NO336941B1 - Forbedret undervannsstasjon - Google Patents

Abstract

Undervannsstasjon innbefattende: En senderanordning (14, 16) plassert på en flyteanordning (15) forbundet med stasjonen (1), og en sporingsanordning (32) for å bestemme flyteanordningens (15) relative posisjon.

Description

FORBEDRET UNDERVANNSSTASJON

Den foreliggende oppfinnelse vedrører en kommunikasjonsstasjon under vann og spesielt en undervannsstasjon som er i stand til å sende og/eller motta signaler i et akustisk posisjoneringssys-tem.

Nærværende søker har beskrevet et undervannsposisjoneringssystem i korresponderende australske patentsøknad med prioritet fra australske midlertidige søknad nummer PR3894, hvis innhold i dette skrift fremlegges gjennom henvisning. I et slikt undervannsmiljø som det som beskrives i nærværende søkers korresponderende søknad, kreves det at signaler som sendes fra en undervannsstasjon, mottas med tilstrekkelig signalstyrke.

Én av hovedfaktorene som reduserer effektiviteten ved undervannskommunikasjon, er stråleav-bøyning. Stråleavbøyning forekommer i et langtrekkende dypvanns-sporingssystem (dvs. horison-tal forplantning av akustiske signaler). Uensartet vanntetthet får horisontale akustiske signaler til å brytes vertikalt til overflaten eller havbunnen. Denne effekten begrenser den maksimale horisontale rekkevidden av sporing på dypt vann. Dersom et akustisk undervannsfyr er plassert på havbunnen, vil stråleavbøyning begrense maksimumsrekkevidden, ettersom det akustiske signal vil brytes til havbunnen lenge før det akustiske signal når overflaten. Den tradisjonelle løsningen på dette problemet er å sette ut en rekke akustiske undervannsfyr nærmere hverandre, noe som har klare im-plikasjoner i forhold til økte kostnader og vedlikehold.

En alternativ løsning på problemet med stråleavbøyning er å sende signaler med meget høy effekt eller stor styrke fra det akustiske undervannsfyret. Når det akustiske signal brytes mot havbunnen, vil en liten del av dette signal bli reflektert opp mot havoverflaten. Dersom det akustiske signal er kraftig nok, vil det være mulig å påvise signalet ved overflaten. Denne type sporing er upålitelig, og det er vanskelig å forutsi signalstyrken ved mottakeren. Det andre problem med høyeffektssignaler er at det kreves en kraftigere energikilde ved det akustiske undervannsfyret. Enten brukes det en kraftig og dyr energikilde eller det akustiske undervannsfyrets levetid reduseres, idet kraftbehovet øker til omkring det tidobbelte.

GB 2089043 A beskriver lokaliseringen av en neddykket hydrofonkabel som taues bak et seismisk undersøkelsesfartøy ved hjelp av en sammenstilling av minst tre transpondere plassert på havbunnen og som genererer identifiserbare akustiske pulser ved mottak av et kommandosignal fra skipet. Signalene mottas av akustiske mottakere anordnet på hydrofonkabelen og ved fartøyet. Avstanden til hver akustisk mottaker kan triangulærberegnes ved hjelp av de genererte dataene.

Oppfinnelsen har til formål å avhjelpe eller å redusere i det minste én av ulempene ved kjent teknikk, eller i det minste å skaffe til veie et nyttig alternativ til kjent teknikk.

Formålet oppnås ved trekkene som er angitt i nedenstående beskrivelse og i de etterfølgende pa-tentkravene.

Det er derfor et formål med denne oppfinnelse å fremskaffe et forbedret system for å gjøre det mulig å sende signaler i et vannmiljø. Nærmere bestemt søker oppfinnelsen å anordne en undervannsstasjon som gir et større signalområde uten nødvendigvis å øke signalstyrken.

Med tanke på ovennevnte formål anordner den foreliggende oppfinnelse en undervannsstasjon som innbefatter: en flyteanordning som er anordnet under en vannoverflate;

en havbunnsstasjon plassert på en havbunn, idet nevnte flyteanordning er forbundet med nevnte havbunnsstasjon;

- en akustisk senderanordning plassert på en flyteanordning; og

- en sporingsanordning for å bestemme flyteanordningens relative beliggenhet i forhold til havbunnsstasjonen.

Flyteanordningen kan har regulerbar oppdrift for å kontrollere høyden av nevnte flyteanordning i forhold til nevnte havbunnsstasjon.

Flyteanordningen kan være forbundet med havbunnsstasjonen ved hjelp av en fleksibel stigeledning eller kabel.

Lengden av nevnte fleksible stigeledning eller kabel kan være regulerbar for å kontrollere høyden av nevnte flyteanordning i forhold til nevnte havbunnsstasjon.

Ideelt innbefatter sporingsanordningen minst én senderhydrofon som befinner seg på flyteanordningen, og en flerhet av mottakerhydrofoner som befinner seg på havbunnsstasjonen. I en alternativ konfigurasjon kan en senderhydrofon befinne seg på havbunnsstasjonen og mottakeri nn ret-ninger befinne seg på flyteanordningen.

Senderhydrofonen kan være en retningssender som er konfigurert slik at den retter et sendt signal mot havbunnsstasjonen.

Ideelt befinner det seg tre eller fire mottakerinnretninger som for eksempel mottakerhydrofoner, på havbunnsstasjonen. Mottakerinnretningene kan befinne seg på ytterpunkter av havbunnsstasjonen eller, i en alternativ utførelse, omkring en transduserring.

Stasjonen kan også innbefatte en posisjonsanordning for å fastslå havbunnsstasjonens helling, rulling og/eller retning/kurs.

I det etterfølgende beskrives eksempler på foretrukne utførelsesformer som er anskueliggjort på medfølgende tegninger, hvor: Figur 1 viser en basiskonfigurasjon for én utførelse av undervannsstasjonen; Figur 2 viser et blokkdiagram for én utførelse av undervannsstasjonen; Figur 3 viser en potensiell anvendelse av undervannsstasjonen; Figur 4 viser effekten av stråleavbøyning på én anvendelse av den foreliggende oppfinnelse; Figur 5 viser systemets relative bevegelse og den kompensasjon som er nødvendig; Figurer 6 og 7 viser en mulig konstruksjon av stasjonen ifølge den foreliggende oppfinnelse; Figur 8 viser en mulig konstruksjon av transduserringen ifølge den foretrukne utførelse av den foreliggende oppfinnelse; Figur 9 viser akustisk, mekanisk og kursfølerforskyvning for transduserringen; Figur 10 viser en mulig anordning av transduserringkalibreringen, sett ovenfra og fra siden; og

Figur 11 viser et blokkdiagram over stasjonens elektronikkhus og subenheter.

For å løse problemene knyttet til stråleavbøyning søker den foreliggende oppfinnelse å plassere ut det akustiske undervannsfyret over havbunnen. Dette vil la det akustiske signal brytes nedover, gå klar av bunnen og deretter brytes mot havoverflaten for derved å øke rekkevidden. Dette byr på flere problemer, idet hydroakustisk sporing fordrer at det akustiske undervannsfyrets posisjon er kjent og at målet på avstanden til det akustiske undervannsfyret bestemmes. Et potensielt problem med å plassere ut det akustiske undervannsfyret over havbunnen ved bruk av en fleksibel stigeledning, er at det akustiske undervannsfyret beveger seg med havstrømmene. Avhengig av anven-delsen kan et slikt system også måtte bestemme det akustiske undervannsfyrets posisjon i forhold til et fast nullpunkt. I dette tilfelle kan nullpunktet være en havbunnsstasjonl. Det foretrukne system er et dypvanns kort-baselinje-(Deep Water Short Base Line = DWSBL)-sporingssystem som måler posisjonen til et akustisk undervannsfyrs flytemodul eller splitthodemodul (SHM) 2 i forhold til havbunnsstasjonen 1. Siden havbunnsstasjonens 1 absolutte posisjon er kjent og SHM'ens 2 relative posisjon er kjent, kan SHM'ens 2 absolutte posisjon beregnes.

Den foreliggende undervannsstasjon er enestående ved at SHM'en 2 er fortøyd over havbunnen og det finnes to transmittere. SHM'en 2 har to transmittere, én senderhydrofon 14 som sender til havbunnsstasjonen 1, og én senderhydrofon 16 som sender til en mottaker 4 på et skip 5 (se figur 3). Én senderhydrofon 16 er en rundtstrålende høyeffekttransmitter som leverer hovedsporingssig-nalet til mottakeren 4 på skipet 5 og til andre havbunnsstasjoner 1 i nettverket dersom dette er aktuelt. Den andre senderhydrofon 14 er ideelt en retningssender. Den kan ha høyere frekvens, lavere effekt, være rettet nedover og er innrettet til kun å sende til havbunnsstasjonen 1.1 den foretrukne utførelse mottar fire mottakerhydrofoner 12 på havbunnsstasjonen 1 signalet fra splitthode-senderhydrofonen 14 og beregner SHM'ens 2 posisjon.

Etter at havbunnsstasjonene 1 er plassert ut, plasseres SHM'en 2 ut. SHM'en 2 er fortøyd til havbunnsstasjonen 1 ved hjelp av en stigekabel 10 og har positiv oppdrift. Dette gjør det mulig for SHM'en 2 å flyte i enden av stigekabelen 10. Så snart SHM'en 2 er plassert ut, vil den være fri til å bevege seg i havstrømmene (avstanden over havbunnen vil variere med strømmen).

SHM'ens 2 posisjon, som kan være av avgjørende betydning for systemnøyaktigheten, kan følges for å bestemme SHM'ens 2 posisjon i forhold til havbunnsstasjonens 1 posisjon. Splitthode-sporingssystemet gjør bruk av SHM'ens 2 senderhydrofon 14 for å beregne SHM'ens 2 posisjon. Havbunnsstasjonen 1 innbefatter fire mottakerhydrofoner 12 installert i kjente og kalibrerte posisjo-ner. Selv om tre hydrofoner er tilstrekkelig til å beregne SHM'ens 2 posisjon, er det på grunn av muligheten for at det akustiske signal skal komme i skyggen av stigekabelen 10, nødvendig med en fjerde mottaker i det foretrukne system. Den fjerde mottakerhydrofon 12 gir også redundans i tilfelle svikt i en mottakerhydrofon 12. Ut fra flukttiden mellom SHM'en 2 og mottakerhydrofonene 12 kan man beregne SHM'ens 2 rekkevidde i forhold til havbunnsstasjonen 1. Ut fra flukttidsdiffe-ransen kan man entydig bestemme SHM'ens 2 asimut og kurs. Kurs- og hellingsføleren 35 (figur 5) brukes til å korrigere for havbunnsstasjonens 1 statiske orientering og til å danne et tenkt refe-ranseplan parallelt med vannoverflaten. Splitthodets 2 relative posisjon i forhold til stasjonen 1 kan dermed bestemmes absolutt og entydig. Ettersom stasjonen vil ha blitt plassert ut gjennom oppmå-ling eller lokalisert på annen måte, kan SHM'ens 2 absolutte posisjon beregnes. Dersom det registreres et signal fra flere enn tre mottakerhydrofoner 12, er dette tilleggsinformasjon som kan benyttes til å forbedre nøyaktigheten av splitthodets beregnede posisjon. En minste kvadrats algoritme brukes for å maksimere forbedringen i nøyaktighet som fremskaffes via tilleggsinforma-sjonen.

Elektronikken i havbunnsstasjonen 1 innbefatter ideelt sett et antall subenheter som er montert i et hus 25 (figur 11) som er konstruert for å motstå svært høye trykk. Subenhetene kan innbefatte:

i) hovedstyringsenhet 31 og signalgenerator 30,

ii) signalprosessor og -detektor 33,

iii) høyspent DC/DC-omformer 27,

iv) høyeffektsforsterker, D-klasse 28,

v) transduser-conditioner 29,

vi) batteristyring 26,

vii) splitthode-styringsenhet for sporing 32,

Hovedstyringsenheten 31 overvåker driften av hele havbunnsstasjonen 1. Den har ansvar for å generere all intern presisjonstidsstyring og dekode all meldinger fra signalprosessor og -detektor-enhet 33, og å virke på dem. Den har også ansvar for å generere DSS-signalinformasjonen. Signalet som genereres av hovedstyringsenheten 31, forsterkes gjennom D-klasseforsterkeren 28 og deretter gjennom transduser-conditioneren 29 til selve senderhydrofonen 16. D-klasseforsterkeren 28 drives av høyspenning generert fra DC/DC-omformeren 27. Signalprosessor og -detektorenheten 33 har ansvar for å påvise et innkommende DSS-signal og deretter trekke ut ytterligere informasjon som er kodet i signalet, for behandling ved hjelp av hovedstyringsenheten 31.

Det er to ytterligere interne sammenstillinger:

Den første er batteristyringsenheten 26 som gjør det mulig å trekke mest mulig energi ut av batterimodulene 13. Den overvåker også eventuelle feiltilstander i batterimodulene 13 og virker slik at den reduserer tiden havbunnsstasjonen 1 ikke sender, til et minimum. Informasjon om feil overfø-res også via telemetriforbindelse til et hvilket som helst overflatefartøy 5 for iverksetting av tiltak.

Den andre ekstrasammenstilling er splitthode-styringsenheten for sporing 32 (figur 11), som beregner senderhydrofonenes 14 posisjon i forhold til havbunnsstasjonen 1.

Hver havbunnsstasjon 1 kan sende et entydig, kodet DSS-signal med jevne mellomrom. Systemet bruker fortrinnsvis et kodesystem som muliggjør simultanmottak av multiple signaler (for eksempel opp til 16 stasjoner). Kodesystemet bør også kunne gi bedre støyimmunitet i forhold til interferens-kilder som støyende skip eller andre akustiske sporingssystemer.

Dybdene havbunnsstasjonene 1 plasseres på, kan variere betydelig, noe som også gjelder hav-bunnstopografien. Som bemerket ovenfor, løser man problemet med stråleavbøyning ved å la SHM'en 2 flyte over havbunnen; dette muliggjør også kommunikasjon mellom stasjonene. Det vil si at senderhydrofonen 16 fortrinnsvis heves over havbunnen i SHM'en 2. SHM'en 2 innbefatter en flotasjonsmodul 15 som bærer hovedsenderhydrofonen 16 over havbunnsstasjonen 1. SHM'en 2 er forbundet med havbunnsstasjonen 1 via en elektrisk stigekabel 10.

Generelt sett må SHM'ens 2 høyde over havbunnen økes som en funksjon av vanndybden. Men siden SHM'en 2 følges av stasjonen 1, bør høyden holdes på et minimum. Ideelt sett vil SHM'en 2 flyte ikke mer enn 100 meter over havbunnsstasjonen 1, slik at den ikke i en altfor høy grad forstyr-rer systemnøyaktigheten.

Hver havbunnsstasjon kan plasseres ut ved hjelp av én av tre foretrukne fremgangsmåter. Disse er: 1) Fritt fall fra et fartøy; 2) Nedsenking i stilling ved bruk av en utplasseringskabel fra et skip på overflaten; eller

3) Nedsenking i stilling ved bruk av en ROV.

SHM'en 2 ifølge den foretrukne utførelse vil ha positiv oppdrift og være fortøyd ved hjelp av en stigekabel 10.

Avhengig av de særskilte krav, kan hver SHM's 2 flyteevne være regulerbar, og mengden stigekabel 10 som settes ut, kan også være regulerbar. Det vil si at graden av oppdrift og kabellengden kan reguleres.

Havbunnsstasjonen 1 kan også innbefatte en ramme 3 (figurer 6 og 7), som er en mekanisk innret-ning som transporterer, rommer og bærer de ulike deler av havbunnsstasjonen 1. For å bestemme dennes posisjon i forhold til havbunnsstasjonens 1 posisjon, og for å maksimere systemets spo-ringsnøyaktighet, bør SHM'en 2 følges av havbunnsstasjonen 1. For å følge SHM'ens 2 posisjon i det foretrukne system, installeres også et splitthode-sporingssystem på rammen, slik at SHM'ens 2 eksakte posisjon kan tas med i beregningen ved rekkeviddeberegninger.

Splitthode-sporingssystemet gjør bruk av en senderhydrofon 14 montert på SHM'en 2 og fire mottakerhydrofoner 12 montert på havbunnsstasjonen 1. De fire mottakerhydrofoner 12 i ett arrange-ment kan monteres i rammens 3 ytterste hjørner. Dette gjør at mottakerhydrofonene 12 ser størst mulige vinkler for beregninger og redundans.

Splitthode-sporingssystemet kan innbefatte en senderhydrofon 14 i SHM'en 2, idet de fire mottakerhydrofoner 12 er montert på stasjonen sammen med splitthode-sporingssystemet 32. Mottakerhydrofonene 12 bør monteres på steder hvor de gir utsikt til SHM'en 2 ovenfor, og fortrinnsvis så langt fra hverandre på havbunnsstasjonen 1 som mulig. Splitthode-sporingssystemet bruker senderhydrofonen 14 for å gi splitthode-sporingssystemet 32 en løsning for SHM'ens 2 posisjon. Sporingssystemet kan gjøre bruk av høyfrekvente SBL-teknikker for på nøyaktig vis å følge sender-hydrofonens 14 posisjon i forhold til havbunnsstasjonen 1. Posisjonsbestemmelsen kan også korrigeres for havbunnsstasjonens 1 stamping, rulling og kurs via kurs- og hellingsføleren 35, for derved å gi en absolutt posisjon for SHM'en 2.

I det foretrukne system, som vises på figurer 6 til 9, innbefatter splitthode-sporingssystemet en transduserring 34 forbundet med hver havbunnsstasjon 1, omfattende fire mottakerhydrofoner 12, en kurs- og hellingsføler 35 og tilhørende elektronikkretser for signalkondisjonering.

Hver av batterimodulene 13 kan være anbrakt i en batteri kasse 36 for å gi bedre beskyttelse for batteriene, samt underlette installasjon av batteriene. Batterikassen 36 kan holdes på plass ved hjelp av en festebrakett 37. Kabellokk 38 kan også være inkludert. Transduserringen 34 er ideelt plassert sentralt om stigekabelen 10 for å gi størst mulig nøyaktighet. Transduserringen 34 rommer alle mottakerhydrofonene 12. Det kan sees at mottakerhydrofonene 12 ideelt er spredt jevnt rundt transduserringen 34. Erfaring har som ovenfor bemerket, vist at fire mottakerhydrofoner gir optimalt resultat og i tillegg gir sikkerhet mot blokkering av signaler til én mottakerhydrofon 12. Det vil forstås at man kan inkludere et større antall mottakerhydrofoner 12, hvilket også kan gi større nøyak- tighet ved posisjoneringen av SHM'en 2. Det vil også forstås at utgangsstørrelsene fra eventuelle ekstra mottakerhydrofoner 12 som føyes til transduserringen 34, kan legges sømløst inn i minste kvadraters-algoritmen for å forbedre SHM'ens 2 posisjonsnøyaktighet uten å forandre oppbyg-ningen av systemet. Dersom systemet innbefatter en kurs- og hellingsføler 35, bør denne ideelt sett også plasseres på transduserringen 34. Disse innretninger kan være fast sammenkoplet og kalibreres som en enkelt enhet. Transduserringen 34 festes så til havbunnsstasjonen 1 og etterka-libreres for å eliminere jernfeil knyttet til stasjonen. For høypresisjonssystemer er denne kalibreringsprosessen absolutt nødvendig for å sikre splitthode-sporingssystemets nøyaktighet.

Formålet med kalibreringsprosessen er todelt; for det første å bestemme det akustiske midtpunkt for hver av de fire mottakerhydrofoner 12 for alle punkter innenfor overføringsrekkevidden, og for det andre å kalibrere kurs- og hellingsføleren 35 slik at den korrigerer for både "harde" og "myke" jernfeil.

Det akustiske midtpunkt for hver mottakerhydrofon 12 bør fastslås nøyaktig for å kunne beregne basislinjen for målingene. Mottakerhydrofonenes 12 akustiske midtpunkt kan variere med kurs, asimutvinkel og frekvens, og de akustiske midtpunkter bør derfor bestemmes for alle disse para-metere.

Som vist på figur 10, er transduserringen 34 installert på et dreiebord i en hydro-akustisk prøvetank med en senderhydrofon 14 i en kjent posisjon og derfor ved kjent asimutvinkel. Mottakstidspunktet for signalet i hver av de fire mottakerhydrofoner 12 måles så for hver frekvens, og mottakerhydrofonenes 12 akustiske midtpunkt blir så kalibrert og lagret i et ikke-dynamisk lager. Ringen 34 roteres så et kjent stykke, og prosessen gjentas til alle akustiske midtpunkter for alle kursvinkler er blitt registrert. Senderhydrofonen 14 flyttes så til en ny posisjon (og følgelig ny asimutvinkel), og transduserringen 34 roteres igjen for å registrere et nytt sett med akustiske midtpunkter. På denne må-ten skapes det et topografisk kart over de akustiske midtpunkter i hver av mottakerhydrofonene 12 for alle kurser (1 til 360 grader), alle frekvenser (66 kHz til 96 kHz) og alle asimutvinkler (fra 45 grader over horisontalplanet til vertikalt). Alle verdier lagres for så å utgjøre en oppslagstabell for korrigering av variasjoner i mottakerhydrofonenes 12 akustiske midtpunkter.

Den akustiske kalibrering av transduserringen 34 vil gi fire hydrofonområder med det vertikale ele-ments relative posisjon, dreieskivens relative horisontale posisjon og dreieskivevinkelen (figur 9). Disse opplysningene mates inn i en minste kvadraters algoritme, og en tabell over akustiske midtpunkter mot asimutvinkler og høydevinkler genereres i forhold til det mekaniske nullpunkt. Transduserringen 34 orienteres mekanisk til innenfor ±5° av dreieskivenullpunktet, det vil si at det vil eksistere en stor kursforskyvning mellom det mekaniske nullpunkt og det akustiske nullpunkt. Kurs-og hellingsføleren 35 kalibreres mekanisk til innenfor ±5° av det mekaniske nullpunkt. Forskyvning-en mellom kursnullpunkt og hydrofonens akustiske nullpunkt kan være så stor som ±10°, men denne kursforskyvningen er ikke et problem, ettersom NASNetStation-kursen vil være "box-in"-kalibrert.

Kurs- og hellingsføleren 35 kalibreres ved å plassere transduserringen 34 på et flatt dreiebord og notere kurs- og hellingsfølerens 34 målte kurs. Denne avlesningen sammenlignes så med den rettvisende kurs, og differansen lagres i ikke-dynamisk lager på kurs- og hellingsføleren 35. Transduserringen 34 dreies så gjennom en kjent vinkel, og denne prosessen gjentas til kurs- og hellings-føleren 35 er blitt dreid til sammen 360 grader.

Kalibreringen av kurs- og hellingsføleren 35 kan utvides ved å ta gjennomsnittet av et stort antall

registreringer som gjøres mens stasjonen plasseres ut. Selv om denne fremgangsmåten i seg selv er mindre følsom enn den foregående fremgangsmåte, har den en fordel i det at den minsker virk-ningen av jernfeilene som skyldes det ferromagnetiske byggematerialet som brukes i stasjonen, og bør dersom det brukes et tilstrekkelig antall datapunkter, forbedre kursnøyaktigheten i transduserringen 34.

Kurs- og hellingsføleren 35 ifølge det foretrukne system benytter et treakset faststoffmagnetometer for å bestemme havbunnsstasjonens 1 fysiske orientering. Det forstås at havbunnen ikke er kon-stant flat. Dersom havbunnsstasjonen 1 befinner seg i en skråning, for eksempel på en sandbanke, kan det derfor være at posisjoneringen av SHM'en 2 ikke blir nøyaktig dersom havbunnsstasjonens 1 posisjon og orientering ikke er kjent. Denne egenskapen kan kalibreres mot jordens magnetfelt på stasjonsstedet. Den kan også fungere som en kontroll for å sikre validiteten av SHM-posisjonen

2 ved sterke havstrømmer.

SHTS (Split Head Tracking System - splitthodesporingssystem) kan konfigureres slik at det regel-messig måler SHM'ens 2 posisjon og formidler posisjonen til alle havbunnsstasjoner 1, eller av-spørres syklisk av en overflatemottaker 4. Avhengig av miljøbetingelsene kan SHM'ens 2 posisjon avspørres fra én gang i timen til én gang pr. dag; dette er avhengig av anvendelsesområdet.

SHTS kan utplasseres ved bunnen av et hvilket som helst splitthodesystem. SHM'ens 2 posisjon kan registreres, videreformidles akustisk eller videreformidles via en landkabel. For systemet på figur 3 videreformidles SHM'ens 2 posisjon akustisk via systemets akustiske telemetriforbindelse.

Splitthode-senderhydrofonen 14 kan sende et signal med et 90-graders synsfelt. Stasjonens mottakerhydrofoner 12 har et 90-graders synsfelt. SHM'en 2 bør helst ligge innenfor ±45 grader av vertikalen for å gi et gyldig sporingssignal. Dersom SHM'en 2 ligger ved mer enn 45 grader i forhold til vertikalplanet, sendes mindre nøyaktige data, noe som resulterer i et mindre nøyaktig system.

Senderhydrofonen 14 sender et retningssignal til stasjonen 1. Overflatemottakeren 4 spør normalt om en SHM-posisjon 2. Stasjonen 1 måler SHM-posisjonen 2 og bringer resultatet videre til overflatemottakeren 4. Overflatemottakeren 4 kjenner stasjonens 1 absolutte posisjon og SHM'ens 2 relative posisjon, og kan således beregne SHM'ens 2 absolutte posisjon.

SHTS gjør bruk av en senderhydrofon 14 som befinner seg på SHM'en 2, og fire mottakerhydrofoner 12 på havbunnsstasjonen 1. Alternativt kan systemet konfigureres som én mottakerhydrofon 12 plassert på SHM'en 2 og fire senderhydrofoner 14 på havbunnsstasjonen 1.

Etter at stasjonen 1 har brukt opp all tilgjengelig energi i batteriene eller en hvilken som helst annen grunn, må havbunnsstasjonen 1 hentes opp og settes tilbake. Havbunnsstasjonen 1 kan hentes opp ved hjelp av én av to foretrukne fremgangsmåter. Disse er: 1) En ROV går ned med en opphentingskabel for å feste denne til havbunnsstasjonen 1, og så bruke denne til å heve den oppbrukte havbunnsstasjonen 1 til overflaten. 2) En akustisk utløsningsmekanisme kan skjære av strekkelementene i stigekabelen 10, hvilket lar SHM'en 2 flyte opp til overflaten. Festet til bunnen av stigeledningen vil det være en opphentingsline som vikles av fra stasjonen. Når vedlikeholdsskipet henter opp SHM'en 2, brukes opphentingslinen til å heve den oppbrukte havbunnsstasjonen 1 til overflaten.

Når det er nødvendig å hente opp havbunnsstasjonen 1, kan den flytende SHM'en 2 bli skadet under opphentingsarbeidet. For å unngå dette kan man som nevnt ovenfor, sende en akustisk in-struks til havbunnsstasjonen 1 om å frigjøre stigekabelen 1 for å la denne flyte fritt til overflaten for separat opphenting.

Havbunnsstasjonen 1 kan utstyres med et stort antall eksterne batterimoduler 13 for å drive trans-mitterne. Batterimodulene 13 kan inneholde enten alkaliske eller litiumbatterier (eller andre energi-kilder). Hver batterimodul 13 kan omfatte smartbatteriteknologi, slik at batteri modulen 13 kan overvåke sitt eget strømforbruk og forventet levetid. Batterimodulene 13 kan være i stand til å slå av tilførselen til en bestemt styreenhet dersom dennes strømforbruk er for høyt.

Signalene fra de fire mottakerhydrofoner 12 i splitthode-sporingssystemet vil kunne koples til splitt-hodesporingssystemet 32. Fire mottakerhydrofoner 12 brukes som en innebygget redundansfunk-sjon, ettersom det kun er behov for tre mottakerhydrofoner 12 for å måle splitthode-senderhydro-fonens 14 posisjon. Hver batterimodul 13 kan forsynes med intern intelligens, noe som vil gjøre det mulig for batterimodulen 13 å overvåke hovedstyringsenhetens 31 strømforbruk og kople fra strømmen dersom forbruket er for høyt. Hver batterimodul 13 har to plugger for utgangseffekt. Batterimoduler 13 kan kjedekoples i små grupper. Dersom en strømkabel 40 kortslutter, koples grup-pen eller den individuelle batterimodul 13 fra. Batterimodulene 13 kan også overvåke kortslutnings-eller overbelastningstilstander. Dersom kortslutningen eller overbelastningen elimineres, vil batterimodulen 13 kople seg selv til igjen.

Havbunnsstasjonen 1 er utformet for å utplasseres fra bakre del av et forsyningsskip 5 til havs og synke ned på havbunnen. Den foreliggende utførelse er konstruert for en maksimumsdybde på 3500 meter, hvilket om ønskelig kan utvides. Havbunnsstasjonens 1 eksteriør må utformes med tanke på å skulle motstå de daglige påkjenninger og harde forhold i et offshoremiljø; slag, støt, saltholdighet, utvendig trykk, temperaturer, vekst av alger og koraller osv.

For anvendelser hvor det brukes flere havbunnsstasjoner 1, vil den foretrukne løsning med entydig koding av hver havbunnsstasjon 1 som brukes i de sendte signaler, overvinne interferens fra andre akustiske systemer, og muligheten til å bruke et forholdsvis spredt nettverk av havbunnsstasjoner 1 og fartøys 5 passive mottakere 4 vil gi en betydelig reduksjon av styrken og rekkevidden av akustisk støy i undervannsomgivelsene.

Hver havbunnsstasjon 1 sender akustiske signaler til de tilstøtende havbunnsstasjoner; dette gjør det mulig for nylig tilføyde havbunnsstasjoner å egenkalibrere sin faktiske posisjon. Sammen med at havbunnsstasjonene kan plasseres opp til 10 kilometer fra hverandre, og at hver havbunnsstasjon har en batteribasert strømforsyning som kan gi opptil 12 måneders kontinuerlig drift, vil dette resultere i et betydelig redusert utplasseringsbehov.

Det akustiske signal som benyttes, og bruken av en SHM 2 som flyter over havbunnsstasjonen 1, kan kompensere for de kjente fysiske dypvannskarakteristika (f.eks. signalspredning). DSS-signalet håndterer signalsprednings- og støyforstyrrelseseffektene, og SHM'en 2 kan sende signalet på en slik måte at virkningene av stråleavbøyning (bøyning av signalet mot overflaten) motvir-kes.

I en anvendelse som den som vises på figur 4, hvor man søker å frembringe et posisjoneringssys-tem for bruk i vann, er nøkkelen til muligheten for flerbrukeranvendelse tidssynkroniseringen mellom mottakeren 4 og havbunnsstasjonene 1. Systemmottakere og -stasjoner opprettholder nøyak-tige taktgivere. Fasedifferansene mellom disse taktgivere må være kjent før man får en gyldig sporingsløsning. Taktsynkronisering oppnås ved at mottakeren 4 sender til havbunnsstasjonene og havbunnsstasjonene 1 svarer med sine registreringstider for sendesignalet. Det akustiske telemet-risystemet brukes til å overføre havbunnsstasjonens sendetidspunkt til mottakeren 4. Så snart takt-giverne er synkronisert, kan havbunnsstasjonens 1 sending omregnes til stasjonsrekkevidder. Det gjøres flere sendinger med målinger av tidsforskjell for å bygge opp en statistisk profil av tidsfor-skjellen. Denne prosessen kan gjentas hver 12. til 24. time for å overvinne taktforskyvning.

Den foreliggende havbunnsstasjon 1 kan også brukes til å måle og/eller overvåke undervanns-strømmer. Det vil si at havbunnsstasjonen 1 kan plasseres i et område hvor det er ønskelig å overvåke eller måle strømmen i vannet. SHM'en 2 får igjen flyte over havbunnsstasjonen 1 og bevege seg under påvirkning av strømmen. Sporingssystemet som allerede er forklart, vil igjen gjøre det mulig å bestemme SHM'ens 2 relative posisjon i forhold til havbunnsstasjonen 1. Gjennom kjenn-skap til splitthodesystemets flyteegenskaper kan den relative strømning fastslås på grunnlag av splitthodets posisjon.

Claims (17)

1. Undervannsstasjon,karakterisert vedat den omfatter: en flyteanordning (15) som er anordnet under en vannoverflate; en havbunnsstasjon (1) plassert på en havbunn, idet nevnte flyteanordning (15) er forbundet med nevnte havbunnsstasjon (1); en akustisk senderanordning (14,16) plassert på en flyteanordning (15); og en sporingsanordning (32) for å bestemme nevnte flyteanordnings (15) relative posisjon i forhold til nevnte havbunnsstasjon (1).

2. Undervannsstasjon som angitt i krav 1,karakterisertved at nevnte flyteanordning (15) har regulerbar oppdrift for å kontrollere høyden av nevnte flyteanordning (15) i forhold til nevnte havbunnsstasjon (1).

3. Undervannsstasjon som angitt i krav 1 eller 2,karakterisertv e d at nevnte flyteanordning (15) er forbundet med nevnte havbunnsstasjon (1) ved hjelp av en fleksibel stigeledning eller kabel (10).

4. Undervannsstasjon som angitt i krav 3,karakterisertved at lengden av nevnte fleksible stigeledning eller kabel (10) er regulerbar for å kontrollere høyden av nevnte flyteanordning (15) i forhold til nevnte havbunnsstasjon (1).

5. Undervannsstasjon som angitt i krav 1 eller 2,karakterisertved at nevnte sporingsanordning (32) innbefatter: minst én senderhydrofon (14) plassert på nevnte havbunnsstasjon (1); og i det minste én mottakeranordning (12) plassert på nevnte flyteanordning (15), og hvor nevnte mottakeranordning (12) kan påvise et sendesignal fra minst tre senderhydrofoner (14).

6. Undervannsstasjon som angitt i krav 3 eller 4,karakterisertved at nevnte sporingsanordning (32) innbefatter: fire senderhydrofoner (14) plassert på nevnte havbunnsstasjon (1); og i det minste én mottakeranordning (12) plassert på nevnte flyteanordning (15), og hvor nevnte mottakeranordning (12) kan påvise et sendesignal fra nevnte senderhydrofoner (14).

7. Undervannsstasjon som angitt i krav 5 eller 6,karakterisertved at nevnte senderhydrofoner (14) er retningssenderhydrofoner som er konfigurert slik at den retter nevnte sendesignal mot nevnte flyteanordning (15).

8. Undervannsstasjon som angitt i krav 1 eller 2,karakterisertved at nevnte sporingsanordning (32) innbefatter: minst én senderhydrofon (14) plassert på nevnte flyteanordning (15); og minst tre mottakeranordninger (12) plassert på nevnte havbunnsstasjon (1), og hvor nevnte i det minste tre mottakeranordninger (12) kan påvise et sendesignal fra nevnte minst ene senderhydrofon (14).

9. Undervannsstasjon som angitt i krav 3 eller 4,karakterisertved at nevnte sporingsanordning (32) innbefatter: minst én senderhydrofon (14) plassert på nevnte flyteanordning (15); og fire mottakeranordninger (12) plassert på nevnte havbunnsstasjon (1), og hvor nevnte mottakeranordninger (12) kan påvise et sendesignal fra nevnte minst ene senderhydrofon (14).

10. Undervannsstasjon som angitt i krav 8 eller 9,karakterisertved at nevnte senderhydrofon (14) er en retningssenderhydrofon som er konfigurert slik at den retter nevnte sendesignal mot nevnte havbunnsstasjon (1).

11. Undervannsstasjon som angitt i krav 9,karakterisertved at fire nevnte mottakeranordninger (12) er anbrakt ved ytterpunkter av nevnte havbunnsstasjon (1).

12. Undervannsstasjon som angitt i krav 9,karakterisertv e d at fire nevnte mottakeranordninger (12) er anbrakt om en transduserring (34) montert på nevnte havbunnsstasjon (1).

13. Undervannsstasjon som angitt i krav 12,karakterisertv e d at nevnte fleksible stigeledning eller kabel (10) strekker seg hovedsakelig gjennom et midtpunkt i nevnte transduserring (34).

14. Undervannsstasjon som angitt i et hvilket som helst av de foregående krav,karakterisert vedat den videre innbefatter et hus for oppbe-varing av en energikilde (13).

15. Undervannsstasjon som angitt i et hvilket som helst av kravene 5 til 12,karakterisert vedat nevnte mottakeranordning (12) er mottakerhydrofoner.

16. Undervannsstasjon som angitt i et hvilket som helst av de foregående krav,karakterisert vedat den videre innbefatter en posisjonerings-anordning (35) for å bestemme nevnte havbunnsstasjons (1) helling, rulling og/eller kurs.

17. Undervannsstasjon som angitt i krav 1,karakterisertv e d at den videre innbefatter en behandlingsanordning for å bestemme under-vannsstrømmer som en funksjon av flyteanordningens (15) posisjon.