NO330188B1

NO330188B1 - Video telemetry apparatus for remote controlled vehicles

Info

Publication number: NO330188B1
Application number: NO20013664A
Authority: NO
Inventors: John William Berthold; Brian Roy Westphal
Original assignee: Mentor Subsea Tech Serv Inc
Priority date: 2000-08-04
Filing date: 2001-07-26
Publication date: 2011-03-07
Also published as: AU766380B2; AU5412001A; GB0115205D0; BR0103083A; NO20013664L; GB2366111B; NO20013664D0; GB2366111A

Description

Oppfinnelsen er generelt relatert til overvåkning av operasjonene til fjernstyrte kjøretøy under vann og mer spesielt bruken av trådløs videotelemetri for å overvåke slike operasjoner. The invention relates generally to monitoring the operations of underwater remotely operated vehicles and more particularly to the use of wireless video telemetry to monitor such operations.

Installasjon og vedlikehold av offshore strukturer, så som faststående plattformføtter, flytende strukturer, undersjøiske brønnhoder og rørledninger, krever ofte bruken av et fjernstyrt kjøretøy (ROV) eller et autonomt undervannskjøretøy (AUV) på grunn av vanndybden og typen arbeid som skal utføres. ROV arbeid blir vanligvis utført fra et fartøy eller en fast plattform med en direkte ledningsforbindelse med ROV for videoovervåkning og kontroll av operasjoner. AUV arbeid kan utføres ved bruk av trådløse transmisjoner for å kontrollere operasjonen og overvåke operasjonen ved hjelp av video. Trådløs videoovervåkning med AUV blir imidlertid vanligvis gjort ved en smal bånd-bredde som begrenser mengden av videoinformasjon som kan sendes til operatøren. Installation and maintenance of offshore structures, such as fixed platform legs, floating structures, subsea wellheads and pipelines, often requires the use of a remotely operated vehicle (ROV) or an autonomous underwater vehicle (AUV) due to the water depth and type of work to be performed. ROV work is usually carried out from a vessel or a fixed platform with a direct cable connection with the ROV for video monitoring and control of operations. AUV work can be carried out using wireless transmissions to control the operation and monitor the operation using video. However, wireless video surveillance with AUV is usually done at a narrow bandwidth which limits the amount of video information that can be sent to the operator.

Følgelig skaffer oppfinnelsen til veie et videotelemetriapparat på et fjernstyrt kjøretøy styrt/kontrollert fra en fjernstasjon, hvor et dronefartøy og fortøyningshåndtenngssys-tem blir brukt med det fjernstyrte kjøretøyet, og hvor det fjernstyrte kjøretøyet og for-tøyningshåndteringssystemet innbefatter et mangfold videokameraer og innretninger for å produsere en datastrøm fra kamerasignalene, kjennetegnet ved Accordingly, the invention provides a video telemetry apparatus on a remote-controlled vehicle controlled/controlled from a remote station, where a drone craft and mooring handshake system is used with the remote-controlled vehicle, and where the remote-controlled vehicle and mooring handling system includes a plurality of video cameras and devices for producing a data stream from the camera signals, characterized by

a. innretninger på dronefartøyet for komprimering, koding og multipleksing av de a. devices on the drone vessel for compression, coding and multiplexing of the

multiple kamerasignalene til en seriedatastrøm; multiplex the camera signals into a serial data stream;

b. innretninger på dronefartøyet for å modulere et radiofrekvenssignal med den b. devices on the drone vessel to modulate a radio frequency signal with it

komprimerte seriedatastrømmen; compressed serial data stream;

c. innretninger på dronefartøyet for å sende signalet; og c. devices on the drone vessel to transmit the signal; and

d. innretninger på fjernstasjonen for å motta og observere det sendte signalet. d. facilities at the remote station to receive and observe the transmitted signal.

I en foretrukket utførelse av oppfinnelsen er en mikrobølgesender tilveiebragt på et dro-nefartøy og en mikrobølgemottaker er tilveiebragt på fjernstasjonen (fartøy eller plattform). Et fjernstyrt kjøretøy er forbundet med og styrt av dronefartøyet via en navlestreng som innbefatter kabler for effekt, kontroll/styring, og videosignaler mellom dro-nefartøyet og det fjernstyrte kjøretøyet. Videokameraer er tilveiebragt på dronefartøyet og det fjernstyrte kjøretøyet. Signalbehandlere og lasermodulerte dioder er tilveiebragt på det fjernstyrte kjøretøyet for å behandle og sende multiple videosignaler til dronefar-tøyet via en enkeltmodus optisk fiber i navlestrengen. En multiplekser frembringer en enkelt utgangsdatastrøm for den optiske kabelen. På dronefartøyet blir signalet demultiplekset, behandlet, kodet etter behov, og så sendt via en antenne til en mottaker på driftsfartøyet eller plattformen. En mottaker, demodulator og dekoder er tilveiebragt på styrefartøyet eller plattformen for å observere og/eller ta opp video. In a preferred embodiment of the invention, a microwave transmitter is provided on a drone vessel and a microwave receiver is provided on the remote station (vessel or platform). A remotely controlled vehicle is connected to and controlled by the drone vehicle via an umbilical cord that includes cables for power, control/control, and video signals between the drone vehicle and the remotely controlled vehicle. Video cameras are provided on the drone vessel and the remote-controlled vehicle. Signal processors and laser-modulated diodes are provided on the remote-controlled vehicle to process and send multiple video signals to the drone craft via a single-mode optical fiber in the umbilical cord. A multiplexer produces a single output data stream for the optical cable. On the drone vessel, the signal is demultiplexed, processed, coded as required, and then sent via an antenna to a receiver on the operational vessel or platform. A receiver, demodulator and decoder are provided on the steering vessel or platform to observe and/or record video.

For ytterligere forståelse av naturen og formålene med den foreliggende oppfinnelse refereres til den etterfølgende beskrivelse, tatt sammen med de medfølgende tegningene hvor like deler er gitt like henvisningstall, og hvor: Fig. 1 er en skjematisk illustrasjon av delen av oppfinnelsen på dronefartøyet og fjernstyrte kjøretøyer. For a further understanding of the nature and purposes of the present invention, reference is made to the following description, taken together with the accompanying drawings where like parts are given like reference numbers, and where: Fig. 1 is a schematic illustration of the part of the invention on the drone vessel and remotely controlled vehicles .

Fig. 2 er en skjematisk illustrasjon av delen av oppfinnelsen på fjernstasjonen. Fig. 2 is a schematic illustration of the part of the invention at the remote station.

Fig. 1 og 2 illustrerer skjematisk oppfinnelsen på det fjernstyrte kjøretøyet 10, fortøy-ningshåndteirngssystemet 12, dronefartøyet 14, og fjernstasjonen 60. Utstyr som brukes på det fjernstyrte kjøretøyet 10 og fortøyningshåndteringssystemet 12 er generelt kjent, men for klarhetens skyld skal en type videooppsett beskrives. Figs. 1 and 2 schematically illustrate the invention on the remotely controlled vehicle 10, the mooring handling system 12, the drone vessel 14, and the remote station 60. Equipment used on the remotely controlled vehicle 10 and the mooring handling system 12 is generally known, but for the sake of clarity, a type of video setup will be described .

Det fjernstyrte kjøretøyet 10 er utstyrt med et mangfold kameraer 16 og en videomultiplekser, en koder og sampler 18. Multiplekseren produserer eller frembringer en enkelt serieutgangsdatastrøm med høy bithastighet som typisk er 100 Mbps når det brukes digital sampling (50 MHz når det brukes analog sampling. Kameraene som brukes kan være av en hvilken som helst egnet kombinasjon, så som to svart/hvitt kameraer, et lav-lysnivåkamera og et fargekamera. Signalene blir sendt til utstyret på fortøyningshåndte-ringssystemet 12 via en koaksialkabel 20 som er inneholdt i fortøyningslinen 22. The remotely operated vehicle 10 is equipped with a plurality of cameras 16 and a video multiplexer, an encoder and sampler 18. The multiplexer produces or generates a single high bit rate serial output data stream typically 100 Mbps when using digital sampling (50 MHz when using analog sampling. The cameras used may be of any suitable combination, such as two black and white cameras, a low-light camera, and a color camera.The signals are sent to the equipment of the mooring handling system 12 via a coaxial cable 20 contained in the mooring line 22.

Fortøyningshåndteringssystemet 12 er utstyrt med en første signalbehandler og laserdiodedriver 24, en første laserdiode 26, et kamera 28, en videomultiplekser, en koder og sampler 30, en andre signalbehandler og laserdiodedriver, en andre laserdiode. En koak-sialgavl 20 er forbundet mellom videomultiplekseren og koderen 18 og den første sig-nalbehandleren og laserdiodedriveren 24. Signaler fra et kamera 28 på fortøyningshånd-teringssystemet 12 blir sendt til en videomultiplekser og koder 30 og så til en andre signalbehandler og laserdiodedriveren 32. Første og andre laserdiode, henholdsvis 26 og 30, mottar signaler fra deres respektive signalbehandlere og laserdiodedrivere 24 og 32. Signalbehandlerne modulerer laserdiodene 26 og 34, som sender videosignalene gjennom enkeltmodus optiske fiberkabler 36 og 38, som er inneholdt i navlestrengen 40. Videomultiplekseren/koderne sampler også hvert videosignal med en høy bithastighet. Dronefartøyet er utstyrt med første og andre detektorer/mottakere 42 og 44 som mottar signaler fra de respektive laserdiodene 26 og 34. Disse signalene blir matet inn i en dekoder og videodemultiplekseren 46. Separate signaler som representerer innmatingen fra hvert kamera 16,28 blir matet til en videokompressormultiplekser og koder 48. Signaler fra et eller flere kameraer 50 blir også matet inn i videokompressormultiplekseren og koderen 48. Videokompressormultiplekser og koder 48 utfører funksjonene som innbefatter videosignalkomprimering, digital koding av hvert videosignal, og multipleksing av de forskjellige videosignalene for å skape en seriedatastrøm i DS3 format. Typen videokomprimering som brukes bestemmer bildekvaliteten og påvirker kostnadene til de tilgjengelige multiplekserenhetene. Standardformatet DS3 (også kjent som G.703) er en datastrøm ved 44.736 Mbps. DS3 datastrømmen blir sendt til en modemmodulator 52, som danner et 70 MHz radiofrekvens (rf) signal modulert av den DS3 digitale data-strømmen. 70 MHz signalet, vanligvis betegnet et mellomfrekvenssignal (IF) blir inn-matet på en mikrobølgesender 54 hvor IF modulerer (eller oppkonverterer den digitale datastrømmen til) den 6.5 GHz bærefrekvensen. En lineærforsterker 56, dersom det er behov for dette, blir brukt for å styrke utgangseffekten opptil FCC lisensgrensen på 3150 watt. Fra forsterkeren 56 blir signalet sendt til en antenne 58 for sending til fjernstasjonen 60, slik det ses på fig. 2. The mooring management system 12 is equipped with a first signal processor and laser diode driver 24, a first laser diode 26, a camera 28, a video multiplexer, an encoder and sampler 30, a second signal processor and laser diode driver, a second laser diode. A coaxial gable 20 is connected between the video multiplexer and encoder 18 and the first signal processor and laser diode driver 24. Signals from a camera 28 on the mooring management system 12 are sent to a video multiplexer and encoder 30 and then to a second signal processor and laser diode driver 32. First and second laser diodes 26 and 30, respectively, receive signals from their respective signal processors and laser diode drivers 24 and 32. The signal processors modulate the laser diodes 26 and 34, which transmit the video signals through single-mode optical fiber cables 36 and 38, which are contained in the umbilical cord 40. The video multiplexer/encoders also samples each video signal at a high bit rate. The drone vehicle is equipped with first and second detectors/receivers 42 and 44 which receive signals from the respective laser diodes 26 and 34. These signals are fed into a decoder and the video demultiplexer 46. Separate signals representing the input from each camera 16,28 are fed to a video compressor multiplexer and encoder 48. Signals from one or more cameras 50 are also fed into the video compressor multiplexer and encoder 48. The video compressor multiplexer and encoder 48 performs the functions of video signal compression, digital encoding of each video signal, and multiplexing of the various video signals to create a serial data stream in DS3 format. The type of video compression used determines the image quality and affects the cost of the multiplexer units available. The standard format DS3 (also known as G.703) is a data stream at 44.736 Mbps. The DS3 data stream is sent to a modem modulator 52, which forms a 70 MHz radio frequency (rf) signal modulated by the DS3 digital data stream. The 70 MHz signal, usually designated an intermediate frequency (IF) signal is fed to a microwave transmitter 54 where the IF modulates (or upconverts the digital data stream to) the 6.5 GHz carrier frequency. A linear amplifier 56, if required, is used to boost the output power up to the FCC license limit of 3150 watts. From the amplifier 56, the signal is sent to an antenna 58 for transmission to the remote station 60, as seen in fig. 2.

Fjernstasjonen 60 er utstyrt med en mottakerantenne 62, en mottaker 64, en modemde-modulator 66, en videodekompresser, demultiplekser, og dekoder 68 og en eller flere monitorer eller rammegripere 70 og observasjon av videoen fra de forskjellige kameraene. The remote station 60 is equipped with a receiving antenna 62, a receiver 64, a modem demodulator 66, a video decompressor, demultiplexer, and decoder 68 and one or more monitors or frame grabbers 70 and observation of the video from the various cameras.

Antennen 58 på dronefartøyet 14 er fortrinnsvis en fast rundtstrålende antenne. En para-bolsk skyveantenne kan anvendes, men den må være rettet mot fjernstasjonen. Alterna-tivt kan det brukes en fast Yagiantenne, dersom det dynamiske posisjoneringssystemet på dronefartøyet 14 er i stand til å holde antennen kontinuerlig rettet mot mottageran-tennen 62 på fjernstasjonen 60. Et Yagiantennemønster har typisk en utgangsstrålevinkel på +/-15° ved en forsterkning på 12 dB. En rundtstrålende antenne sender over 360° ved en typisk forsterkning på 2 dB, og en skiveantenne med diameter på en fot har en utgangsstrålevinkel på +/- 4,5° ved en forsterkning på 22 dB. The antenna 58 on the drone vessel 14 is preferably a fixed radiating antenna. A parabolic push antenna can be used, but it must be aimed at the remote station. Alternatively, a fixed Yagi antenna can be used, if the dynamic positioning system on the drone vessel 14 is able to keep the antenna continuously directed towards the receiver antenna 62 at the remote station 60. A Yagi antenna pattern typically has an output beam angle of +/-15° at a gain of 12 dB. An omnidirectional antenna transmits over 360° at a typical gain of 2 dB, and a one-foot diameter dish antenna has an output beam angle of +/- 4.5° at a gain of 22 dB.

Siden mange varierende og forskjellige utførelser kan utføres innenfor rammen av det inventive konseptet som er beskrevet og siden mange modifikasjoner kan utføres i den detaljerte utførelsen i samsvar med lovens bestemmelse, må det forstås at detaljene her må tolkes som illustrerende og ikke på en begrensende måte. Since many varying and different embodiments can be made within the scope of the inventive concept described and since many modifications can be made in the detailed embodiment in accordance with the provision of the law, it must be understood that the details herein must be interpreted as illustrative and not in a limiting manner.

Claims

1. Video telemetry apparatus on a remotely controlled vehicle (10) controlled/controlled from a remote station (60), wherein a drone vessel (14) and mooring handling system (12) are used with the remotely controlled vehicle (10), and wherein the remotely controlled vehicle (10) and mooring handle the ring system (12) includes a plurality of video cameras (16) and devices (18, 24, 26, 28, 30, 32, 34) for producing a data stream from the camera signals, characterized by. means (42, 44, 46, 48) on the drone vehicle (14) for compressing, encoding and multiplexing the multiple camera signals into a serial data stream; f. devices (52) on the drone vehicle (14) for modulating a radio frequency signal with the compressed serial data stream; g. devices (54, 56, 58) on the drone vessel (14) for sending the signal; and h. devices (62, 64, 66, 68, 70) at the remote station (60) for receiving and observing the transmitted signal.

2. Video telemetn device according to claim 1, characterized in that the devices for sending the signal comprise: a. a transmitter (54); b. an amplifier (56); and c. an antenna (58).

3. Videotelemetnapparatus according to claim 1, characterized in that the devices at the remote station for receiving and observing the transmitted signal comprise: a. an antenna (62); b. a receiver (64); c. a modem demodulator (66); d. a video decompressor, demultiplexer and decoder (68); and e. a monitor/frame gripper (70).