene 52 og 54 omformer de tilsvarende analoge signaler til digital form og tilveiebringer de tilsvarende digitale utgangssignaler til RAP-systemets prosessor 40. På en måte som skal beskrives nærmere nedenfor, interpolerer prosessoren 40 disses data for å beregne stigerørets vinkel (infleksjonsvinkel) og peiling eller retning (bearing) i et punkt (infleksjons-eller vendepunktet) mellom de øvre og nedre inklinometre 42 hhv.-44. Slik det vil fremgå nedenfor-,—bestemmer nærmere bestemt prosessoren 40 infléksjonspunktet (vinkel og retning) på en adaptiv måte ved å sammenlikne en RAP-system-fartøyposisjonsreferanse (RAP-PR) med det akustiske systems fartøyposisjon i forhold til brønnhodet (AS-PR), idet sistnevnte tilveiebringes av det akustiske system 46 via én av ADC-enhetene 54.

Slik det også skal beskrives nærmere nedenfor, passer prosessoren 40 til en tredimensjonal, andre ordens algoritme mellom toppen av stigerøret og det mellomliggende punkt på stigerøret, som tangerer den øvre stigerørvinkel ved toppen og tangerer den interpolerte vinkel i det mellomliggende punkt. Prosessoren passer deretter til kurven (representert ved den tredimensjonale, andre ordens algoritme) mellom det mellomliggende punkt og stigerørets bunn, som tangerer den mellomliggende vinkel i det mellomliggende punkt og tangerer den nedre stigerørvinkel ved bunnen.

På den måte som er generelt beskrevet ovenfor og som skal beskrives nærmere nedenfor, utleder prosessoren 4 0 digitale signaler som representerer RAP-system-fartøyposi-sjonsreferansen (RAP-PR), og tilveiebringer disse signaler til individuelle digital/analog-omformere (DAC-enheter) 56

i hvilke de digitale signaler omformes til analog form.

De resulterende, analoge utgangssignaler tilveiebringes

til det dynamiske posisjoneringssystems prosessor 50.

Man bør være klar over at hvilken som helst av flere lettvint tilgjengelige prosessorer kan benyttes til å realisere RAP-systemprosessoren 40 og DPS-prosessoren 50. For eksempel kan RAP-systemprosessoren 40 realiseres ved

en miniregnemaskin av typen PDP-8 som fremstilles av Digital Equipment Corporation, mens DPS-prosessoren 50 kan realiseres ved en regnemaskin av typen Honeywell H316 som fremstilles av Honeywell Information Systems, Inc.

Man bør videre være klar over at den innbyrdes kommunikasjon mellom RAP-systemprosessoren 40 og DPS-prosessoren 50 kan oppnås uten benyttelse av DAC-enhetene 56, dvs. ved tilveiebringelse av digital-ti1-digital-kommunikasjon. I en foretrukket utførelse er imidlertid DAC-enhetene 56 tilveiebrakt"meTlom prosessorene 40 og' 50 for å minimere den programvarebehandling som er nødvendig i prosessorene 40 hhv. 50.

RAP-systemprosessoren 40 mottar følgende analog-til-digital-omformede signaler: (1) sinus- og cosinus-koordinater fra fartøyets gyrokompass 48, (2) den øvre stigerørvinkels Nord- og Øst-koordinater (RAI) fra det øvre inklinometer 42, (3) den nedre stigerørvinkels Nord- og Øst-koordinater (ERA) fra det nedre inklinometer 44, (4) RS5 forover- og styrbord-koordinatene fra det akustiske system 46, og (5) RS5-alarmene fra det akustiske system 46.

Slik det skal beskrives mer detaljert nedenfor, utnytter RAP-systemprosessoren dette inngangssignal til å beregne fartøyets kurs, omformer de øvre og nedre stigerør-vinkler til de sanne Nord- og Øst-koordinater ved hjelp av de stativ-retninger (mounting bearings) som er tilveiebrakt av operatøren ved oppstarting, og utfører en koordinat-omforming av RS5-dataene (ved benyttelse av den beregnede fartøykurs) for å få koordinatene i de sanne Nord- og Øst-koordinater. RS5- og stigerørvinkel-koordinatene blir etter filtrering benyttet ved posisjonsberegning.

Slik som vist på fig. 3, utnytter posisjonsbereg-ningen de øvre og nedre stigerørvinkler og disses respektive retninger eller peilinger (bearings). Symbolene T, I og B er vektorstørrelser som svarer henholdsvis til øvre vinkel og retning, infleksjonsvinkel og retning og nedre vinkel og retning. Da den øvre stigerørvinkel og den nedre stigerørvinkel tilveiebringes som inngangssignal til RAP-systemet som x- og y-koordinatene (Nord- og Øst-koordinater) til vinkelen og retningen, beregnes vinkelen som størrelsen av vektoren, og retningen eller peilingen er lik arcus tangens (arctg) til y-komponenten dividert med x-komponenten. Den øvre vinkel og retning, vektoren T, er således gitt ved likningen øverst på fig. 3, infleksjonsvinkelen og retningen, vektoren I, er gitt ved likningen midt på fig. 3, og den nedre vinkel og retning, vektoren B, er gitt ved likningen nederst på fig. 3.

Den posisjonsberegningsprosedyre"~som utføres av RAP-systemet, utnytter de øvre og nedre stigerørvinkler og disses respektive retninger på følgende måte: Det er kjent at ett eller annet sted langs stigerøret er hellingen og hellingsretningen lik middelverdien av de øvre og nedre stigerørvinkler og -retninger. Det antas at vinkelmiddel-verdien og retnincsuiiddelverdien opptrer i det samme punkt på stigerøret. Denne antagelse har vist seg pålitelig i tilfeller som er blitt studert i forbindelse med systemet og fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen. Dette punkt langs stigerøret (benevnt som "infleksjonspunktet") innstilles i begynnelsen på 50 % av vanndybden. RAP-systemet løser da en andre ordens differensiallikning for å bestemme X- og Y-koordinatene til avstanden fra toppen av stigerøret til infleksjonspunktet, og utfører deretter den samme operasjon med hensyn til avstanden fra infleksjonspunktet til bunnen av stigerøret. De to X- og Y-koordinater blir deretter addert for å få den totale adskillelse mellom toppen av stigerøret og bunnen av stigerøret. Disse totale X- og Y-koordinater (benevnt som XT og YT) korrigeres deretter med konstantene XO og YO (i begynnelsen innstilt på null), slik at man får XTO og YTO. XTO og YTO behandles deretter av et "lossy"-integralfilter bg klargjøres deretter for utmatning.

Når systemet ifølge oppfinnelsen er i sanntidsmodusen, blir disse filtrerte verdier av XTO og YTO tilveiebrakt som et utgangssignal til DPS-prosessoren 50 etter at de er blitt omformet til tekniske enheter av grader Nord og grader Øst. DPS-prosessoren 50 vil anta at dette er den nedre stigerørvinkel og vil utføre en rettlinjet approksimasjon for små vinkler for å bestemme fartøyforskyvningen. Dersom systemet er i simulator-driftsmodusen, omformes dataene XTO og YTO til skipskoordinater som skal opptegnes for sammenlikning med RS5-inngangsdataene (de akustiske data fra det akustiske system 46), idet denne sammenlikning fin-ner sted i RAP-systemprosessoren 40. Det skal bemerkes at i sanntids-driftsmodusen danner dataene XTO og YTO de første to utgangssignaler som tilveiebringes av RAP-systemprosessoren 40 via DAC-enhetene 56 til DPS-prosessoren 50.

Slik som også nærmere beskrevet nedenfor, sammenlikner RAP-systemprosessoren 40 deretter eksisterende verdier av RS5-data (akustiske data) med tidligere data for å bestemme om RS5-dataene er pålitelige. Prosessoren 40 kontrollerer også med hensyn på RS5-alarmer.

Som en fortsettende beregning blir XT og YT deretter sammenliknet med RS5-dataene, og infleksjonspunktets koordinater blir enten øket eller minsket for å bringe ver-diene til å sammenliknes mer nøyaktig.

Ved dette tidspunkt kontrollerer prosessoren 40 også dataene XTO og YTO for å bestemme om de ser ut som gyldige data. Videre utføres sammenlikning med RS5-dataene bare dersom RS5-dataene er blitt betraktet som gyldige. Slik det skal beskrives nærmere nedenfor, fullfører prosessoren 40 sin arbeidssyklus ved å utføre forskjellige gyldig-hetskontroller, f eilkontroller, etc, og innstilling av passende flagg, etter behov. To sådanne flagg er CPRFLG,

et RAP-systemflagg (plotteparameter) som angir et infleksjonspunkt og/eller om de akustiske RS-5B-data er ugyldige, og BADFLG, et flagg som innstilles og sendes til DPS-prosessoren 50 og indikerer at XTO og YTO er feilaktige (dvs. de er forskjellige fra RS5-dataene med mer enn en

forinnstilt grense), ved hvilket tidspunkt RAP-systemprosessoren 40 automatisk returnerer etter et nytt datasett.

Disse sistnevnte to flagg-utgangssignaler fra RAP-prosessoren 40 utgjør de tredje og fjerde av fire utgangssignaler som tilveiebringes via DAC-enhetene 56 til DPS-prosesoren 50.

Etter at systemet er blitt kontrollert med hensyn til re-initialisering, er RAP-systemprosessoren 40 klar til å lese det neste datasett, til å initialiseres på nytt om nødvendig, og til å beregne den neste fartøyposisjon. I simulator-driftsmodusen vil denne prosedyre fortsette inntil ett eller annet avslutningstidspunkt, som kreves i plotte-eller opptegningsrutinen (i prosessorens 40 programvare), oppnås. Den vil deretter avslutte opptegningen og spørre operatøren om ytterligere opptegninger er nødvendig. I sanntids-driftsmodusen vil RAP-systemprosessoren 40 fortsott^

å utføre sitt program inntil svikt noteres av én av ADC-enhetene 52 og 54 eller DAC-enhetene 56, eller inriifiT operatøren anmoder om å gjøre en endring ved hjelp av tast-bordinnføring.

Fig. 4 viser et generelt flytskjema av håndterin-gen av data i overensstemmelse med stigerørvinkel-posisjoneringssystemet og fremgangemåten ifølge oppfinnelsen. • Generelt beregner RAP-systemprosessoren 40 (fig. 2) fartøy-posisjonsinformasjon (for tilførsel til DPS-systemprosessoren 50), kontrollerer gyldigheten av akustiske data (fra det akustiske system 46), og innstiller parametre (for fremtidig bruk) dersom de akustiske data fastslås å være gyldige data.

Idet det henvises mer spesielt til fig. 4, mates RAP-systemprosessoren 40 med inngangsdata (blokk 60), ibe-regnet den øvre stigerørvinkels data (T), den nedre stigerørvin-kels data (B), de akustiske RS-5B-data (AS-PR), og fartøyets gyrokompassinformasjon (fra gyrokompasset 48 på fig. 2).

Ut fra sistnevnte informasjon beregnes fartøyets kurs (heading = HDG). Ut fra sistnevnte inngangsdata beregner dessuten systemprosessoren 40 fartøyposisjoneringsdata RAPS-PR (blokk 61). Systemprosessoren 40 tilføyer dessuten en forspenningskonstant K (blokk 62), forut for tilveiebringelse av fartøysposisjoneringsinformasjonen (såvel som akustiske data) til DPS-prosessoren 50 (blokk 63).

Idet det fremdeles henvises til fig. 4, sammenlikner RAP-systemprosessoren 40 tilstedeværende verdier av akustiske AS-PR-data med tidligere data for å bestemme om de akustiske data er gyldige eller ikke (blokk 64). Dersom de ikke er gyldige, returnerer- systemprosessoren 40 for å avlese et ytterligere inngangssignal (blokk 65). Dersom imidlertid de akustiske data er gyldige, tar systemprosessoren 40 en ytterligere avgjørelse bestående i sammenlikning av de beregnede posisjoneringsdata RAPS-PR med de akustiske data AS-PR (blokk 66). I sistnevnte henseende skal det bemerkes at RAPS-PR-dataene på fig. 4 er representert ved en vektor som angir RAP-systemets fartøyposisjonsreferanse, mens -de-akustiske data AS-PR er representert ved en vektor som angir det akustiske systems f artøyposis jonsref eranse ._ Forskjellen mellom disse to vektorer er således representert ved uttrykket (AS-PR) - (RAPS-PR).

Idet det returneres til blokken 66, sammenlikner systemprosessoren 40 RAP-systemets fartøyposisjonsreferanse med det akustiske systems fartøyposisjonsreferanse. Dersom førstnevnte er mindre enn sistnevnte, forminskes eller redu-seres en parameter NN (blokk-67), -hvilket Indikerer at koordinatene endres for å indikere hevningen av infleksjonspunktet, men dersom førstnevnte er større enn sistnevnte (blokk 68), økes parameteren NN (blokk 69), svarende til en senkning av infleksjonspunktet.

Senere utfører systemprosessoren 40 en bestemmelse med hensyn til hvorvidt differansevektoren (mellom det akustiske systems fartøyposisjonsreferanse og RAP-systemets fartøyposisjonsreferanse) ligger innenfor visse terskel-grenser eller ikke (blokk 70). Dersom den ikke ligger innenfor grensene, blir forspenningskonstanten K (som er en funksjon av både det akustiske systems fartøyposisjonsreferanse og RAP-systemets fartøyposisjonsreferanse) innstilt eller justert (blokk 71). Under enhver omstendighet returnerer systemprosessoren 40 deretter for å avlese det neste inngangssignal (blokk 72).

Fig. 5A - 5F viser flytskjemaer av de operasjoner som utføres av RAP-systemprosessoren 40 på fig. 2, idet prosessoren 40 er programstyrt av et RAP-program.

Idet det henvises til fig. 5A, vil RAP-programmet, når det først er innmatet i RAP-systemprosessoren 40, påbegynne operasjoner (blokk 100) ved først å initialisere RAP-systemets variable (blokk (101), og vil deretter anmode om manuell innmatning fra operatøren (blokk 102). For eksempel vil RAP-programmet spørre operatøren angående hvor innmatningen vil komme fra (magnetbånd i simulatormodusen eller ADC-enhetene 52 og 54 på fig. 2 i sanntidsmodusen). Etter å ha tilveiebrakt denne informasjon innmater operatøren drifts-vanndybden (WD) og "stativ-retningene (mounting bearings) til de øvre og nedre elektriske stigerørvinkel-indikatorer. Operatøren identifiserer dessuten de parametre som han ønsker skal opptegnes, og gir deretter systemet ordre om å fortsette.

Fra dette punkt av er driften av RAP-systemprogrammet automatisk. En skriver/plotter (på konvensjonell måte tilknyttet til RAP-systemprosessoren 40) initialiseres (blokk 104 på fig. 5A), og systemprosessoren 40 begynner å lese inngangsdata fra den nærmere angitte kilde (magnetbånd eller ADC-enhetene 52 og 54). Data leses fortrinnsvis av systemprosessoren 4 0 i følgende rekkefølge:

(1) gyroens sinus- og cosinus-koordinater,

(2) den øvre stigerørvinkels Nord- og Øst-koordinater (RAI), (3) den nedre stigerørvinkels Nord- og Øst-koorodinater (ERA),

(4) RS5 forover- og styrbord-koordinatene, og

(5) RS5-alarmene.

Etter avlesning av gyrokompasset beregner RAP-systemprosessoren 4 0 fartøyets kurs (blokk 105). Deretter blir den øvre stigerørvinkel avlest og omformet til sanne Nord- og Øst-jordkoordinater ved hjelp av stativ-retningene som tidligere er tilveiebrakt av operatøren ved oppstarting (blokk 106). I sistnevnte henseende gjelder likningen øverst på fig. 3 (slik som foran omtalt) for denne omforming.

Ved dette tidspunkt tar systemet en avgjørelse

med hensyn til om den øvre stigerørvinkel har behov for initialisering eller ikke (blokk 107). Dette skal omtales nærmere nedenfor i forbindelse med blokk 120. Dersom initialisering er nødvendig, utføres dette ved innføring av en initialiseringsfaktor (blokk 108). I alle tilfeller beregner systemet deretter retningen til brønnhodet (eller hullet) fra fartøyet, idet dataene for den øvre stigerørvinkel utnyttes (blokk 109). Igjen gjelder likningene på fig. 3.

Idet det henvises til fig. 5B, avleser systemprosessoren 40 deretter RS-5B-dataene (de akustiske data) og omformer disse til jordkoordinater (blokk 110), under utnyttelse av den beregnede fartøykurs som ble bestemt tidligere (blokk 105), for å få koordinatene i sanne Nord- og Øst-koordinater. Systemet beregner deretter retningen til hullet fra fartøyet under utnyttelse av RS-5B-dataene (blokk 111). Ved dette tidspunkt avleser systemet både RS-5B-alarmene og dataene for den nedre stigerørvinkel (blokk 112).

RAP-systemprosessoren 40 går deretter videre for å ta avgjørelser basert på RS-5B-alarmene og den spesielle driftsmodus (sann tid eller simulator) som er valgt av ope-ratøren (blokk 113). For eksempel betraktes RS-5B-dataene som dårlige eller ugyldige dersom en viss lagringsplass eller et visst register (betegnet R26) i systemprosessoren 40 er innstilt på en spesiell verdi, f.eks. 100 (blokk 114). Et systemflagg CPRFLG innstilles, idet dette flagg utgjør en plotteparameter som angir et infleksjonspunkt og/eller hvorvidt RS-5B-dataene er ugyldige eller ikke (blokk 115) . Systemprosessoren 4 0 omformer deretter vinkeldataene til prosent-av-vanndybde i skipskoordinater for plotting eller opptegning (blokk 116). Alle data som er oppnådd så langt, anordnes for utmatning til plotteren (på konvensjonell måte knyttet til RAP-systemprosessoren 40), såvel som for utmatning til DPS-prosessoren 50 via DAC-enhetene 56 (blokker 117 og 118).

Idet det henvises til fig. 5C, utsetter RAP-systemprosessoren 40 deretter de beregnede retninger eller peilinger fra fartøyet til brønnhodet (slik som beregnet ut fra RS-5B-dataene henholdsvis dataene for den øvre stige-rørvinkel) for en løpende middelverdi-filterprosedyre

(blokk 119). Dette betyr at RS5- og stigerørvinkelkoordinat-dataene filtreres gjennom et løpende middelverdifilter (realisert ved RAP-systemprosessorens 40 programvare), idet de således oppnådde, filtrerte verdier til slutt videre-føres til en ytterligere del av programvaren (som skal omtales nedenfor) som utfører posisjonsberegning og innstilling av systemforskyvningene.

Systemprosessoren 40 tar deretter en avgjørelse angående hvorvidt dataene for den nedre stigerørvinkel har behov for initialisering (blokk 120), slik det ble gjort med hensyn til dataene for den øvre stigerørvinkel (den foran omtalte blokk 107). Nærmere bestemt skjer reinitialiseringen av dataene for de øvre og nedre stigerørvinkler på følgende måte: RAP-systemprosessoren 40 kontrollerer periodisk med hensyn til uoverensstemmelser i stigerørvinkel-føler-dataene. Den gjør dette ved overvåkning av RS5-dataene, infleksjonspunktet og korreksjonsfaktorene XO og YO. Dersom RS5-koordinatene ligger innenfor et område som svarer til

+ eller -0,5 % vanndybde, og dersom XO eller YO (korrek-sjonsfaktoren) ligger innenfor et område som svarer til + eller -1 % vanndybde, eller dersom infleksjonspunktet er

større enn 80 % eller mindre enn 30 % av vanndybden, betraktes de midlere verdier av stigerørvinkelkoordinatene som den initialiserte verdi på null grader vinkel og retning. Dette blir i begynnelsen innstilt ved oppstarting, men erfaringen har vist at stigerørvinkelfølerne (typisk realisert ved anordninger som er kjent i teknikken som pendelpotensiometre) ikke har tilstrekkelig snever toleranse for den nødvendige repetisjon. De må derfor reinitialiseres periodisk. Denne reinitialisering er også nødvendig som følge av endringer i omgivelsesfaktorer (vind, bølger, strøm), som følge av endringer i slamvekt, som følge av endringer i stigerørspenning, og som følge av fartøyforskyvning.

Den sistnevnte reinitialiseringsprosedyre blir med hensyn til dataene for den nedre stigerørvinkel realisert ved innføring av en initialiseringsfaktor (blokk 121). Deretter beregner systemprosessoren 40 retningen eller peilingen til hullet fra fartøyet, idet denne beregning utføres ut fra dataene for den nedre stigerørvinkel (blokk 122). RS-5B-dataene blir deretter omformet fra prosent vanndybde til forskyvning i fot (blokk 123). Alle vinkeldata fra RAP-systemberegningene blir deretter gradert (blokk 124). Deretter blir dataene for den nedre stigerørvinkel filtrert for å kompensere for vanndybdeforsinkelse (blokk 125), og dataene for den nedre stigerørvinkel og retningsdataene utsettes deretter for en løpende middelverdifilterprosedyre, for a bestemme infleksjonsdataene (blokk 126). I sistnevnte henseende gjelder den likning som er beliggende midt på fig.

3 (omtalt foran), for utførelse av denne beregning.

Senere bestemmes vinkelhastigheten ved toppen av stigerøret og vinkelhastigheten ved infleksjonspunktet (blokker 127 og 128). De sistnevnte bestemmelser vil bli beskrevet nærmere i forbindelse med en sampelberegning (beskrevet nedenfor under henvisning til fig. 6).

Idet det henvises til fig. 5D, tar systemprosessoren 40 en avgjørelse angående hvorvidt et "lossy"-integral-filterflagg LL er innstilt på én eller ikke (blokk 129). Innstillingen av dette flagg er kun ment å koordinere fort-løpende utførelse, ved hjelp av systemprosessoren 40, av de to deler av programvaren som er representert ved blokker 130 - 135 hhv. 136 - 143 på fig. 5D.

Idet det således antas at LL er innstilt på null, utføres følgende operasjoner: Den midlere tid fra fartøyet til infleksjonspunktet beregnes (blokk 130), endring i vinkelen og retningen mellom fartøyet og infleksjonspunktet bestemmes (blokk 131) , vinkelakselerasjonen ved toppen av stigerøret bestemmes (blokk 132), den virkelige tid fra fartøyet til infleksjonspunktet bestemmes (blokk 133), forskyvningen (i fot) fra fartøyet til infleksjonspunktet bestemmes (blokk 134), og "lossy"-integralfilterflagget LL innstilles på én (blokk 135) . RAP-systemprogrammet forgre-ner seg deretter tilbake til avgjørelsesblokken 129 hvor innstillingen av LL på én forårsaker utførelse av følgende operasjoner: Den midlere tid fra infleksjonspunktet til brønnhodet beregnes (blokk 136), endringen i vinkel og retning mellom infleksjonspunktet og brønnhodet bestemmes (blokk 137), vinkelakselerasjonen i infleksjonspunktet bestemmes (blokk 138), den virkelige tid fra infleksjonspunktet til brønnhodet beregnes (blokk 13 9), forskyvningen

(i fot) fra infleksjonspunktet til brønnhodét bestemmes (blokk 140), flagget LL innstilles på null (blokk 141), den totale forskyvning fra fartøyet til brønnhodet bestemmes og omformes til prosent vanndybde (blokk 142) , og de data som således oppnås forspennes, filtreres og omformes til Nord-Øst-koordinater (blokk 143).

Når det gjelder de ovennevnte beregnings/bestem-melses-operasjoner, er en detaljert teoretisk diskusjon av disse operasjoner angitt nedenfor under henvisning til fig. 6.

Idet det nå henvises til fig. 5E, er forskyvnings-utgangssignalene (beregnet ovenfor) nå klare for utmatning (blokk 144). I sanntidsmodusen blir nærmere bestemt for-skyvnings-utgangssignalene XTO og YTO tilveiebrakt via DAC-enhetene 56 (fig. 2) til DPS-prosessoren 50 etter at de er blitt omformet til tekniske enheter av grader Nord og grader Øst. DPS-prosessoren 50 vil i denne modus anta at disse data er den nedre stigerørvinkel, og vil utføre en rettlinjet approksimasjon med hensyn på små vinkler for å bestemme fartøyforskyvningen. I simulatormodusen omformes imidlertid utgangssignalene XTO og YTO til skipskoordinater for å plot-tes eller opptegnes for referanse til de akustiske RS-B5-inngangsdata (mottatt av RAP-systemprosessoren 40 via ADC-enhetene 54 på fig. 2).

Idet det vendes tilbake til fig. 5E, bestemmer RAP-systemprosessoren 40 feilradien mellom RS-5B-dataene og de data som er beregnet av RAP-systemprosessoren 40 (blokk 145). Denne feilradius vil bli benyttet ved utvikling av forspenningskonstantene XO og YO (omtalt nedenfor i forbindelse med blokken 157 på fig. 5F). Systemprosessoren 40 filtrerer også feilradien i skipets koordinater (blokk 146).

RS-5B-dataene blir deretter middelverdibehandlet

og kontrollert med tidligere data for å bestemme om de nær-

værende RS-5B-data er rimelige, dvs. gyldige (blokker 147 og 148). Dersom RS-5B-dataene er dårlige eller ugyldige, utføres en forgrening til en "retur"-rutine (blokk 158 på fig. 5F), dvs. dersom RS-5B-dataene -ikke er pålitelige, innstiller systemprosessoren 40 et flagg som indikerer at infleksjonspunktet og forspenningskonstantene XO, YO ikke vil bli endret før gode eller gyldige RS-5B-data mottas (fra det akustiske system 46), og systemprosessoren 40 returnerer for å avlese det neste sett av inngangsdata.

Dersom på den annen side RS-5B-dataene ikke er dårlige, og dersom det ikke finnes noen RS-5B-alarmer, blir de midlere RS-5B-data sammenliknet med de ikke-forspente RAPS-data (blokk 149). Differansen mellom RS-5B-dataene

og RAPS-dataene sammenliknes deretter med null (blokk 150). Dersom differansene er mindre enn null, senkes infleksjonspunktet (blokk 151), og dersom den er større enn null, heves infleksjonspunktet (blokk 152). Denne innstilling resulterer i innstilling eller justering av infleksjonspunktet for å sikre nøyaktigere sammenlikninger under den neste driftssyklus. De verdier som således oppnås for infleksjonspunktet og forspenningskonstantene XO, YO, vil bli benyttet av RAP-systemprosessoren 4 0 ved beregning av fartøyposisjonen under utnyttelse av det neste sett av data.

Idet det henvises til fig. 5F, kontrollerer systemprosessoren 40 deretter de forspente/ RAP-system-beregnede data (XTO, YTO) med RS-5B-dataene (blokk 153). Dersom XTO, YTO er forskjellig fra RS-5B-dataene med mer enn en forinnstilt grense, innstilles et flagg BADFLG og sendes til DPS-prosessoren 50 (blokk 153). I dette tilfelle (innstilling av flagget) utføres en "retur"-gren, og nye data med nye forspenningskonstanter og et nytt infleksjonspunkt leses (blokk 158). Dersom på den annen side BADFLG ikke innstilles (blokk 154), utfører systemprosessoren 40 en kontroll av et "initialiserings"-flagg (blokk 155). Dersom flagget er innstilt, kontrolleres de akustiske data RS-5B, dvs. RS-5B-koordinatene kontrolleres for å se om de er mindre enn 0,5 % av vanndybden (blokk 155). Dersom sistnevnte er tilfellet, utføres en "retur"-gren til blokken 158. Dersom det ikke er tilfellet, er systemprosessoren 40 klar til å oppdatere forspenningskonstantene XO, YO, og feilradien mellom de data som er beregnet av RAP-systemprosessoren 40 og de akustiske data RS-5B (slik de ble bestemt tidligere i blokken 145 på fig. 5E), benyttes til å beregne nye forspenningskonstanter (blokk 157). Deretter returnerer systemprosessoren 40 og avleser de neste data med de nye forspenningskonstanter og det nye infleksjonspunkt (blokk

158). Til slutt returnerer systemprosessoren 40 til blokken 105 (fig. 5A) for å avlese gyrokompasset og beregne fartøyets kurs, idet den fortsetter prosessen slik som foran beskrevet.

Fig. 6 er et diagram som benyttes til å illustrere den måte på hvilken stigerørvinkel-posisjoneringssystemet og den foreliggende fremgangsmåte sørger for beregning av far-tøyposisjonsreferansedata og andre nødvendige parametre som er nevnt foran under beskrivelsen av fig. 5A - 5F. Den beregningsteknikk som benyttes av systemet og fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen, vil bli spesielt beskrevet i forbindelse med en sampel-beregning.

Idet det henvises til fig. 2, 5A - 5F og 6, blir fartøyets gyrokompassinformasjon, så snart RAP-systemprosessoren 40 begynner utførelse av sitt program, avlest via ADC-enhetene 52. Sampeldata ville være som følger:

GYRO SIN = 0,000 GYRO COS = 1,000

Ut fra denne informasjon beregnes fartøyets kurs (blokk 105).

Deretter (idet det henvises til blokkene 106,

110 og 112) avleses dataene for den øvre stigerørvinkel, dataene for den nedre stigerørvinkel og de akustiske referansedata, og benyttes til å utføre forskjellige beregninger (for eksempel slik som beskrevet foran i forbindelse med blokkene 109, 111 og 122). Dataene for den øvre stigerør-vinkel, dataene for den nedre stigerørvinkel og de akustiske referansedata utledes således på følgende måte:

Dessuten oppnås infleksjonsvinkeldata som følger:

Deretter (idet det henvises til blokkene 117 og 118) tilveiebringer systemprosessoren 40, som et utgangssignal, forskjellig forskyvningsinformasjon og prosent-av-vanndybde-forskyvningsinformasjon på følgende måte:

FORSKYVNING FRA FARTØY TIL INFLEKSJONSPUNKT:

FORSKYVNING FRA INFLEKSJONSPUNKT TIL BRØNNHODE:

NORD = 9,673 FOT

ØST = -222,293 FOT

TOTAL FORSKYVNING I PROSENT AV VANNDYBDE (WD):

NORD = 0,704

ØST = 7,641

En sampelberegning skal nå beskrives ytterligere under henvisning til følgende gitte informasjon: 1. Hastigheten av en partikkel som flyter i et stigerør = G = 3 3,346 FOT/SEK. 2. Origo til det tredimensjonale koordinatsystem er strekkringen på den ytre sylinder av glide-leddet (slip joint). 3. ØVRE STIGERØRVINKEL, W = 3,19758

INFLEKSJONSPUNKT-STIGERØRVINKEL,

0 = 4,50863

NEDRE STIGERØRVINKEL, H = 5,81968

RETNING FOR ØVRE STIGERØRVINKEL,

B = 243,44494

RETNING FOR INFLEKSJONSPUNKT RA,

T = 262,02731

RETNING FOR NEDRE STIGERØRVIN-

KEL, C = 280,61966 4. Den deriverte av posisjonsvektoren (DR(T)/DT) er lik hastigheten av partikkelen ved tidspunktet T og tangerer stigerøret i dette punkt. 5. Den deriverte av (DR(T)/DT) er lik akselerasjonen av partikkelen ved tidspunktet T og står normalt på (DR(T)/DT) i dette punkt.

Idet det henvises til diagrammet på fig. 6, hvor R(T) = (x(t), y(t), z(t)) er posisjonsvektoren for et bevegelig punkt i rommet, genererer R(T) (eller dennes endepunkt) en romkurve "S". Vektoren R<1>(TT), tatt med sitt begynnel-sespunkt P av R(TT), ligger på tangentlinen til "S" ved P. Dersom T tolkes som den tid under hvilken det bevegelige punkt befinner seg ved P, er R'(TT) hastighetsvektoren og R"(TT) er akselerasjonsvektoren for det bevegelige punkt ved tiden TT. Også i dette tilfelle er |R'(TT)| hastigheten av det bevegelige punkt ved tiden TT.

Disse prinsipper benyttes i RAP-systemet og ved den foreliggende fremgangsmåte ved først å sette likhetstegn mellom kurven "S" og det stigerør som benyttes. Hastigheten av det bevegelige eller vandrende punkt, G (fot/sek), er en funksjon av stigerørstørrelse og én eller annen slam-strømhastighet (ikke null), og er en konstant for det spesielle stigerør |R'(T)\. Med hastighetsvektoren oppløst i sine X-, Y- og Z-komponenter kan akselerasjonen mellom forskjellige punkter P på stigerøret oppnås ved å observere endringen i hastighetskomponentene mellom punktene, og den tid som kreves for at endringen skal opptre, kan beregnes ved benyttelse av den kjente avstand (vanndybde) langs Z-aksen.

Når akselerasjonen og hastighetskomponentene for forskjellige punkter P er kjent, kan den avstand som tilbake-legges av punktet P i X- og Y-retningene bestemmes.

Den foran beskrevne sampel-beregning blir videre utført i overensstemmelse med følgende trinn, svarende til forskjellige blokker på fig. 5A - 5F (tidligere omtalt): (1) Finn projeksjonen av (DR(T)/DT), en første ordens derivert, på V-aksen og R-aksen mellom toppen av stigerøret og infleksjonspunktet:

(A) Ved toppen (blokk 127):

TV = 33,29409 = G*COS(W)-FT/SEC

VTR= 1,86002 = G*SIN(W)-FT/SEC

(B) Ved infleksjonspunktet (blokk 128):

IV = 33,243 = G*COS(0)-FT/SEC

VIR= 2,62130 = G*SIN(0)-FT/SEC

(2) Finn den midlere tid for at partikkelen skal bevege seg fra toppen til infleksjonspunktet på V-aksen (blokk 130):

TAV = 75,14627 = 2*L*NN/TV+IV)-SECS

(3) Finn partikkelens akselerasjon i infleksjonspunktet på V-aksen:

DVDTl = 0,00034 = (IV-TV)/TAV-FT/SEC** 2

(4) Integrasjon av akselerasjonen DVDT1 langs V-aksen resulterer i følgende:

V = DVDTL*T**2-(l/2)+TV*"TKl

Idet man kjenner V = (vanndybde)*NN% (infleksjonspunkt), K1=0, , og DVDT1, løses med hensyn på den tid TT som er nødvendig for å gå fra origo til infleksjonspunktet (blokk 133): TT = 75, 03445= (-TV+/- SQRT (TV**2-2*DVDT1*L*NN0) /

DVDT1-SECS

(5) Finn projeksjonene av VTR og VIR på Nord- og Øst-jordkoordinatene:

IVN'= -0,36358 =VIR*COS (T) -FT/SEC

IVE = -2,59597 =VIR*SIN(T)-FT/SEC

TVN = -0,83182 =VTR*COS(R)-FT/SEC

TVE = -1,66365 =VTR*SIN(B)-FT/SEC

(6) Finn partikkelens akselerasjon i inf leks jonspunktet for Nord- og Øst-komponentene (blokk 138): DVDT3 = 0,00312 = (IVN-TVN)/TAV-FT/SEC**2 DVDT4 = 0,00620 = (IVE-TVE)/TAV-FT /SEC**2 (7) Idet den tid som er nødvendig for å gå fra stige-rørets topp til infleksjonspunktet, er kjent fra

(4), Nord- og Øst-akselerasjonene er kjent fra

(6), og de opprinnelige hastigheter TVN og TVE

er kjent fra (5), løses den kvadratiske likning i (4) og Nord- og Øst-koordinatene fra origo til infleksjonspunktet finnes (blokk 134):

XT = -44,87424 =(DVDT3*TT**2)/2+TVN*TT-FEET YT = -159,75693 =(DVDT4*TT**2)/2+TVE*TT-FEET (8) Finn projeksjonen av (DR(T)/DT) på V-aksen og R-aksen mellom infleksjonspunktet og brønnhodet:

(A) I infleksjonspunktet:

IV = 33,24281 = G*COS(0)-FT/SEC

VIR = 2,62130 = G*SIN(0)-FT/SEC

(B) Ved bunnen:

BV = 33,17413 = G*COS(H)-FT/SEC

VBR = 3,38122 = G*SIN(H)-FT/SEC

(9) Finn den midlere tid for at partikkelen skal bevege seg fra infleksjonspunktet til bunnen på V-aksen (blokk 136):

BAV = 75,28199 = 2*L*(1-NN)/(IV+BV)-SECS

(10) Finn partikkelens akselerasjon ved bunnen for V-aksekomponenten (blokk 138):

DVDT2 = -0,00046 = (BV-IV)/BAV-FT/SEC**2

(11) På samme måte som under (4), finn den tid TB som er nødvendig for å gå fra infleksjonspunktet til brønn-hodet (blokk 139): TB = 75,12728= (-IV +/- SQRT (IV"**2-2*DVDT2*L*

(1-NN))/DVDT2-SEC

(12) Finn projeksjonene av VIR og VBR på Nord- og Øst-jordkoordinatene:

BVN = 0,72312 = BVR*COS(C)-FT/SEC

BVE = -3,32330 = BVK*SIN(C)-FT/SEC

IVN = -0,36358 = VIR*COS(T)-FT/SEC

IVE = -2,59597 = VIR*SIN(T)-FT/SEC

(13) Finn partikkelens akselerasjon ved brønnhodet for Nord- og øst-komponentene: DVDT5 = 0,00655 = (BVN-IVN)/BAV-FT/SEC**2 DVDT6 =-0,00483 = (BVE-IVE)/BAV-FT/SEC**2 (14) Idet den tid som er nødvendig for å gå fra infleksjonspunktet til brønnhodet, er kjent fra (11), Nord- og Øst-akselerasjonene er kjent fra (13), og de opprinnelige hastigheter IVN og IVE er kjent fra (12), løses den kvadratiske likning i (4) og Nord- og Øst-koordinatene fra infleksjonspunktet til brønnhodet finnes (blokk 140): XB = . 0,77333 = ((DVDT5*TB**2)/2)+IVE*TB-FEET YB = -222,29323 = ((DVDTG*TB**2)/2)+IVE*TB-FEET (15) Finn koordinatene for R(T)-vektoren fra origo til brønnhodet (i fot) ved å summere X- og Y-komponentene. For å tilveiebringe fartøyets forskyvning fra brønnhodet, må fortegnene endres og enhetene omformes til prosent-av-vanndybde (blokk 142):

NORD = 0,70402 = XT+XB-% VANNDYBDE

ØST = 7,64100 = VT+YB-% VANNDYBDE

(16) Disse verdier sammenliknes deretter med RS5-verdiene og omformes til Nord- og Øst-koordinater, og verdier for Kl tildeles for benyttelse i den neste beregning av R(T) i trinnene (7) og (14)

(blokk 143).

Det skal bemerkes at når RAP-systemprosessoren 40 i den foretrukne utførelse arbeider i simulatormodusen, blir den foran beskrevne prosedyre og alle beregninger og logikk som utføres i forbindelse med denne, utført i et gitt tidsintervall (f.eks. én gang pr. sekund). I sanntidsmodusen utfører imidlertid systemprosessoren 40 disse operasjoner mye oftere (f.eks. fem ganger pr. sekund).

Endelig er "reinitialiserings"-trekket ifølge RAP-systemet og fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen verdt

en ytterligere diskusjon. Slik som tidligere bemerket, er

stigerørvinkelfølerne (de øvre og nedre inklinometre 42 og 44) fortrinnsvis pendelpotensiometre som detekterer stige-rørets forandring fra vertikalen. Da disse følere er felt-montert, må det tas et visst hensyn til følermonterings-vipping, da fartøyet er i kontinuerlig bevegelse, dvs. det er meget vanskelig å sikre nøyaktig vertikal montering.

Så snart stigerøret er forbundet med brønnhodet og det riktige strekk er blitt trukket på stigerøret, initialiserer RAP-systemprosessoren 4 0 ved det tidspunkt da RS-5B-dataene indikerer at fartøyet er innenfor halvparten av 1 % av vanndybden for hullet (brønnhodet). Når RAP-systemprosessoren 40 initialiserer, fryser den verdier av de øvre og nedre stigerørvinkelkoordinater og subtraherer disse verdier fra alle senere avlesninger. Dersom strekket og/eller slam-vekten endrer seg, vil disse initialiseringskonstanter etter all sannsynlighet være feilaktige. RAP-systemprosessoren må derfor reinitialisere ved den første anledning. Dette vil inntreffe når RS-5B-dataene indikerer at fartøyet er innenfor halvparten av 1 % av vanndybden for hullet (brønnhodet). Som følge av den åpnings- eller begynnelses-prosedyre som typisk benyttes i DPS-parosessoren 50, med hensyn til det akustiske system og systemet for den nedre stigerørvinkel, har man funnet at RAP-systeminitialiseringen også bør utføres under fartøysvingning. Initialiserings-flagget innstilles derfor dersom fartøyets kurs endres med et bestemt beløp i løpet av en innstilt tidsperiode. Når flagget innstilles, vil RAP-systemprosessoren 40 initialisere når RS-5B-dataene indikerer at fartøyet befinner seg innenfor halvparten av 1% av hullets vanndybde. Som et resultat av dette spesielle trekk ved oppfinnelsen har fartøyposisjonering og sporing ved hyelp av RAP-systemet og fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen vært meget pålitelig, på tross av vannturbulens, værforhold, etc.

Etter å ha lest og forstått den foregående beskrivelse av oppfinnelsen i forbindelse med tegningene, vil det innses at det oppnålS flere fordeler med det foreliggende stigerørvinkel-posisjoneringssystem og den foreliggende fremgangsmåte.

Uten å forsøke å angi alle disse ønskelige trekk ved stigerørvinkel-posisjoneringssystemet og fremgangsmåten, omfatter i det minste noen av de viktigste fordeler med oppfinnelsen tilveiebringelsen av et stigerørvinkel-posis joneringssystem og en fremgangsmåte for geometrisk bestemmelse av et fartøys posisjon ved oppnåelse av de øvre og nedre stigerørhellinger, sammen med en interpolert helling på et mellomliggende sted, ved sammenlikning av den beregnede posisjon med posisjonen til en kjent posisjonsreferanse (som kan oppnås ved hjelp av et akustisk system).

Stigerørvinkel-posisjoneringssystemet og fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen tilveiebringer usedvanlig nøyaktighet ved fartøyposisjonering, såvel som et hjelpesystem i tilfelle av akustisk blackout, idet dette tilveiebringes ved benyttelse av et stigerør som strekker seg fra havbunnen til et flytende fartøy, idet stigerørvinkelfølere benyttes i forbindelse med både stigerørvinkelposisjone-ringssystemet og et akustisk system, for å generere data for benyttelse ved posisjonering av fartøyet.

Videre oppnås ytterligere nøyaktighet med den foreliggende oppfinnelse som et resultat av at det benyttes et posisjoneringssystem og en posisjoneringsmetode som utnytter stigerørvinkelfølerne til å skape en dynamisk modell av stigerøret for å bestemme fartøyets posisjon, idet stige-rørvinkelen ved midten av stigerøret bestemmes ved inter-polasjon av data (i overensstemmelse med den dynamiske modell) som genereres ved hjelp av det akustiske system, pluss data som genereres ved hjelp av inklinometrene ved toppen og bunnen av stigerøret.

Systemets effektivitet og nøyaktighet blir videre vesentlig forbedret i forhold til den kjente teknikk ved tilveiebringelse av et system og en fremgangsmåte som passer til en tredimensjonal, andre ordens algoritme mellom toppen av stigerøret og et mellomliggende punkt på stigerøret, og som deretter passer til kurven mellom det mellomliggende punkt og bunnen av stigerøret, idet fartøyets posisjoneringsinformasjon beregnes ved hjelp av en tredimensjonal, andre ordens algoritme ved utførelse av en sammenlikning mellom beregnede avstander og avstander som avledes fra det akustiske system, idet denne teknikk benyttes bare dersom de akustiske data betraktes som gyldige av systemet.

I overensstemmelse med et ytterligere særtrekk ved systemet og fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen avvises dårlige eller ugyldige akustiske data, dersom sådanne detekteres av systemet, og operatøren underrettes, idet det mellomliggende punkt og algoritmekonstantene "fryses" inntil systemet indikerer at de akustiske data kan benyttes som gyldige data.

I den foregående beskrivelse av oppfinnelsen er det blitt referert til en foretrukket utførelse og illustre-rende fordeler med oppfinnelsen. De som er fagfolk på området og fortrolige med den umiddelbare redegjørelse for oppfinnelsen, vil imidlertid kunne innse tilføyelser, ute-latelser, modifikasjoner, erstatninger og/eller andre endringer som vil falle innenfor oppfinnelsens ramme.

Claims (21)

1. Fremgangsmåte for stigerørvinkelposisjonering i et system for posisjonering av et flytende fartøy som har et stigerør som strekker seg mellom fartøyet og en havbunn, ved hvilken det mottas akustiske signaler som genereres fra havbunnen, oq de akustiske sianaler omformes til akustiske data, karakterisert ved at det genereres målesignaler svarende til måling av respektive vinkler av stigerøret ved henholdsvis toppen og bunnen av dette, at det i begynnelsen approksimeres et infleksjonspunkt som er beliggende midtveis mellom toppen og bunnen av stigerøret, at X- og Y-koordinatene til avstanden fra stigerørets topp til infleksjonspunktet og X- og Y-koordinatene til avstanden fra infleksjonspunktet til stigerørets bunn bestemmes basert på de akustiske data og i overensstemmelse med et toakset X-Y-koordinatsystem, at de respektive X- og Y-koordinater adderes for å oppnå respektive summer som indikerer den totale adskiHelse mellom toppen og bunnen av stigerøret, og at de respektive summer tilføres til posisjoneringssystemet.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at koordinatbestemmelsestrinnet omfatter løs-ning av en andre ordens differensiallikning.

3. Fremgangsmåte ifølge krav 1 eller 2, karakterisert ved at den omfatter det ytterligere trinn å addere respektive forspenningskonstanter til de respektive summer for å oppnå korrigerte summer som mer nøyaktig angir den totale adskillelse mellom toppen og bunnen av stigerøret.

4. Fremgangsmåte ifølge krav 3, karakterisert ved at den omfatter det ytterligere trinn å fil-trere de korrigerte summer for å angi enda mer nøyaktig den totale adskillelse mellom toppen og bunnen av stigerøret.

5. Fremgangsmåte ifølge krav 1, hvor posisjoneringssystemet omfatter et dynamisk posisjoneringssystem, karakterisert ved at den omfatter de ytterligere trinn å etablere en sanntids-driftsmodus og å til veiebringe de respektive summer til det dynamiske posisjoneringssystem.

6. Fremgangsmåte ifølge krav 1, hvor posisjoneringssystemet omfatter et akustisk system som genererer de akustiske signaler, karakterisert ved at den omfatter de ytterligere trinn å etablere en simulator-driftsmodus, og å sammenlikne de nevnte respektive summer med de akustiske signaler i simulatordriftsmodusen.

7. Fremgangsmåte ifølge krav 6, karakterisert ved at de respektive summer i simulatordriftsmodusen omformes til jordkoordinater forut for sammenlikningen av de respektive summer med de akustiske signaler.

8. Fremgangsmåte ifølge krav 1, hvor posisjoneringssystemet omfatter et akustisk system som genererer fort-løpende akustiske data som inneholder nåværende og tidligere akustiske data, karakterisert ved at de nåværende akustiske data sammenliknes med de tidligere akustiske data for å bestemme påliteligheten av de nåværende akustiske data.

9. Fremgangsmåte ifølge krav 8, karakterisert ved at de respektive summer sammenliknes med de nåværende akustiske data som er fastslått å være pålitelige.

10. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at den omfatter det ytterligere trinn å analysere de respektive summer for å bestemme gyldigheten av disse.

11. Stigerørvinkel-posisjoneringssystem for posisjonering av et flytende fartøy (10) som har et stigerør (12) som strekker seg ned til en havbunn, en akustisk anordning (4 6a) på havbunnen for generering av akustiske signaler, en omformende anordning (54) for omforming av de akustiske signaler til akustiske data, og en kompassanordning (48) for tilveiebringelse av koordinatdata, karakterisert ved at det omfatter føleranordninger (42, 44) av hvilke én (42) er plassert ved toppen av stigerøret (12) og én (44) er plassert ved bunnen av stigerøret, for generering av respektive følersignaler som angir de respektive stigerør-vinkler ved henholdsvis toppen og bunnen av stigerøret, og en prosessoranordning (40) som reagerer på de akustiske data fra den omformende anordning (54), på de respektive følersignaler fra føleranordningene (42, 44) og på koordinatdataene fra kompassanordningen (48), for utledning av posi-sjonseringsdata for posisjonering av det flytende fartøy (10).

12. System ifølge krav 11, karakterisert ved at kompassanordningen omfatter et gyrokompass for det flytende fartøy.

13. System ifølge krav 11, hvor de nevnte koordinatdata er analoge av form, karakterisert ved at systemet videre omfatter en omformingsanordning for omforming av koordinatdataene til digital form forut for tilførsel til prosessoranordningen.

14. System ifølge krav 11, hvor de akustiske data og de respektive følersignaler er analoge av form, karakterisert ved at systemet videre omfatter en omformingsanordning for omforming av de akustiske data og de respektive følersignaler til digital form forut for tilførsel til prosessoranordningen.

15. System ifølge krav 11, karakterisert ved at det er koplet til prosessoren i et dynamisk posisjoneringssystem, og at det videre omfatter en overføringsan-ordning for overføring av posisjoneringsdataene til det dynamiske posisjoneringssystems prosessor.

16. System ifølge krav 15, karakteris, ert ved at posisjoneringsdataene er digitale av form og at over-føringsanordningen omfatter minst én digital/analog-omformer for omforming av posisjoneringsdataene til analog form forut for overføring til det dynamiske posisjonerings-systems prosessor .

17. System ifølge krav 11, karakterisert ved at prosessoranordningen er innrettet til å interpolere de akustiske data og stigerørets respektive vinkler for å bestemme en interpolert vinkel i et mellomliggende punkt på stigerøret.

18. System ifølge krav 11, karakterisert ved at prosessoranordningen er innrettet-til å-benytte visse algoritmekonstanter for å utvikle data for et mellomliggende punkt på stigerøret, og til å analysere de akustiske data for å bestemme om de er gode eller dårlige, idet systemet videre omfatter en anordning som reagerer på en bestemmelse av dårlige akustiske data for å avvise de dårlige akustiske data og for å fryse" dataene for det mellomliggende punkt og de nevnte aloritme-konstanter inntil systemet angir at de akustiske data kan benyttes som gyldige data.

19. System ifølge krav 11, karakterisert ved at prosessoranordningen er innrettet til å utvikle data for et mellomliggende punkt på stigerøret, og til å analysere de akustiske data for å bestemme om de er gode eller dårlige, idet systemet videre omfatter en anordning som reagerer på en bestemmelse av dårlige akustiske data for å avvise de dårlige akustiske data og for å fryse dataene for det mellomliggende punkt inntil systemet indikerer at de akustiske data kan benyttes som gyldige data.

20. System ifølge krav 11, karakterisert ved at det omfatter en lagringsanordning for opptagelse av forskjellige parametre og konstanter, og at prosessoranordningen arbeider i en simulator-driftsmodus for å motta og utnytte de forskjellige parametre og konstanter til å tilveiebringe nøyaktig behandling for å avstemme systemet.

21. System ifølge krav 20, karakterisert ved at prosessoranordningen arbeider i en sanntids-driftsmodus for å motta analoge datainngan<g>ssignaler svarende til de akustiske data og de respektive stigerørvinkler ved henholdsvis toppen og bunnen av stigerøret, og behandler de analoge datainngangssignaler for å avlede analoge posisjonsreferansesignaler omfattende de nevnte posisjonserings-data for posisjonering av det flytende fartøy.