NO310213B1 - Fremgangsmåte og innretning til fjernstyring og overvåking av ubemannede, mobile undervannsfarkoster - Google Patents

Description

Oppfinnelsen angår en fremgangsmåte og en innretning til overvåking og fjernstyring av ubemannede, mobile undervannsfarkoster.

Oppfinnelsens tekniske område angår systemer for akustiske posisjonerings- og styrings systemer.

Forskjellige slike systemer er allerede kjent for å bestemme posisjonen av et undervannsobjekt som spesielt benytter akustiske signaler.

FR patent nr. 2 643 463 (Software Based System) beskriver en fremgangsmåte og en innretning til absolutt posisjonering av en undervannsfarkost som utsender akustiske signaler. Dette systemet benytter to skip som er posisjonert relativt til et fast referansepunkt, hvor det ene mottar signaler fra et fast referansepunkt, og fra det andre skip. I henhold til fremgangsmåten beskrevet i dette dokumentet blir på et av skipene informasjonene som er utledet av de mottatte signaler samlet, spesielt hva angår de absolutte posisjoner av de to skipene og deres relative posisjoner, hvorfra den absolutte posisjon av undervannsfarkosten og dens relative posisjon til et av skipene beregnes som en funksjon av de akustiske signaler utsendt av undervannsfarkosten og mottatt av de to skip.

Systemet beskrevet i dette dokumentet gjør at en operatør på ett av de to skipene kan kjenne posisjonen til undervannsfarkosten, men er ikke ment å tillate undervannsfarkosten at kjenner sin egen posisjon. Det generelle problem som foreligger, består i å skaffe et system hvorved en overvåkingsinnretning på avstand kan kjenne posisjonen til en undervannsfarkost og hvorved neddykkede undervannsfarkoster på samme måte nøyaktig i ethvert øyeblikk kan kjenne sine banedata innenfor et absolutt koordinatsystem eller relativt til operasjonsteatret.

Et system for å skaffe en navigasjonstj eneste for ubemannede undervannsfarkoster er også kjent fra publikasjonen "A new method for the underwater use of GPS", G.W. Youngberg, Navigation, nr. 159, juli 1992 og fra US-PS 5 119 341 (Youngberg). Systemet omfatter drivende bøyer som oversetter radiosignaler fra GPS til akustiske signaler som forplanter seg i vann, slik at den autonome undervannsfarkost mottar de akustiske signaler overført av de drivende bøyer, som kan bestemme sin posisjon ved å måle pseudoavstander som skiller den fra et bestemt antall bøyer, såvel som via kjennskapet til posisjonen til hver bøye som bestemmes av hver av dem og som overføres til undervannsfarkosten med akustiske signaler.

Selv om innretningen som er vist i det siste dokument tillater en undervannsfarkost å bestemme sin posisjon relativ til et absolutt koordinatsystem, tillater ikke de kjente posisjoneringssystemer overvåking og fjernstyring av en autonom undervannsfarkost.

Videre tillater metodene vist i det sistnevnte dokument ikke finavstemt og nøyaktig styring av farkosten, p.g.a. de store informasjonsmengder som skal overføres av forskjellige akustiske kanaler under vann. Innretningen vist er dessuten svært indiskré p.g.a. den store informasjonsmengde som overføres til undervannsfarkosten.

Det gitte problem står mer bestemt i å skaffe overvåking og fjernkoordinering av en eller flere ubemannede undervannsfarkoster hvis oppgave det er å møtes i et målområde eller ved ett eller flere målpunkter, f.eks. på et oppdrag for å måle fysiske eller kjemiske parametere for miljøet eller for å lodde sjødybden eller mer bestemt i oppdrag for observasjon og rekognosering av steder på land eller i sjøen, plassert i nærheten av en forhåndsbestemt maritim sone og ellers i oppdrag for narring eller mottiltak.

Problemet løses ved hjelp av en innretning som kjennetegnes ved det som er angitt i det selvstendige krav 1, samt de uselvstendige krav 2-4.

Med andre ord består løsningen på problemet å skaffe en innretning til overvåking og fjernstyring av ett eller flere ubemannede undervannsfarkoster spesiel til bruk i rekognoseirngsoppdrag og for autoposisjonering av dette, omfattende i det minste ett, foretrukket minst to mobile, flytende (dvs. drivende og/eller selvdrevne) ubemannede farkoster, hver omfattende minst en første mottaker for enveis kommunikasjon via første radiosignaler med minst en første sender, såsom en posisjoneringssatellitt som utgjør en del av et satellittnett, såsom GPS-nettet, idet hver av de flytende farkoster omfatter minst en sendermottaker for toveis kommunikasjon via andre radiosignaler med minst en annen sendermottaker, såsom f.eks. en datakommunikasjonssatellitt som utgjør en del av et stasjonært satellittnett såsom nettet INMARSAT, at innretningen dessuten omfatter minst et landbasert sendermottaker for toveis kommunikasjon og via tredje radiosignaler med det annen sendermottaker, såsom en datakommunikasjonssatellitt, at hver av de flytende farkoster omfatter minst en sendermottaker eller signaltransduser for datasynkroniseirngssignaler, f.eks. akustiske signaler, og at den ubemannede undervannsfarkost omfatter minst en sendermottaker eller transduser for datasynkroniseringssignaler, f.eks. akustiske signaler som er kompatible med sendermottakeren på den flytende farkost.

Alternativt kan den første sender for første radioposisjonerende signaler fra den flytende farkost være en landbasert sender, såsom AXYLE. Denne løsning kan være spesielt fordelaktig for overvåking og fjernstyring av ubemannede undervannsfarkoster nær kystlinjer og kan være meget nøyaktig. Man kan således forutse, i dette brukstilfelle korrigering av posisjonsawiket mellom en overflateantenne som mottar de første radiosignaler ved den flytende farkost og transduseren, f.eks. akustisk, for data- og synkroniseringssignaler, under hensyntagen til signaler levert av sensorer for å måle rulling, gynging, kurs og hi installert ombord på den flytende farkost. Med denne konfigurasjon er det mulig å sikre kontroll og styring av den ubemannede autonome undervannsfarkost i en "høydefinisjons"-mode av undervannsnavigasjon.

Alternativt til satellittnavigasjonssystemet, kan de andre radiosignaler utgjøre en del av et overflate kommunikasjonsnett for utveksling av data mellom bøyene eller gruppen av bøyer og kontrollinnretningene eller -innretningene på avstand, såsom flytende farkoster, skip eller fly.

Denne konfigurasjonstypen tillater en spesielt effektivt koordinert styring av forskjellige undervannsfarkoster som er delvis autonome, og er begunstiget av den ekstremt høye forplantningshastighet for radiobølger sammenlignet med forplantningshastigheten til akustiske bølger undervanns.

Disse data- og synkroniseirngssignaler kan utveksles mellom den flytende farkost og den autonome undervannsfarkost via de akustiske signaltransdusere, eller alternativt av en fiberoptisk linje som vikles ut fra undervannsfarkosten og/eller den flytende farkost eller av en innkledd eller belagt elektrisk ledende tråd som på samme måte vikles ut fra undervannsfarkosten og/eller den flytende plattform.

I en bestemt utførelse kan den flytende plattform omfatte en synkroniseringsklokke basert på mottakelsen av de første radiosignaler overført av den første sender, såsom en GPS-satellitt.

Fordelaktig kan undervannsfarkostene omfatte feste-, dokkings- og lagrings-anordninger for minst en flytende farkost og organer for å frigjøre eller sjøsette den flytende plattform.

Problemet løses også ved hjelp av en fremgangsmåte som er kjennetegnet ved det som angis i det selvstendige krav 5 samt de uselvstendige krav 6-10.

Med andre ord består løsningen på det fremlagte problem å benytte en innretning i henhold til oppfinnelsen via en fremgangsmåte for overvåking og fjernstyring av en ubemannet, delvis autonom undervannsfarkost og for å posisjonere en samme, omfattende de følgende operasjoner:

(a) å skaffe en innretning i henhold til oppfinnelsen,

(b) å lagre i en registreringsoperasjon forutfor sjøsettingen av farkosten, i minst ett minne i en datamaskin i undervannsfarkosten funksjoner for farkostens adferd i henhold til forskjellige navigasjonsmoder og foretrukket minst en banefølgende mode, omfattede ligninger for hastighet, kurs og neddykking som funksjon av tid, dybden, høyden eller avstanden fra fartøyet til undersjøiske hindringer, eller å overføre disse funksjoner til det marine miljø via andre og tredje radiosignaler overført gjennom det marine miljø

via transduseren på den flytende farkost,

(c) å overføre i en overføringsoperasjon, kodede akustiske signaler som representerer forandringer i en navigasjonsmode eller styreinstruksjoner til undervannsfarkosten eller -farkostene i undervannsmiljøet, foretrukket med

jevne mellomrom, og

(d) å generere en beregningsoperasjon fra datamaskinen ombord i undervannsfarkostene ved hjelp av de akustiske signaler overført fra den eller de flytende plattformer, overvåkings- og styresignaler svarende til den siste navigasjonsmode mottatt, og å overføre via dens eller deres transdusere en rekke kodede akustiske pulser som representerer status (kurs, hastighet, neddykking, høyde) målt ombord.

Fremgangsmåten i henhold til oppfinnelsen kan fordelaktig benyttes på intelligente våpen for å nøytralisere miner. Denne anvendelsen som fordelaktig benytter den ovennevnte høydefinisjons undervannsnavigasjonsmode, unngår en fremover-seende sonar (på engelsk "forward looking sonar") eller optisk bildeutstyr med lang rekkevidde (laser). Ladningen som er anbragt i undervannsroboten, kunne tennes ved enkel geografisk nærhet til målpunktet, svarende til en sannsynlig posisjon for en mine som skal nøytraliseres, idet den sannsynlige mineposisjon kan bestemmes med nøyaktighet på forhånd av en frontmontert eller sidemontert sonar integrert i den mobile undervannsfarkost som benytter innretningen i henhold til oppfinnelsen.

Med andre ord består oppfinnelsen i å implementere en fremgangsmåte til overvåking og fjernstyring av en autonom, ubemannet undervannsfarkost og styring av denne, omfattende de følgende operasjoner:

(a) å skaffe en innretning i henhold til oppfinnelsen,

(b) å registrere i minst ett minne i en kalkulator i undervannsfarkosten, minst en målposisjon som skal nås, og fortrinnsvis minst en hastighet for innseilingsbanen og minst en posisjon for et avreise- eller utsettingspunkt forut for sjøsettingen av undervannsfarkosten, eller å overføre disse posisjonene og banen ved hjelp av de andre og tredje radiosignaler som omformes til akustiske signaler og overføres i det marine miljø til

undervannsfarkosten ved den flytende farkostens transduser,

(c) å klargjøre en ytterligere flytende farkost, som er en kilde for akustiske

styringssignaler,

(d) å sende fra en undervannsfarkost, og fortrinnsvis med jevne mellomrom i det undersjøiske miljø, kodede akustiske signaler som representerer kjente tilstander ombord og akustiske synkroniseringssignaler som representerer

tiden relativt til en origo for en felles universell tid,

(e) å bestemme på overflaten de geografiske koordinater for undervannsfarkosten, og (f) å overføre fra overflaten korrigerende styringsinstruksjoner til en undervannsfarkost vedrørende dens bane.

Fordelaktig omfatter en fremgangsmåte i henhold til oppfinnelsen de følgende operasjoner: (a) å frigjøre eller sjøsette den autonome undervannsfarkost, fortrinnsvis fra et flytende bemannet fartøy, såsom et skip eller fra en bemannet undervannsfarkost, ved et avreisepunkt som befinner seg i en første maritim sone og ved en avstand fra målposisjonen på mellom f.eks. 500 m og 500 km,

foretrukket mellom 10 og 200 km og f.eks. nær 50-150 km,

(b) når undervannsfarkosten ankommer en annen maritim sone adskilt fra den første med en delelinje ved en avstand fra målpunktet som fortrinnsvis er mindre enn 10 km, f.eks. nær 1-10 km, å utløse ved hjelp av et program registrert i et minne i en datamaskin i den autonome undervannsfarkost, sjøsetting av minst en flytende nærfarkost som tidligere var dokket i den autonome undervannsfarkost eller rommet i denne, ved å utløse anordningen for å frigjøre den flytende farkost, som deretter stiger til overflaten og tillater en presis posisjonering av den autonome undervannsfarkost ved hjelp av den første posisjoneringssatellitt, og tillater en avløsing av toveis kommunikasjon mellom den autonome undervannsfarkost og en landbasert

overvåkingsstasjon via en annen kommunikasjonssatellitt,

(c) å styre undervannsfarkosten når rekognoseringsoppdraget til den autonome undervannsfarkost er fullført, til en møtesone fortrinnsvis plassert i en første maritim sone, hvor minst en, eksempelvis to, av de flytende farkoster ble sjøsatt eller driver eller seiler, idet disse flytende farkoster tillater presis posisjonering av den autonome undervannsfarkost ved et møtepunkt hvor den plukkes opp av det bemannede flytende eller undersjøiske fartøy.

Fordelaktig bestemmer den autonome undervannsfarkost sin posisjon ved bare en av de flytende farkoster, ved å utføre de følgende operasjoner: (a) å i et gitt øyeblikk sjøsette fra undervannsfarkosten den flytende hovedfarkost eller -plattform, hvori de teoretiske koordinater for sjøsettingspunktet og data for hastighet, kurs, og neddykking av

undervannsfarkosten tidligere er blitt fjernlastet,

(b) å sende ut synkroniseirngssignaler fra undervannsfarkosten på tidspunktene

Tl og T2,

(c) å la den flytende hovedfarkost datere tidspunktene for ankomst på overflaten av de utsendte signaler Tl og T2 og derfra utlede avstandene Dl og D2

til undervannsfarkosten,

(d) å bestemme ved den flytende farkost ved beregning av disse avstander Dl,

D2 og fra modulus L og orienteringen C av forskyvningen, koordinatene til

de to punkter Al, Bl som svarer til mulig posisjon av undervannsfarkosten, (e) å bestemme ved den flytende farkost hvilke av de to punkter Al, Bl som svarer til den virkelige posisjon på basis av dataene for den kjente posisjon

forut for øyeblikket Tl, og

(f) å overføre ved den flytende plattform via den undervanns akustiske kanal,

dreiningsdataene omtrentlig beregnet for navigasjonssystemet ombord i undervannsfarkosten eller de nye styringsordre.

Fordelaktig fastsetter den autonome undervannsfarkost ved en fremgangsmåte i henhold til oppfinnelsen sin posisjon ved å benytte de følgende operasjoner: (a) å bestemme ved undervannsfarkosten ved hjelp av dens ombordværende apperatur dens neddykking, dens tilnærmede posisjon, modulen L og orienteringen eller kursen C for vektoren svarende til dens fremtidige forflytting mellom øyeblikkene Tl og T2, idet disse data legges inn i minnet

i en flytende farkost, og

(b) bestemme ved den flytende farkost i et tidspunkt eller øyeblikk ti og deretter påfølgende i et tidspunkt eller øyeblikk t2 en avstand eller pseudoavstand dl eller d2 som henholdsvis skiller den fra en undervannsfarkost, ved hjelp av de akustiske signaler utsendt av

undervannsfarkosten,

(c) å bestemme ved den flytende farkost ved beregning av avstandene dl, d2,

modulen L og orienteringen C for forflyttingen, koordinatene til de to

punkter Al, Bl svarende til den mulige posisjon for undervannsfarkosten, (d) å bestemme ved den flytende farkost hvilke av de to posisjoner Al, Bl som svarer til den virkelige posisjon av undervannsfarkosten på basis av data som tidligere er lagret i dens minne, og

(e) å overføre ved den flytende plattform posisjonskorreksjonsdataene til

undervannsfarkosten.

Ved hjelp av oppfinnelsen er det mulig å overføre instruksjoner eller data over en meget stor avstand fra en landbasert eller flytende sjøbasert overvåkingsstasjon til ett eller flere autonome ubemannede undervannsfarkoster, for å flytte disse farkostene til en målsone eller målpunkt hvor de vil være i stand til på en meget nøyaktig måte å identifisere fysiske fenomener eller objekter som skal overvåkes. Oppfinnelsen tillater videre undervannsfarkosten å rapportere om sitt rekognoseringsoppdrag under hele dets varighet til et kontroll- og kommandosenter for operasjonen som befinner seg på meget stor avstand og å avgjøre hvilke tiltak som skal iverksettes på basis av de mottatte instruksjoner, såvel som å rapportere over stor avstand vedrørende vellykket gjennomføring av oppdraget eller de mottatte instruksjoner.

I en foretrukket utførelse av innretningen i henhold til oppfinnelsen innbefatter denne en eller flere autonome ubemannede undervannsfarkoster, en rekke satellitter som går i bane eller er stasjonære, minst en kontroll- og overvåkingsstasjon på avstand og minst en og foretrukket mer enn en flytende farkost, såsom bøyer, skip, og frie autonome overflate- eller undervannsfartøyer.

Hver av de autonome undervanns rekognoseringsfarkoster kan f.eks. være utformet som en torpedo, f.eks. utstyrt med elektrisk fremdrift som tillater den å bevege seg med hastigheter i størrelsesorden 5-10 knop og autonomt fra 5 timer til flere dager, idet hver av de autonome undervannsfarkoster er utstyrt med en temperatur-kompensert klokke, en akustisk sendermottaker, og i det minste en sekvenseringskalkulator.

I henhold til de oppdrag som er tildelt den og navigasjonsmodene kan farkosten dessuten omfatte et gyroskop, en doppler-log, en neddykkings- eller dybdesensor, en frontsonar for å detektere hindre, en høydemåler og forskjellig utstyr for å måle og registrere data som undersøkes, såsom f.eks. et videokamera, en sideskannsonar, et ekkolodd, og en lytteinnretning. Under utførelsen av observasjonsoppdraget vil den autonome undervannsfarkost være i stand til å kjenne sin posisjon, f.eks. sine geografiske koordinater, (bredde og lengde) med en nøyaktighet som varierer i henhold til de forskjellige faser av dens oppdrag og som kan være i størrelsesorden 300 m under heimingen mot et målsted eller møteområde og med større presisjon, f.eks. 5-25 m, under den endelige innseiling og posisjonering ved observasjons-punktet eller møtepunktet.

Videre kan den autonome undervannsfarkost motta på hvert eneste tidspunkt instruksjoner som kan påvirke dens kurs under oppdraget og den kan rapportere tilbake til den landbaserte overvåkings- og kontrollstasjon vedrørende sin tilstand, sin posisjon og de innsamlede data.

Den autonome undervannsfarkost er fordelaktig utstyrt med en anordning for å motta kodede numeriske meldinger via den akustiske kanal og som overføres av en av de flytende farkoster på overflaten og som kan inneholde data av forskjellig art, såsom: (a) instruksjoner som påvirker oppdraget til den autonome undervannsfarkost, (b) data vedrørende navigasjonsmoden eller styringen, (c) anmodninger om data relativt til tilstanden av den autonome undervannsfarkost og/eller utførelsen av dens rekognoseringsoppdrag.

Den autonome undervannsfarkosten er foretrukket utstyrt med en anordning for å motta akustiske signaler overført fra sjøoverflaten ved de flytende farkoster ved forhåndsbestemte tidspunkter, foretrukket synkronisert relativt til en universell tid.

Den autonome undervannsfarkost er også utstyrt med en anordning for å utsende akustiske signaler kodet i tidsfrekvens og som tjener som bærere for data vedrørende tilstanden til undervannsfarkosten, og en anordning for å utsende akustiske signaler ved nøyaktig bestemte tidspunkter som foretrukket er synkronisert relativ til en universell tid.

Virkemåten til undervannsfarkosten kan realiseres under styring av en sekvenseringskalkulator som mer bestemet sikrer de følgende funksjoner: (a) analyse av de mottatte akustiske signaler, dekoding av mønster, generering av sendeordren og bekreftelse av mottakelsen, overføring til den

ombordværende sentrale datamaskin av den mottatte ordre,

(b) retur av data vedrørende tilstand via det akustiske signal på anmodning etter

avspørring av datamaskinen ombord,

(c) forvaltning av styremoder,

(d) forvaltning av farkostens bane og overføring til den sentrale datamaskin ombord av instruksjoner vedrørende hastighet, kurs, neddykking og stilling

(rulling, gynging og giring),

(e) foreta en avgjørelse i tilfelle av en hendelse, og

(f) eksekvere en prosedyre for å sjøsette bøyer.

Sammenstillingen av romkommunikasjonsanordninger er basert på plassering av satellitter i bane eller stasjonære, som sikrer tre viktige funksjoner: (a) etterretning: her benyttes observasjonssatellitter i baner, utstyrt med optiske sensorer, radiosensorer og infrarøde sensorer, såvel som høydemålere

(Helios etc.),

(b) posisjonering: typisk funksjonen til satellittene i GPS- eller GLOSNASS-nettene som tillater høy-presisjons posisjonering av farkoster på jordover-flaten og en gjentagelse i størrelsesorden ett sekund ved mottakelse av kodede signaler overført av en "galakse" av 22 satellitter i bane og som gir

global dekning uten avbrudd i tid eller rom,

(c) navigasjon: innretningen basert på bruk av kommunikasjonssatellitter, i bane eller stasjonære som gjør det mulig å sikre telekommunikasjon i "kvasi-sann" tid mellom den bakkebaserte overvåkingsstasjon og de på overflaten flytende farkoster.

Dette er en av funksjonene til de stasjonære INMARSAT-satellittene, hvis over-fø-ringsstandard er STANDARD "C".

De bakkebaserte overvåkings- og kontrollanordninger omfatter fire underenheter: (a) den bakkebaserte infrastruktur for kommunikasjon med satellittene, mer bestemt: bakkebaserte GPS-stasjoner, bakkebaserte INMARSAT-stasjoner, bakkebaserte stasjoner for etterretningssatellitten; (b) en eller flere differensielle GPS-målestasjoner, hvis funksjon er å forbedre posisjoneringsnøyaktigheten til de mobile flytende overflatefarkoster ved en måling ved bakkenivå av avdriften av GPS-systemet; (c) landbaserte nettverk for å overføre data, såsom linjekommutert telefon-nettverk, Transpac nettverk, Numeris nettverk, militært nettverk; (d) et operasjonssenter som omfatter aksesspunkter til numeriske nettverk,

beregningsanordninger, en eller flere operatørstasjoner, anordning for rekonstruksjon av data (kartografi, trajektografi, bildetrykking).

I visse tilfelle kan kontroll- og overvåkingsanordningen av operasjonelle grunner støttes av et skip eller fly, eventuelt ubemannet, anbragt nær operasjonsteatret.

Anordningene for videresendelse (relais) av kommunikasjon og posisjonering består av en eller flere flytende farkoster som kan være: (a) en bøye som kan slippes ut fra et fly, en overflatebygning eller undervannsfarkost;

(b) et overflateskip,

(c) en fri, autonom overflate- eller undervannsfarkost.

Disse flytende farkoster er av to typer:

(a) en flytende hovedplattform eller -farkost som omfatter minst en navigasjonssendemottaker av standard "C", en GPS-navigasjonsmottaker, en klokke, en akustisk sendermottaker, en spesiell prosessor for å beregne og utveksle data og en radiosendermottaker (som en modifikasjon); (b) en flytende "elementær"-plattform som omfatter en GPS-mottaker, en klokke, en akustisk mottaker, en sendermottaker av standard "C", en spesiell prosessor for å beregne og utveksle data, og en radiosendermottaker (som en modifikasjon).

Funksjonene som sikres av den flytende hovedplattform er:

(a) mottakelse av dens egen GPS-posisjon i bredde og lengde, eventuelt beregning av dens drift, hastighet og stilling; (b) mottakelse av "C"-standard- eller radiomeldinger av forskjellig art: kommandoer adressert til den autonome undervannsfarkost, differensiell GPS-korreksjon, koordinater for tilstøtende flytende plattformer og datering av de akustiske signaler mottatt, anmodninger med hensyn til den flytende farkosts status eller tilstand, anmodninger med hensyn til undervannsfarkostens status eller tilstand; (c) mottakelse over den akustiske kanal av koordinater svarende til status for undervannsfarkosten; (d) datering i universell tid av øyeblikkene for deteksjon av de akustiske signaler overført synkront av undervannsfarkosten; (e) "C"-standardoverføringer av meldinger av typen: status for bøyer eller flytende farkoster, status for undervannsfarkosten, datering; (f) mulig lokal beregning av farkostens posisjon via fremgangsmåter som benytter pseudoavstander og tilhørende korreksjoner; (g) akustisk overføring: videresending av instruksjonssignaler til undervannsfarkosten, overføring av anmodninger, overføring av synkrone signaler.

Basisfunksjonene til den elementære farkost (flytende farkost) er "C"-stan-dardoverføring eller radiooverføring av posisjonen og stillingen til farkosten og datering av mottakelsen av de akustiske signaler.

Evnen til å overføre numeriske data med INMARSAT-systemet i "kvasi-sann" tid benyttes til å overføre til bøyen posisjonskorreksjoner som skal sendes til GPS-mottakeren (GPS differensiell navigasjonsmode).

Ombord i bøyen blir det beste estimat av dens posisjon i bredde og lengde beregnet ved å benytte korreksjoner til GPS-posisjonen utstedt av mottakeren ombord. Overføringskanalen er en akustisk kanal som pådrar en transduser neddykket til en optimal dybde, under hensyntagen til lokale batycelerimetriske forhold.

Transduseren utsender akustiske signaler som en datastruktur og dens hovedtrekk er:

- en omnidireksjonell transduser,

- overføring foretrukket innenfor en smalbånd- eller bredbånd spektrum,

- syklus synkronisert med universell tid,

- fast gjentakelse av utsendelse av datarammer eller i kvasi-tilfeldige sykler (tidsomgåelse),

- multispektral koding og spatio-temporal redundans,

- koding for beregning ved mottakelse av en konfidensindikator (kvalitetsfaktor for overføringen).

Innretningen og fremgangsmåten i henhold til oppfinnelsen kan fordelaktig benyttes til å bekrefte posisjonen av navigasjonsutstyr i en neddykket undervannsbåt.

De mange fordeler ved oppfinnelsen vil fremgå klarere gjennom følgende beskrivelse som henviser til den vedføyde tegning som på en ikke-begrensende måte illustrerer en foretrukket utførelsesform av anordningen i henhold til oppfinnelsen og fremgangsmåten ved dens bruk. Figur 1 viser skjematisk hovedkomponentene av en overvåkings- og fjern-styringsinnretning for en undervannsfarkost i henhold til oppfinnelsen og dens funksjonsprinsipp. Figur 2 viser skjematisk hovedkomponentene av en flytende farkost som utgjør en del av en innretning i henhold til oppfinnelsen. Figur 3 viser skjematisk hovedkomponentene av en landbasert overvåkings- og kontrollstasjon som utgjør en del av en innretning i henhold til oppfinnelsen. Figur 4 viser skjematisk hovedkomponentene til anordninger for kommunikasjon og overvåking og kontroll innbefattet i en autonom undervannsfarkost i en innretning i henhold til oppfinnelsen. Figur 5 viser skjematisk trinn i en fremgangsmåte for bruk av en innretning i henhold til oppfinnelsen for å få en autonom undervannsfarkost til å utføre et rekognoseringsoppdrag. Figur 6 viser trinn i en fremgangsmåte for å posisjonere en undervannsfarkost med bruk av signaler overført av en enkel flytende farkost i en innretning i henhold til oppfinnelsen. Figur 1 viser en delvis autonom undervannsfarkost 1 utstyrt med en fremdrifts- og styreanordning 10, idet skallet til undervannsfarkosten eventuelt tar form av en torpedo som omfatter minst en akustisk transduser 9 som tillater den å kommunisere, dvs. å overføre og motta signaler henholdsvis overført og mottatt av flytende plattformer, såsom bøyer 2,, 22, 23.

Fordelaktig omfatter den autonome undervannsfarkost et rom eller lagrings-anordning 19 inne i skroget eller skallet 18, hvilket lagringsrom 19 kan stå i forbindelse med utsiden ved hjelp av en fallem 17 som kan åpnes eller lukkes i henhold til kontrollkommandoer mottatt av den autonome undervannsfarkost 1.1 henhold til de mottatte kommandoer og undervannsfarkostens oppdrag er det således mulig for undervannsfarkosten å frigjøre eller sjøsette en flytende farkost 24 som tidligere var anordnet i lagringsrommet 19 og er i stand til således å frigjøre seg selv eller komme ut av undervannsfarkosten 1 for å stige til overflaten og spille sin rolle ved å videreføre kommunikasjoner mellom undervannsfarkosten og en satellitt, spesielt når undervannsfarkosten nærmer seg et punkt eller et geografisk sted som svarer til målet for dens oppdrag.

Hver av bøyene 2,, 22, 23 omfatter en flottør 35 som i sitt øvre parti mottar en antenne 11 for å motta og/eller utsende radiosignaler, idet den flytende farkost eller bøye også omfatter likeledes en transduser eller en sendermottaker for akustiske signaler henholdsvis betegnet 8l5 82, 83.

Hver av de flytende farkoster eller bøyer kan på den ene side motta radiosignaler utsendt av navigasjonssatellitter 4, ved hvilke en kalkulator innbefattet i hver av bøyene nøyaktig kan bestemme posisjonen til bøyen, foretrukket med regelmessige tidsintervaller.

Hver av bøyene kan på den annen side motta og sende andre radiosignaler til og fra en annen kommunikasjonssatellitt 6 som tillater overføringen via de andre radiosignaler av oppdragskommandoer (dvs. data som representerer kommandoer) som sendes til undervannsfarkosten eller i en annen sammenheng, data som vedrører bøyens koordinater, dateringen av ankomsten av akustiske signaler, statusen til undervannsfarkosten og som således kan overføres via den annen satellitt 6 til en landbasert kontroll- og overvåkingsstasjon 7.

Figur 3 viser at fordelaktig kan kontroll- og overvåkingsstasjonen 7 innbefatte en sendermottaker lx for toveis kommunikasjon via tredje radiosignaler med kommunikasjonssatellitten (betegnet 6 på fig. 1). Denne landbaserte stasjon som kan være forbundet til sendermottakeren 7, av et landbasert kommunikasjons-nettverk 14 av telefonnett- eller datanettypen, tillater en sentral kontroll - datamaskin 15 å føre en dialog med undervannsfarkosten. Den sentrale datamaskin er foretrukket forbundet med periferienheter 16 såsom plottere eller skrivere, noe som gjør det mulig å redigere rapporter vedrørende status for undervannsfarkosten eller kommunikasjoner som har funnet sted, dvs. sendt eller mottatt fra undervannsfarkosten.

Med henvisning til figur 2 kan det ses at den flytende farkost omfatter en antenne 11 som i det minste er ment å skulle ta opp signaler som vil detekteres og forsterkes og på den ene side behandles av en mottaker 3 for navigasjonsradio-signalene overført av navigasjonssatellittene. En klokke 40 er synkronisert av koblingen 41. Deteksjonen i den akustiske prosessor 13 av ankomsten av et akustisk signal får datamaskinen 12 til å lese posisjonen av bøyen gjennom koblingen 42 og får datamaskinen 12 til å lese gjennom koblingen 43 den nøyaktige datering av dette ankomstøyeblikk og gjennom koblingen 44 avlese typen av mottatt puls.

Med henvisning til figur 4 kan det ses at den autonome undervannsfarkost 1 som omfatter den akustiske transduser 9, fordelaktig omfatter en akustisk prosessor 25 for å behandle signaler sendt til transduseren 9 eller mottatt av transduseren 9, hvilke signaler kan dateres av et høypresist kvartsur 27. En sentral datamaskin 29 ombord kommuniserer med oppdrags- og styringsprosessoren 26 og tolker styringsinstruksj onene og de mottatte direktiver og håndterer sensorene og aktuatorene til farkosten i henhold til forhåndsprogrammerte navigasjonsmoder. Montasjen kan drives av batterier 30. Fordelaktig er hver av prosessorene 26 og 29 forbundet til minst ett minne 28, henholdsvis 282, hvori spesielt navigasjonsmoder og banedata registreres.

Med henvisning til figur 5 kan det ses at i en bestemt anvendelse av innretningen ved en fremgangsmåte i henhold til oppfinnelsen, kan undervannsfarkosten (ikke vist) sjøsettes ved et avreisepunkt 33 plassert i en maritim sone 21, som f.eks. kan svare til en sone i internasjonalt farvann, og som er adskilt fra en annen maritim sone 22 som svarer f.eks. til en sone i territorialfarvann, idet de første og andre soner er adskilt av en separasjons- eller demarkasjonslinje 20.

I henhold til en bestemt utførelse av et rekognoseringsoppdrag utført av den autonome undervannsfarkost, beveger eller forflytter farkosten seg først fra avreisepunktet 33 til et målområde 32a langs en forhåndsbestemt bane som tidligere er registrert i minnet til undervannsfarkosten, idet banen omfatter et rettlinjet avsnitt 31, og et krumt avsnitt som hovedsakelig danner en sirkelbue 312. Før den ankommer i målområdet 32a kan den autonome undervannsfarkost fordelaktig sjøsette to flytende farkoster. En flytende farkost kjent som hovedfarkosten 2, og en annen kjent som en flytende elementærfarkost 22, som etter å ha steget til overflaten gjør at undervannsfarkosten kan motta meget nøyaktig styringsinstruksjoner i målområdet 32a, spesielt ved et målpunkt 32. Undervannsfarkosten følger derfor en forhåndsbestemt bane 313 under hvilken undervannsfarkosten f.eks. kan gå opp til overflaten for å foreta en posisjonsbestemmelse ved hjelp av en valgfri GPS-mottaker og utføre filming av et mål 24 av spesiell interesse plassert i en kystsone 23.

Etter at den autonome undervannsfarkost har fullført sitt oppdrag og overført de innsamlede data via radiooverføringsanordningen med bruk av kommunikasjonssatellitten, kan undervannsfarkosten returnere til en møtesone 34a ved å følge en returbane 36, idet undervannsfarkosten er i stand til å posisjonere seg selv nøyaktig over et møtepunkt 34 plassert i møteområdet 34a ved å benytte to ytterligere flytende farkoster 23 og 24.

Med henvisning til figur 6 kan undervannsfarkosten 1 i en foretrukket utførelse av en fremgangsmåte i henhold til oppfinnelsen, posisjonere seg selv ved hjelp av signaler mottatt og overført av en enkel flytende hovedfarkost 2.

Den flytende farkost 2 bestemmer koordinatene xb og yb for sin nåværende posisjon ved hjelp av radiosignaler mottatt fra navigasjonssatellitten.

Den flytende plattform 2 bestemmer ved hjelp av dateringen av de mottatte akustiske signaler fra undervannsfarkosten 1 avstanden dl som adskiller den flytende farkost 2 fra undervannsfarkosten 1 ved et øyeblikk ti, og bestemmer på samme måte avstanden d2 som adskiller den fra den flytende farkost ved påfølgende øyeblikk t2.

Den flytende farkost 2 vet ved sjøsettingsøyeblikket den estimerte kjente posisjon, modul L og orientering eller kurs C av den programmerte forflytting av farkosten og dens neddykking mellom tidspunktene ti og t2. Posisjonen av undervannsfarkosten 1 ved øyeblikket ti som angitt på fig. 6, kan svare til ett av punktene Al og Bl plassert på en sirkel hvis diameter har avstanden dl, sentrert på den flytende farkost 2, svarende til referansene A2 eller B2 henholdvis ved øyeblikket t2, og som er plassert på en sirkel med diameter lik avstanden d2 sentrert på den flytende farkost.

Da referansen C angir kursen for undervannsfarkosten relativt til aksen N som representerer nord, kunne den relative kompassretning til punktene Al og Bl, som vist på fig. 6, bestemmes før kursen C som lik (C + T) eller (C - T).

Vinkelen T kan bestemmes av formelen:

Koordinatene til punktene Al og Bl kan derfor bestemmes henholdsvis ved følgende formler:

Da posisjonen av undervannsfarkosten er ukjent ved øyeblikket ti, er det i realiteten bare to mulige posisjoner svarende til ovenstående ligningssystem og som svarer til løsningen av det grafiske problem som består i å posisjonere origo for forskyvningsvektoren på en sirkel med radius dl og endepunktet for forskyvningsvektoren på en sirkel som likeledes er sentrert på posisjonen av den flytende farkost og med en diameter d2. Opphevelsen av tvil med hensyn til den virkelige posisjon av undervannsfarkosten mellom punktene Al og Bl skaffes med forhåndskjennskap til posisjonen av undervannsfarkosten ved hjelp av data vedrørende dens sist bestemte posisjon.

Da disse posisjoner er kjent, overfører hovedbøyen til undervannsfarkosten dens nye styringsdirektiver.

I en spesiell utførelse av en fremgangsmåte i henhold til oppfinnelsen, kan de såkalte flytende farkoster være anordnet under eller på (og/eller stivt forbundet med) isflak.

Claims (10)

1. Innretning til overvåking og fjernstyring av en autonom, ubemannet undervannsfarkost (1) og for å posisjonere den samme, omfattende minst en drivende og/eller autonom ubemannet flytende farkost (2) som omfatter minst en første mottaker (3) for første navigasjonsradiosignaler som stammer fra minst en første sender (4) og minst en transduser (8) for akustiske navigasjonssignaler, hvor undervannsfarkosten (1) har en transduser som er kompatibel med de nevnte akustiske navigasjonssignaler, karakterisert ved at den flytende farkost (2) omfatter minst en sendermottaker (5) for toveis kommunikasjon med minst en annen sendermottaker (6) for andre signaler for radiokommunikasjon, idet innretningen omfatter minst en landbasert sendermottaker (7) for toveis kommunikasjon med den annen sendermottaker (6) via tredje radiosignaler, at transduseren (8) i det flytende farkost omfatter minst en mottaker for akustiske data- og synkroniseringssignaler fra transduseren (9) i undervannsfarkosten (1) som er minst en sender som er kompatibel med disse akustiske data- og synkroniseringssignaler, og at undervannsfarkosten (1) omfatter minst en mottaker for styringssignaler fira den flytende farkost (2).

2. Innretning i henhold til krav 1, karakterisert ved at undervannsfarkosten (1) omfatter dokkings-utstyr for minst en flytende farkost og anordninger for å frigjøre den flytende farkost.

3. Innretning i henhold til enten krav 1 eller 2, karakterisert ved at senderen (4) for de første navigasjonsradiosignaler hovedsakelig består av en eller flere satellitter.

4. Innretning i henhold til et av kravene 1-3, karakterisert ved at den annen sendermottaker (6) for navigasjonsradio-signalene hovedsakelig består av en satellitt eller et lokalt radionettverk.

5. Fremgangsmåte til overvåking og fjernstyring av en autonom, ubemannet undervannsfarkost (1) og for styring av denne, hvor flytende farkoster mottar navigasjonsradiosignaler og omfatter transdusere for undervanns akustiske signaler, karakterisert ved at den omfatter følgende operasjoner: å skaffe en innretning i henhold til et av kravene 1-4, å registrere i minst et minne (28) i en kalkulator (26, 29) i undervanns farkosten (1), minst en målposisjon (32) som skal nås og fortrinnsvis minst en hastighet for innseilingsbanen (31) og minst en posisjon for et avreise-eller utsettingspunkt (33), forut for utsettingen av undervannsfarkosten eller å overføre disse posisjonene og banen ved hjelp av de andre og tredje radiosignaler som omformes til akustiske signaler og overføres i det marine miljø til undervannsfarkosten (1) ved den flytende farkostens transduser, å klargjøre en ytterligere flytende farkost, som er kilde for akustiske styringssignaler, å sende fra en undervannsfarkost, og fortrinnsvis med jevne mellomrom i det undersjøiske miljø, kodede akustiske signaler som representerer kjente tilstander ombord og akustiske synkroniseringssignaler som representerer tiden relativt til en origo for en felles universell tid, å bestemme på overflaten de geografiske koordinater for undervanns farkosten, og å overføre fra overflaten korrigerende styringsinstruksjoner til en undervannsfarkost vedrørende dens bane.

6. Fremgangsmåte i henhold til krav 5, karakterisert ved at den omfatter følgende operasjoner: å frigjøre, fortrinnsvis ved sjøsetting fra en bemannet flytende eller undervanns farkost, den autonome undervannsfarkost ved et avgangspunkt (33) plassert i en første maritim sone (21) og med en avstand fra målposisjonen på f.eks. mellom 500 m og 500 km, å utløse ved hjelp av et program lagret i minnet til en kalkulator i den autonome undervannsfarkost, når undervannsfarkosten er kommet i en annen maritim sone (22) med en avstand til målpunktet (32) som fortrinnsvis er mindre enn 10 km, frigjøringen av minst en flytende nærfarkost som tidligere var dokket i den autonome undervannsfarkost eller inneholdt i den ved å utløse frigjøringsanordninger for den flytende farkost, idet den flytende nærfarkost stiger opp til overflaten og tillater en nøyaktig posisjonering av den autonome undervannsfarkost ved hjelp av den første navigasjonssender og tillater videre avløsing av en toveis kommunikasjon mellom den autonome undervannsfarkost og en landbasert overvåkingsstasjon via den annen sendermottaker, å styre, når rekognoseringsoppdraget til den autonome undervannsfarkost er avsluttet, denne mot et møteområde fortrinnsvis plassert i den første mariti-me sone, i hvilken det er sjøsatt og/eller driver og/eller seiler minst en av de flytende farkost som tillater en nøyaktig posisjonering av den autonome undervannsfarkost ved et møtepunkt (34) hvor den plukkes opp av den bemannede flytende eller undersjøiske farkost.

7. Fremgangsmåte i henhold til krav 5 eller 6, karakterisert ved at den autonome undervannsfarkost bestemmer sin posisjon med bruk av de følgende operasjoner: undervannsfarkosten bestemmer ved hjelp av ombordværende apparatur som innbefattes i den: sin neddykking, sin tilnærmede posisjon, modulus (L) og orienteringen eller kursen (C) av vektoren svarende til dens fremtidige forskyvning mellom tidspunktene (ti) og (t2), idet denne informasjonen blir lagt inn i minnet i den flytende farkost (2), den flytende farkost (2) bestemmer i et øyeblikk eller tidspunkt (ti) og deretter i et øyeblikk eller tidspunkt (t2) en avstand (dl respektivt d2) fra en undervannsfarkost (1) ved hjelp av akustiske signaler utsendt av undervannsfarkosten, den flytende farkost (2) bestemmer ved beregning på basis av avstandene (dl, d2), modulus (L) og orienteringen (C) for forskyvningen, koordinatene til de to punkter (Al, Bl) som svarer til den mulige posisjon for undervannsfarkosten (1), den flytende farkost bestemmer hvilke av de to punkter (Al, Bl) som svarer til den reelle posisjon for undervannsfarkosten på basis av informasjonsdata som tidligere er lagret i dens minne, og den flytende farkost (2) overfører til undervannsfarkosten (1) posisjons- korreksjonsdata.

8. Fremgangsmåte i henhold til et av kravene 5-7, karakterisert ved at den benyttes til å nøytralisere miner.

9. Fremgangsmåte i henhold til et av kravene 5-8, karakterisert ved at den benyttes til å rekalibrere navigasjons-innretningene i en neddykket undervannsbåt.

10. Fremgangsmåte i henhold til et av kravene 5-8, karakterisert ved at den benyttes til å koordinere en rekke undervannsfarkoster for måling, mottiltak eller intervensjon, og at de "flytende" farkoster er stivt forbundet med isflak.