国产自产21区,亚洲97,免费毛片网,国产啪视频,青青青国产在线观看,国产毛片一区二区三区精品

專利名稱：用于提高精度地將載荷配置到水下目標(biāo)位置的裝置及其控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種將一物體配置到一個(gè)水下目標(biāo)位置上的裝置，該裝置設(shè)置有信標(biāo)以發(fā)射聲線和多個(gè)推進(jìn)器以控制該裝置相對于水下目標(biāo)位置的定位。
該現(xiàn)有技術(shù)的設(shè)備被用于將高達(dá)1000噸和更高的載荷配置到位于很深深度的海床上，例如3000米或者更深，或者從該海床上回收該載荷，通過控制浮在海面上的船只的甲板上的裝置來控制上述設(shè)備。該控制裝置需要盡可能精確地知道該設(shè)備的確切位置。為此，在該設(shè)備的臺板上的信標(biāo)將聲線穿過海水發(fā)射到船只上。一個(gè)適合的接收器接收這些聲線并將它們轉(zhuǎn)換為用于計(jì)算設(shè)備相對于船只得位置的電信號。
可是，由于聲線在海水中的偏差，隨著在海水下的設(shè)備的深度的增加，位置測量的精度下降。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，在開始限定的該設(shè)備的特征在于設(shè)置有聲音速度計(jì)以測量在圍繞該設(shè)備的流體中的聲音速度。于是，在流體中的特定位置上的聲速可以作為在流體中深度的函數(shù)被連續(xù)測量。從這些數(shù)據(jù)，可以在線(實(shí)時(shí))確定聲線的局部偏移。迄今為止，這樣的實(shí)時(shí)確定是不可能的。這將允許對實(shí)施測量的位置測量值進(jìn)行修正。
在優(yōu)選實(shí)施例中，推進(jìn)器包括第一組設(shè)置有扭矩控制功能的推進(jìn)器和第二組設(shè)置有平移功能的推進(jìn)器，第二組推進(jìn)器的每一個(gè)推進(jìn)器設(shè)置有旋轉(zhuǎn)致動(dòng)器。
這是十分有利的實(shí)施例。只需要兩個(gè)推進(jìn)器以防止在配置期間連接到載荷上的設(shè)備的任何不希望的旋轉(zhuǎn)，于是避免了已經(jīng)在WO99/61307說明的涉及運(yùn)送載荷的起重繩的扭轉(zhuǎn)和轉(zhuǎn)動(dòng)所帶來的所有問題。此外，只需要兩個(gè)推進(jìn)器以控制帶有載荷的設(shè)備到希望的水平座標(biāo)的定位。于是，在下降帶有設(shè)備的載荷之前，該設(shè)備可以將載荷移動(dòng)到希望的水平座標(biāo)上，當(dāng)已經(jīng)達(dá)到這些座標(biāo)時(shí)，起重繩可以將載荷下降到在海床上它所希望的位置，同時(shí)推進(jìn)器將載荷保持在希望的座標(biāo)上以防止載荷出現(xiàn)任何不希望的轉(zhuǎn)動(dòng)。只有當(dāng)?shù)竭_(dá)海床上的希望的位置時(shí)，才可以根據(jù)所指示的扭矩的控制通過推進(jìn)器隊(duì)載荷進(jìn)行必要的轉(zhuǎn)動(dòng)。從美國專利US-A-5898746中可以得知用于將載荷配置到希望的位置的旋轉(zhuǎn)推進(jìn)器和水下設(shè)備。
本發(fā)明的設(shè)備優(yōu)選設(shè)置有載荷傳感器，該載荷傳感器被用于測量被設(shè)備接合的載荷的重量。當(dāng)載荷被放置在海床上時(shí)，這個(gè)重量會(huì)突然下降。于是一個(gè)指示重量突然下降的信號被用于確定何時(shí)設(shè)備與載荷分離。
本發(fā)明還涉及一種驅(qū)動(dòng)設(shè)備將物體配置到水下目標(biāo)位置上的處理裝置，該設(shè)備被設(shè)置有信標(biāo)以發(fā)射聲線和多個(gè)推進(jìn)器以控制所述設(shè)備相對于水下目標(biāo)位置的定位，和聲速計(jì)以測量在圍繞所述設(shè)備的流體中的聲速并實(shí)時(shí)傳送聲速數(shù)據(jù)，該處理裝置設(shè)置有聲波接收器以接收所述聲線，該處理裝置通過利用從所述聲線從讀出的數(shù)據(jù)來進(jìn)行確定設(shè)備位置的計(jì)算，其特征在于，該處理裝置被布置成從所述速度計(jì)在線接收聲速計(jì)數(shù)據(jù)來確定在流體中的聲速分布并從所述聲速分布計(jì)算通過設(shè)備傳送的所述聲線通過流體的偏離，以及使用這個(gè)計(jì)算來實(shí)時(shí)確定所述設(shè)備的位置。
這樣的處理裝置能夠控制所述設(shè)備的驅(qū)動(dòng)以便非常高精度地到達(dá)在希望方位中的希望位置，即使在很深的水下。當(dāng)帶有載荷設(shè)備下降時(shí)，該處理裝置恒定地從所述速度計(jì)在線接收聲速計(jì)數(shù)據(jù)來確定在流體中的聲速分布并從所述聲速分布計(jì)算通過設(shè)備傳送的所述聲線通過流體的偏離，以及使用這個(gè)計(jì)算來實(shí)時(shí)確定所述設(shè)備的位置。
這樣的處理裝置可以安裝在漂浮在水面上的船只上。可是可以理解的是，確定在流體中的聲速分布并從所述聲速分布計(jì)算通過設(shè)備傳送的所述聲線通過流體的偏離的部分功能可以通過安裝在其它位置的處理器執(zhí)行，甚至是安裝在設(shè)備本身上。
優(yōu)選的是，在正好在船只下面設(shè)置有聲速計(jì)以測量水表面流體層中關(guān)于任何聲線偏離的實(shí)際數(shù)據(jù)，并實(shí)時(shí)校正所述設(shè)備的位置的計(jì)算。
通過連接到船只外殼的聲基陣接收來自所述設(shè)備的聲信號。
在非常優(yōu)選的實(shí)施例中，聲基陣和設(shè)備購設(shè)置有不同的回轉(zhuǎn)羅盤以測量各自的起伏、扭擺和傾斜。從回轉(zhuǎn)羅盤輸出的數(shù)據(jù)用于進(jìn)一步增加設(shè)備位置測量的精度。
本發(fā)明還涉及一種包括上述船只和上述設(shè)備的系統(tǒng)。
本發(fā)明還涉及一種驅(qū)動(dòng)設(shè)備將物體配置到水下目標(biāo)位置上的方法，該設(shè)備被設(shè)置有信標(biāo)以發(fā)射聲線和多個(gè)推進(jìn)器以控制所述設(shè)備相對于水下目標(biāo)位置的定位，和聲速計(jì)以測量在圍繞所述設(shè)備的流體中的聲速并實(shí)時(shí)傳送聲速數(shù)據(jù)，該方法包括步驟—接收所述聲線；—通過利用從所述聲線從讀出的數(shù)據(jù)來進(jìn)行確定設(shè)備位置的計(jì)算，其特征在于，—從所述速度計(jì)在線接收聲速計(jì)數(shù)據(jù)來確定在流體中的聲速分布；并—從所述聲速分布計(jì)算通過設(shè)備傳送的所述聲線通過流體的偏離，以及使用這個(gè)計(jì)算來實(shí)時(shí)確定所述設(shè)備的位置。
上述方法可以完全被適合的計(jì)算機(jī)程序?qū)崿F(xiàn)，其在被處理裝置加載之后進(jìn)行控制。因此，本發(fā)明還涉及一種計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品，包括有數(shù)據(jù)和指令，其在被處理裝置加載之后提供所述裝置執(zhí)行如上所述的方法的能力另外本發(fā)明還涉及一種如上所述的計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品的數(shù)據(jù)載體。


圖1顯示了表示了近海的石油化學(xué)產(chǎn)品的回收設(shè)備的FPSO(漂浮、生產(chǎn)、儲(chǔ)存和卸載系統(tǒng))的示意概括視圖；圖2顯示了根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的起重船和顯示了裝備到起重機(jī)的帶有長繩的滑輪上的載荷，借此可以看到在很深的深度上對載荷的控制室根本不可能的；
圖3顯示了根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)用于將載荷配置到海床上或者從該海床上回收該載荷的起重船和水下系統(tǒng)；圖4顯示了一個(gè)可能的水下系統(tǒng)的實(shí)施例的詳細(xì)概括圖；圖4a顯示了一個(gè)旋轉(zhuǎn)的推進(jìn)器的詳細(xì)概括圖；圖5顯示了水下系統(tǒng)的俯視圖；圖6a和6b示意性地顯示了具有一些探測器的主要組件的下側(cè)；圖7a顯示了在船只甲板上的電子設(shè)備的示意框圖；圖7b顯示了涉及一個(gè)聲基陣的和涉及該水下系統(tǒng)的電子設(shè)備的示意框圖；圖8顯示了在將水下系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)到其目標(biāo)位置期間使用的不同座標(biāo)系統(tǒng)的定義。
通過作業(yè)船1開采石油或者天然氣，該開采要求幾個(gè)相對重的物體高精度地定位在海床4上。
通過系泊腿5來固定適合的安全的錨定，這將要求這些系泊腿5具有大致相等的長度。在實(shí)踐中所使用的錨具有50噸的重量或者更重，其在幾米的精度范圍內(nèi)放置在海床4上。此外，不僅錨6本身很重，連接到錨上的系泊腿5也具有等于或者幾倍于錨重量的重量。
對于諸如“模板”，“重力升降機(jī)基座”，“生產(chǎn)歧管”的物體，升降器將這些物體以相當(dāng)高的精度放置在海床4上。
在圖1中顯示的物體是需要用于在海上采集的石油和天然氣，它們不僅十分重，還十分貴。
圖2顯示了根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的船只20，在其上具有起重裝置，例如起重機(jī)21。在起重機(jī)21上設(shè)置有起重繩22，借此一個(gè)物體或者載荷4能夠被放置到海床5上。為了對載荷23進(jìn)行定位，需要與起重機(jī)21一起移動(dòng)表面支撐。
其結(jié)果是，在一個(gè)給定的時(shí)間，載荷23將會(huì)克服慣性，但是由于載荷23的加速，將發(fā)生不可控制的情況，借此將會(huì)越過目標(biāo)區(qū)域。因?yàn)槠鹬乩K22和載荷4容易受到海浪的影響的事實(shí)，當(dāng)起重繩22被降下時(shí)，載荷23將不會(huì)直線向下移動(dòng)。另外，船只的起伏、搖擺荷側(cè)頃將會(huì)對所能夠?qū)崿F(xiàn)的精度產(chǎn)生消極的影響。
圖3顯示了設(shè)置有用于將載荷43放置到海床4上的水下設(shè)備或系統(tǒng)50的起重船只40。船只40包括第一起重裝置，例如絞盤41，其設(shè)置有第一起重繩42。通過這個(gè)起重繩42，載荷43，例如承載板，能夠被展開和放置到海底。
如上所述，使用漂浮作業(yè)平臺對石油和天然氣的開采要求幾個(gè)重的物體必須被放置到海床4上，此外，這些物體必須以非常高精度放置在海床4上。因?yàn)樵诂F(xiàn)今上述開采的作業(yè)深度到達(dá)3000米或更深的事實(shí)，要取得所要求的精度變得很困難，例如需要解決的一個(gè)問題是載荷43被起重繩42運(yùn)載時(shí)可能會(huì)產(chǎn)生的轉(zhuǎn)動(dòng)。
為了在展開時(shí)控制載荷43的位置，為了能夠在要求的精度范圍內(nèi)將載荷43定位在海床4上，設(shè)備或者系統(tǒng)50已經(jīng)被固定到起重繩42上。將參考附圖4、5、6a和6b描述在系統(tǒng)50的一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施例。
系統(tǒng)50可以被接合到起重繩42的端部。可替換的是，系統(tǒng)50可以直接接合在載荷43上。系統(tǒng)50包括第一或者主組件51，設(shè)置有諸如推進(jìn)器56(i)的驅(qū)動(dòng)裝置，i＝1，2，3...I，I是整數(shù)(圖4和5)。系統(tǒng)還包括第二或者副組件52。副組件52也設(shè)置有推進(jìn)器56(i)。在使用中，主組件51的和副組件52的推進(jìn)器將位于起重繩42的相對側(cè)。
系統(tǒng)50通過第二起重繩45被接合在船只40上，該第二起重繩45能夠用第二起重裝置被操作，例如第二絞盤44。第二起重繩45可以通過一個(gè)A形構(gòu)架49被設(shè)置在船外。第二絞盤44和第二起重繩42通常分別比第一起重裝置48和第一起重繩42重量輕。系統(tǒng)50通過臍帶46還被連接到船只40上。臍帶46能夠被連接到起重繩45上或者能夠從第三絞盤47單獨(dú)被降下。用于給系統(tǒng)50提供電力的電纜以及電線和光纖等被容納在臍帶之內(nèi)。在系統(tǒng)50中，設(shè)置有將電力轉(zhuǎn)換為液壓動(dòng)力的一般裝置。液壓動(dòng)力隨后將用于控制諸如推進(jìn)器56(i)和輔助工具等裝置。
因?yàn)樽罱拈_采作業(yè)在越來越深的深度進(jìn)行，長的起重繩42和載荷43的扭擺荷轉(zhuǎn)動(dòng)將成為一個(gè)大問題。因?yàn)橹氐妮d荷43被連接在起重繩42的下側(cè)，這樣的扭擺和轉(zhuǎn)動(dòng)將在起重繩上產(chǎn)生相對大的磨損，可能會(huì)對起重繩造成破壞。該磨損可以很嚴(yán)重以至使起重繩42斷裂，載荷43將被丟失。另外的問題是，因?yàn)槠鹬乩K的過度扭擺，在船只上的繩將從滑輪上脫離。
因?yàn)橹鹘M件51的和副組件52的推進(jìn)器56(i)分別位于起重繩42的相對側(cè)，將在兩個(gè)方向上再起重繩上作用兩個(gè)相反的扭矩。于是借助于這種方式，系統(tǒng)形成一種防扭擺裝置。為了改善這種防扭擺裝置的性能，優(yōu)選的是，可以改變在主組件51的和副組件52之間的距離。
圖4顯示了用于將載荷43放置到海床4上的系統(tǒng)50的一個(gè)可能的實(shí)施例的總體視圖。圖5顯示了根據(jù)圖4的系統(tǒng)的俯視圖。
系統(tǒng)50包括主組件51、副組件52和臂53。臂53能夠從主組件51上分離出來。該裝置，即主組件51可以作為一個(gè)模塊化系統(tǒng)被單獨(dú)使用。臂53設(shè)置有槽54。在該槽54的相對側(cè)設(shè)置有兩個(gè)頂柱57、58，其中的一個(gè)可以相對于另一個(gè)移動(dòng)。在這些頂柱57、58的端部表面之間，可以夾住諸如載荷43的起重塊的物體。為了改善在頂柱57、58和物體之間的接觸，頂柱的各個(gè)端部容納有具有摩擦元件襯的夾緊板，該摩擦元件由諸如專用橡膠的高摩擦材料制成。
在使用中，推進(jìn)器56(i)可以用于相對于在海床4上目標(biāo)區(qū)域?qū)ο到y(tǒng)50進(jìn)行定位。推進(jìn)器56(i)能夠被致動(dòng)以便從主要在系統(tǒng)50內(nèi)側(cè)的第一位置移動(dòng)到推進(jìn)器射出系統(tǒng)50的位置。兩個(gè)上推進(jìn)器56(2)、56(3)相對于水下系統(tǒng)50被轉(zhuǎn)動(dòng)。它們是，例如安裝在各自的轉(zhuǎn)動(dòng)致動(dòng)器65(1)、65(2)上的。其目的將在下文進(jìn)行解釋。推進(jìn)器56(2)在圖4a中被放大顯示。
在圖5中，顯示主組件51的頂部的兩個(gè)位置以便將主組件連接到第二起重繩45和/或臍帶46上。當(dāng)主組件51被分別用于，能夠使用位置61。當(dāng)組件61在空氣中和水下被展開時(shí)，主組件61將被平衡。
當(dāng)系統(tǒng)50被使用時(shí)，在船只40和系統(tǒng)50之間的連接將被固定在位置62上，以為了保持系統(tǒng)在空氣中和水下的平衡。為了改善系統(tǒng)的平衡，可以將輔助的平衡重55固定到系統(tǒng)50上。
在使用中，設(shè)備50將沒有任何浮力。為了改善系統(tǒng)在水下的移動(dòng)性，臂53上設(shè)置有孔59，以便避免在下降時(shí)由于壓力增加引起的結(jié)構(gòu)損壞以及確保在回收期間快速排水。
如上所述，有利的是，副組件52可以相對于主組件51被移動(dòng)。這可以通過使用頂柱64a實(shí)現(xiàn)。
組件51包括外部構(gòu)件和內(nèi)部構(gòu)件(未示出)。內(nèi)部構(gòu)件優(yōu)選是圓柱形的。通過將外部構(gòu)件連接到內(nèi)部構(gòu)件上，可以實(shí)現(xiàn)強(qiáng)度非常大的結(jié)構(gòu)。為了避免在系統(tǒng)中的早期疲勞，結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度是必須的。
組件51例如可以部分由高抗拉的鋼制成，借此可以設(shè)計(jì)成被用作第一起重繩42或者第二起重繩45的整體部分。這意味著，組件51的頂側(cè)將被連接到起重繩45的第一部分上，組件51的下側(cè)將被連接到起重繩45的第二部分上，或者組件51的下側(cè)將被直接連接到載荷上。通過這種方式，在起重繩上的載荷將被傳送通過組件51。
如前所述，組件51設(shè)置有用于轉(zhuǎn)換電能的推進(jìn)器驅(qū)動(dòng)270，其將通過臍帶47傳遞的電能轉(zhuǎn)換為液壓動(dòng)力。這個(gè)推進(jìn)器驅(qū)動(dòng)270包括電機(jī)、泵、歧管和液壓蓄能器。這樣的轉(zhuǎn)換裝置對于本發(fā)明的技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員是已知的，在此不需要特別的解釋。為了將相對于其它物體的相對的位置和絕對的位置的數(shù)據(jù)傳送到控制系統(tǒng)和/或在船只上的操作者，組件51還包括傳感器裝置和控制裝置，將在下文進(jìn)行詳細(xì)解釋。組件51裝備有傳感器接線盒。此外，組件51包括有光源87、帶有起伏、擺晃和傾斜傳感器的回轉(zhuǎn)羅盤256、搖拍和傾斜拍攝的彩色攝像機(jī)97、帶有數(shù)字石英深度的傳感器253、聲速計(jì)258、以及sonardyne小型Rov導(dǎo)航儀264。在組件51的下側(cè)，安裝有幾個(gè)平臺光源94、搖拍和S.I.T.攝像機(jī)93、高度計(jì)262、多普勒記錄裝置266、雙頭掃描聲納260。它們被這樣安裝，在使用時(shí)只有清澈的海水災(zāi)它們下面。在圖6a和6b中對它們進(jìn)行了示意性的顯示。可以理解的是，它們也可以位于其它的位置，例如在組件52的下側(cè)。此外，負(fù)載傳感器268是系統(tǒng)51的一部分。在圖7b中概括地指示出了所有這些部件。
如上所述，一旦載荷到達(dá)它預(yù)定的深度，高分辨率的聲納設(shè)備260與由多普勒記錄裝置266測量的距離記錄一同的使用對于獲得所要求的精度是很重要的。聲納設(shè)備260將用于確定相對于在海床上的至少一個(gè)物體的位置。使用距離測量記錄，將有可能將定位活動(dòng)與表面支撐、以及與其它的諸如LBL(長基底線)陣列(或者，其它的諸如USBL)聲波應(yīng)答器裝置分離開來，而將在大的半徑下獲得在厘米級的范圍內(nèi)精度。
圖7a顯示了安裝在船只40上的電子裝置200，而圖7b顯示了帶有速度計(jì)248和回轉(zhuǎn)羅盤252的聲基陣250。圖7b還顯示了安裝在水下系統(tǒng)50上的水下電子裝置249。
在圖7a顯示的裝置包括四個(gè)處理器導(dǎo)航處理器202、聲波處理器224、聲納控制處理器236和推進(jìn)器控制處理器240。導(dǎo)航處理器202與其它三個(gè)處理器224、236、240相連接，用于相互通信和互補(bǔ)。導(dǎo)航處理器202還與表面定位設(shè)備DGPS(差分全球定位系統(tǒng))204、船只回轉(zhuǎn)羅盤206四個(gè)顯示裝置208、210、212、214、以及打印裝置218、鍵盤220、鼠標(biāo)222和光纖(多路)信號分離器244相連接。如果需要，可以設(shè)置錄像分離器216將導(dǎo)航處理器202的SVGA信號傳送到兩個(gè)或者更多的顯示裝置上。在圖7a中，顯示裝置212、214通過錄像分離器216被連接到導(dǎo)航處理器202上。
光纖(多路)信號分離器244也連接到聲波處理器224、聲納控制處理器236和推進(jìn)器控制處理器240上。
聲波處理器224被連接到一個(gè)命令和控制裝置226上，該控制裝置226還被連接到鍵盤230、鼠標(biāo)232和顯示裝置238上，所有這些一起形成USBL表面裝置234。
聲波處理器224被連接到帶有運(yùn)動(dòng)傳感裝置252和速度計(jì)248的可展開的聲基陣250上。在使用中，可展開的聲基陣250優(yōu)選被安裝在低于船只40的龍骨下面的2.5米的位置上。
光纖(多路)信號分離器244被連接到另一個(gè)安裝在水下系統(tǒng)50上的另外的光纖(多路)信號分離器246上。一個(gè)將兩個(gè)光纖(多路)信號分離器244、246連接在一起的光纖優(yōu)選被容納在臍帶46之內(nèi)(圖3)。
聲納控制處理器236被連接到顯示裝置238上。推進(jìn)器控制處理器240被連接到顯示裝置242上。
在圖7b中以框圖的形式顯示了水下設(shè)備249。具有數(shù)字石英(digiquartz)深度傳感器的USBL應(yīng)答器255、具有運(yùn)動(dòng)傳感器256的回轉(zhuǎn)羅盤、(可去除的)聲速計(jì)258、雙頭掃描聲納260、高度計(jì)262、sonardyne小型Rov導(dǎo)航儀264、多普勒測距記錄裝置266、負(fù)載傳感器268和推進(jìn)器驅(qū)動(dòng)控制器270都被連接到光纖(多路)信號分離器244上。
此外，圖7b還顯示了兩個(gè)能夠安裝到海床或者安裝到將被配置的載荷(或者是已經(jīng)在海床上的另外的結(jié)構(gòu))上的信標(biāo)272、274。這些信標(biāo)能夠例如借助于sonardyne小型Rov導(dǎo)航儀264(或者相應(yīng)的設(shè)備)被詢問以將聲波信號傳送回系統(tǒng)50，其可以被系統(tǒng)50本身利用以確定和測量相對于這些信標(biāo)的距離和方位。這樣的聲波遙測線路相對于測量位置具有相當(dāng)高的測量精度。這樣的信標(biāo)的數(shù)量不局限于在圖7b中所顯示的兩個(gè)。
功能性在圖7a和7b中所示的部件的功能如下所述為了計(jì)算和顯示船只的方位和其固定的偏差，導(dǎo)航處理器202采集表面定位設(shè)備的數(shù)據(jù)(DGPS接收器、DGPS校正器、船只回轉(zhuǎn)羅盤和船只運(yùn)動(dòng)傳感器204和206)。
通過光纖(多路)信號分離器244、246，導(dǎo)航處理器202發(fā)送不同的定位信號到系統(tǒng)50的導(dǎo)航儀器，即多普勒記錄裝置266、高度計(jì)262、以及回轉(zhuǎn)羅盤格運(yùn)動(dòng)傳感器256。在設(shè)定之后，它接收來自于這些儀器的數(shù)據(jù)、以及系統(tǒng)50的距離/方位深度數(shù)據(jù)(借助于聲波處理器224)，以便計(jì)算和顯示系統(tǒng)50的方位和絕對坐標(biāo)。
已經(jīng)開發(fā)出在導(dǎo)航處理器202中的集成軟件，包括動(dòng)態(tài)定位控制器軟件，該軟件能夠手工或者自動(dòng)工作以確定系統(tǒng)50的預(yù)定方位和在許多航向點(diǎn)之間選擇和執(zhí)行預(yù)定的定位。此外，在船只駕駛艙的操作員能夠輸入偏差以選擇航向點(diǎn)，該偏差用相對于系統(tǒng)50的方位的XY坐標(biāo)輸入。還存在另一個(gè)可能性，即通過特殊設(shè)計(jì)在顯示裝置208-214的屏幕(電子頁)上的窗口的布置，來選擇水下定位裝置的幾種其它類型。為了確保操作者具有盡可能多的工具以得到最佳的結(jié)果，在軟件的其它部分顯示了在使用中用于系統(tǒng)50的實(shí)時(shí)定位計(jì)算的水下儀器的不同狀態(tài)。
在系統(tǒng)50上安裝的回轉(zhuǎn)羅盤256包括的起伏、扭擺和傾斜傳感器88，該回轉(zhuǎn)羅盤256提供關(guān)于系統(tǒng)50和將被安裝到海床上的載荷43的準(zhǔn)確的方位的數(shù)據(jù)。在海面上，在控制室中，操作者能夠在下降的過程中檢查這些實(shí)時(shí)的方位，而且也可以在載荷放置在海床時(shí)進(jìn)行最終確認(rèn)。
船只上的回轉(zhuǎn)羅盤206，以及具有相同功能的安裝在聲基陣250上的運(yùn)動(dòng)傳感器252的回轉(zhuǎn)羅盤，將船只的方位發(fā)送到導(dǎo)航處理器202上。導(dǎo)航處理器202將利用這些船只方位計(jì)算不同的偏差。
顯示裝置208、210、212和214被分別布置在控制室中以顯示導(dǎo)航設(shè)置、海床圖、表面圖，另一個(gè)布置在船只駕駛臺用于航務(wù)部門的操作員。
USBL命令和控制裝置226包括提供系統(tǒng)的控制和組態(tài)和顯示用于控制操作的人機(jī)界面的個(gè)人計(jì)算機(jī)。
聲波處理器224優(yōu)選包括一個(gè)VME臺架，其對接受的信號進(jìn)行相關(guān)的處理，對深度速度測量值(bathy celerimatry)和船只方位進(jìn)行校正。此外，它可以計(jì)算任何使用的信標(biāo)的坐標(biāo)。聲波處理器224通過網(wǎng)絡(luò)(etemet)被連接到導(dǎo)航處理器202。
聲基陣250包括用于傳輸和接受的裝置。聲基陣250能夠被用作與一個(gè)或者多個(gè)信標(biāo)聲波聯(lián)通的轉(zhuǎn)換器。當(dāng)臍帶46出現(xiàn)故障和不能朝下向系統(tǒng)50傳送詢問信號時(shí)，該轉(zhuǎn)換器模式是非常有利的。接著，聲波詢問信號可以通過轉(zhuǎn)換器直接穿過海水朝下傳送。在所有其它的情況中，聲基陣250可以被用作接收模式。通過兩個(gè)正交的接收基測量信標(biāo)相對于聲基陣250的距離和方位角度，以完成接受工作。每個(gè)接收信號被放大、過濾和傳送到聲波處理器224中用于數(shù)字信號的處理。
安裝在聲基陣250上的聲速計(jì)248實(shí)時(shí)更新正好位于船只40下面的關(guān)鍵的和未處理的聲速分布。這是非常重要的，因?yàn)楹Ｋ臏u流在船只40得下面是非常巨大的。
回轉(zhuǎn)羅盤252優(yōu)選被用作運(yùn)動(dòng)傳感器裝置，用于將聲基陣方位傳送到哦聲波處理器224，以便對于水下系統(tǒng)50的位置進(jìn)行數(shù)據(jù)校正。
在優(yōu)選的實(shí)施例中，信標(biāo)254按照應(yīng)答器模式工作并且具有以下特性—通過聲波處理器224產(chǎn)生的觸發(fā)詢問信號不是聲信號，而是電信號，并且通過在船只40與系統(tǒng)50之間的連接線纜被傳送給信標(biāo)254；
—操作者通過人機(jī)界面遙控詢問頻率。
如上所述，信標(biāo)254也可以在轉(zhuǎn)發(fā)器模式工作。接著，信標(biāo)254被通過聲基陣250傳送的表面聲信號所觸發(fā)，于是將聲回復(fù)信號通過編碼聲信號傳送到聲基陣250。
包括在信標(biāo)254中的數(shù)字石英深度傳感器253允許將精度非常高的系統(tǒng)50的深度數(shù)據(jù)傳送到聲波處理器224。聲波處理器224使用這些數(shù)據(jù)來改善系統(tǒng)50及其載荷43在海水下的定位計(jì)算。
在下降和回收期間，安裝在水下系統(tǒng)50上的聲速計(jì)258在水下系統(tǒng)50的深度的海水中的聲速數(shù)據(jù)傳送給聲波處理器224。聲速數(shù)據(jù)被用于作為深度的函數(shù)實(shí)時(shí)更新所計(jì)算的輸速曲線，并且作為在海水中深度的函數(shù)計(jì)算從這些曲線偏移聲線(acoustic ray)，以及校正系統(tǒng)50的海水下位置的計(jì)算。
雙頭掃描聲納260被用于測量系統(tǒng)50到任何在海床上的人造的或者自然的目標(biāo)的距離和方位并作為數(shù)字量值輸出相應(yīng)的數(shù)據(jù)到導(dǎo)航處理器202。這樣的人造的或者自然的目標(biāo)的位置可以被預(yù)先確定，或者導(dǎo)航系統(tǒng)能夠給這些選定的目標(biāo)分配坐標(biāo)。在目標(biāo)被給定坐標(biāo)之后，它們可以在局部坐標(biāo)系統(tǒng)中被用作導(dǎo)航參照。這將導(dǎo)致在相對的坐標(biāo)中的0.1米的精度。
安裝在系統(tǒng)50上的高度計(jì)262用于測量水下系統(tǒng)50到海床的垂直距離并將測量數(shù)據(jù)輸送到聲波處理器224。
多普勒記錄裝置266對在水下系統(tǒng)50的深度位置的海流的大小和方向提供測量數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)可以具有兩個(gè)用途。
首先，從多普勒記錄裝置266和帶有運(yùn)動(dòng)傳感器256的回轉(zhuǎn)羅盤上接收的數(shù)據(jù)被聲波處理器224使用以對與使用USBL相關(guān)的隨即噪音進(jìn)行在線(實(shí)時(shí))平滑。為了獲得這樣的平滑，在主處理器224中使用一種濾波器，諸如卡爾曼濾波器、所羅門森濾波器、所羅門森光濾波器或者其它適合的濾波器。這樣的濾波器對于普通技術(shù)人員來說是已知的。在附錄A中可以發(fā)現(xiàn)簡單的概括。
其次，關(guān)于海流強(qiáng)度、海流方向的多普勒測距記錄裝置266的輸出數(shù)據(jù)，與關(guān)于水下系統(tǒng)50現(xiàn)在的和預(yù)定的方位的數(shù)據(jù)一起通過導(dǎo)航處理器202被傳送到推進(jìn)器控制處理器240中。基于預(yù)定的方向，推進(jìn)器控制器270將被自動(dòng)控制。另外，也可以通過手動(dòng)控制來實(shí)現(xiàn)。
在非常有利的實(shí)施例中，多普勒記錄裝置266(或其它適合的傳感器)被用于測量包圍系統(tǒng)50的海水的溫度和/或鹽度。關(guān)于局部溫度和/或鹽度的數(shù)據(jù)被傳送到導(dǎo)航處理器202上，其計(jì)算和更新作為在海水中深度的函數(shù)的溫度和/或鹽度曲線。這些數(shù)據(jù)被用于確定通過海水偏離的聲線，以便對系統(tǒng)50的定位的計(jì)算進(jìn)行校正。
Sonardyne小型Rov導(dǎo)航儀264是可選的，并且可以被用作提供系統(tǒng)50到在海床上的當(dāng)?shù)匦艠?biāo)的相對位置，如上所述。例如，長基線(LBL)陣列已經(jīng)被安裝在海床上并且被用作該目的。
載荷傳感器268被用于測量被系統(tǒng)50接合的載荷43的重量。當(dāng)這個(gè)重量下降時(shí)，這表示載荷現(xiàn)有已經(jīng)被放置在海床上(或者其它目標(biāo)位置)，以及系統(tǒng)50已經(jīng)與載荷43分離。從載荷傳感器輸出的數(shù)據(jù)通過光纖(多路)信號分離器244、246被傳送到導(dǎo)航處理器202上。
推進(jìn)器驅(qū)動(dòng)控制器270被用于驅(qū)動(dòng)推進(jìn)器56(i)以便將系統(tǒng)50驅(qū)動(dòng)到所希望的位置上，下面將進(jìn)行信息的描述。
在圖7a中，顯示了四個(gè)不同的處理器202、224、236和240來執(zhí)行根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)的功能。可是，可以理解的是，系統(tǒng)的功能也可以通過其它適合數(shù)量的配合處理器完成，包括一個(gè)主構(gòu)架計(jì)算機(jī)，或者是平行或者是主從布置。其還可以使用遠(yuǎn)程處理器。另外還提供了在水下系統(tǒng)50中的處理器用于執(zhí)行一些功能。
處理器還可以具有未示出的存儲(chǔ)部件，包括硬盤、只讀存儲(chǔ)器(ROM)、可電擦寫編程只讀存儲(chǔ)器(EEPROM)和隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(RAM)等。不必提供所有這些類型的存儲(chǔ)器。
除了鍵盤220、230和鼠標(biāo)222、232以外，也可以使用本技術(shù)領(lǐng)域普通技術(shù)人員所公知的輸入設(shè)備，例如觸摸屏。
所顯示的所有部件之間的通信也可以采用無線的方式。
在圖5中，所顯示的是，兩個(gè)上推進(jìn)器56(2)和56(3)所對準(zhǔn)的方向與推進(jìn)器56(1)和56(4)的方向不同。推進(jìn)器56(2)和56(3)被安裝在轉(zhuǎn)動(dòng)致動(dòng)器65(1)和65(2)上，其通過將推進(jìn)器56(2)和56(3)轉(zhuǎn)動(dòng)到360度以使推進(jìn)器56(2)和56(3)被引導(dǎo)。優(yōu)選的是，推進(jìn)器56(2)和56(3)可以被獨(dú)立控制，這樣它們可以分別被引導(dǎo)到不同的方向。
為了使推進(jìn)器控制處理器240對水下系統(tǒng)50進(jìn)行精確定位，在導(dǎo)航處理器202和推進(jìn)器控制處理器240之間必須建立共同的坐標(biāo)系統(tǒng)。首先，導(dǎo)航處理器202要使用標(biāo)準(zhǔn)的坐標(biāo)系統(tǒng)。可是，優(yōu)選建立兩個(gè)用于水下系統(tǒng)50的不同的坐標(biāo)參照系統(tǒng)。
圖8顯示了三個(gè)不同的坐標(biāo)系統(tǒng)。與導(dǎo)航處理器202相關(guān)的坐標(biāo)系統(tǒng)用“導(dǎo)航網(wǎng)格”指示。這個(gè)坐標(biāo)系統(tǒng)使用這個(gè)“導(dǎo)航網(wǎng)格”方向及其法向。
推進(jìn)器56(2)和56(3)被控制以沿著被稱作“推進(jìn)器中間方向”的方向提供驅(qū)動(dòng)力。這個(gè)方向于其法向一起限定了第二坐標(biāo)系統(tǒng)。
第三坐標(biāo)系統(tǒng)被相對于“系統(tǒng)方向”限定，該“系統(tǒng)方向”被限定為垂直于推進(jìn)器56(1)和56(4)之間的連接線的方向。
現(xiàn)在，一個(gè)沿著水下系統(tǒng)50前進(jìn)路徑的偏差可以借助于一個(gè)偏差矢量的術(shù)語來進(jìn)行限定，該偏差矢量能夠被分解為一個(gè)平行于推進(jìn)器中間方向的分量，其被稱為“中間偏差”，和一個(gè)垂直于推進(jìn)器中間方向的分量，其被稱為“法向中間偏差”。在水下系統(tǒng)50上的適合的傳感器將用推進(jìn)器中間方向和系統(tǒng)方向提供數(shù)據(jù)給導(dǎo)航處理器202。導(dǎo)航處理器202通過這些數(shù)據(jù)產(chǎn)生圖8所示的網(wǎng)格。
該偏差被限定為希望的位置DP減去系統(tǒng)位置TP，于是相對于導(dǎo)航網(wǎng)格參照坐標(biāo)產(chǎn)生了矢量RΦEN。
DP-TP＝RΦEN此外，ΦTN是系統(tǒng)方位減去導(dǎo)航網(wǎng)格方位，ΦMT是中間推進(jìn)器方位減去系統(tǒng)方位。
于是DP-TP＝RΦEM，RΦEM＝ΦEN-(ΦTN+ΦMT)現(xiàn)在，RΦEN是已知的，能夠就算出中間和法向中間的偏差。
兩個(gè)推進(jìn)器56(1)和56(4)是被用于抵消施加在起重繩42上的扭轉(zhuǎn)力、由定位控制器的引導(dǎo)引起的設(shè)備拖拽和旋轉(zhuǎn)動(dòng)量。用于方位的控制回路要求導(dǎo)航處理器202設(shè)置有真實(shí)系統(tǒng)方位和希望的系統(tǒng)方位。通過回轉(zhuǎn)羅盤256來測量真實(shí)系統(tǒng)定位。希望的方位通過操作員手工操作。從這些兩個(gè)方位，在導(dǎo)航處理器202中的控制回路計(jì)算在所要求的方位和真實(shí)的方位以及相應(yīng)要求移動(dòng)系統(tǒng)50的轉(zhuǎn)動(dòng)方向之間的角度距離。于是，一個(gè)被推進(jìn)器控制處理器240控制的簡單控制回路調(diào)節(jié)到達(dá)推進(jìn)器56(1)和56(4)的動(dòng)力以適合地轉(zhuǎn)動(dòng)系統(tǒng)50。
一旦對系統(tǒng)50提供動(dòng)力，兩個(gè)推進(jìn)器56(2)和56(3)將優(yōu)選這樣進(jìn)行定位，即推進(jìn)器中間方向平行于系統(tǒng)方向。接著，推進(jìn)器56(2)和56(3)將具有偏離系統(tǒng)方向的一個(gè)小的矢量角以幫助系統(tǒng)50在兩個(gè)面內(nèi)進(jìn)行定位。這個(gè)矢量的大小優(yōu)選可以通過手動(dòng)調(diào)節(jié)，這可以根據(jù)實(shí)際的海洋條件對于不同的作業(yè)進(jìn)行設(shè)定。一旦推進(jìn)器56(2)和56(3)已經(jīng)被對中和引導(dǎo)，定位回路可以接替對系統(tǒng)50的控制。
定位回路包括兩個(gè)或更多的階段。
在下一個(gè)第一階段，其在系統(tǒng)仍然靠近海面時(shí)執(zhí)行，通過多普勒記錄裝置266測量海浪的方向。海浪方向的數(shù)據(jù)被傳送到導(dǎo)航處理器202。使用這個(gè)方向，推進(jìn)器控制處理器240從導(dǎo)航處理器202接收的正確的命令將驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)致動(dòng)器65(1)、65(2)，于是推進(jìn)器中間方向基本與海浪方向相對。在旋轉(zhuǎn)致動(dòng)器65(1)、65(2)的這個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)期間，沒有推進(jìn)器56(i)被供給動(dòng)力。通過光纖回轉(zhuǎn)羅盤256測量系統(tǒng)方向。通常通過數(shù)字石英深度傳感器254測量深度和通過高度計(jì)262測量高度。根據(jù)上述公式計(jì)算的中間偏差的中間和法向分量值將被定位回路使用以便將動(dòng)力施加到推進(jìn)器56(2)和56(3)以便驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)50到達(dá)希望的位置。
在借助于推進(jìn)器56(2)和56(3)將帶有載荷43的系統(tǒng)50驅(qū)動(dòng)的希望的座標(biāo)期間，推進(jìn)器56(1)和56(4)被用于抵消系統(tǒng)50和其載荷43的任何轉(zhuǎn)動(dòng)。這將有利于控制，特別是對于重的載荷，因?yàn)樾D(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)可以導(dǎo)致載荷的其它不希望的運(yùn)動(dòng)，其很難控制。當(dāng)帶有載荷的系統(tǒng)50位于希望的座標(biāo)時(shí)，載荷荷系統(tǒng)50一起借助于起重繩42下降。在下降載荷43時(shí)，載荷43通常被系統(tǒng)50控制以將它沒有轉(zhuǎn)動(dòng)地保持到希望的位置。
在下一個(gè)階段，系統(tǒng)50距離海床例如大約200米或者更少。接著多普勒記錄裝置266進(jìn)入一個(gè)底部軌道模式。這將操作變得更加精確和用于最后靠近在海床4上的目標(biāo)位置的快速響應(yīng)模式。現(xiàn)在，多普勒記錄裝置266和帶有運(yùn)動(dòng)傳感器256的回轉(zhuǎn)羅盤被用于過濾USBL的隨即噪音。一旦過濾，對包括系統(tǒng)50的精確速度的導(dǎo)航數(shù)據(jù)的良好的讀出將使位置控制回路速度極快并穩(wěn)定。可以獲得十分精細(xì)的調(diào)整控制回路的結(jié)果，其中可以達(dá)到對幾厘米的運(yùn)動(dòng)的控制。現(xiàn)在，聲納裝置260和多普勒記錄裝置266被用于提供關(guān)于圍繞諸如載荷43的目標(biāo)點(diǎn)的周圍的信息，于是載荷43可以在定位在準(zhǔn)確的位置上和準(zhǔn)確的方位上。接著，如果需要，可以在推進(jìn)器控制處理器240的控制下，通過推進(jìn)器56(1)和56(4)對載荷43施加轉(zhuǎn)動(dòng)。
對于推進(jìn)器56(2)和56(3)提供有兩個(gè)控制回路中間偏差控制回路和另外的進(jìn)一步減小法向中間偏差的控制回路。
中間偏差控制回路將調(diào)整在推進(jìn)器56(2)和56(3)上的相等的動(dòng)力，以便減小中間偏差。當(dāng)系統(tǒng)50到達(dá)目標(biāo)座標(biāo)時(shí)，對推進(jìn)器56(2)和56(3)的驅(qū)動(dòng)動(dòng)力將減小到這樣的水平，以至于系統(tǒng)50再海浪中能夠保持在它的位置上。換句話說，最初驅(qū)動(dòng)動(dòng)力設(shè)置在一個(gè)正比于中間偏差的水平。可是，當(dāng)系統(tǒng)50越來越接近目標(biāo)座標(biāo)時(shí)，控制回路將緩慢減小施加到推進(jìn)器56(2)和56(3)上的驅(qū)動(dòng)動(dòng)力。當(dāng)系統(tǒng)50到達(dá)目標(biāo)座標(biāo)時(shí)，將達(dá)到一個(gè)平衡，在此對推進(jìn)器56(2)和56(3)的驅(qū)動(dòng)動(dòng)力抵消海流的作用力。中間偏差控制回路對兩個(gè)推進(jìn)器56(2)和56(3)提供帶有相等標(biāo)志的相等動(dòng)力。
另外的控制回路進(jìn)一步減小法向中間偏差。這個(gè)另外的控制回路調(diào)整施加到推進(jìn)器56(2)和56(3)上的單個(gè)動(dòng)力，于是產(chǎn)生垂至于海流的運(yùn)動(dòng)。另外的控制回路對兩個(gè)推進(jìn)器56(2)和56(3)施加相反標(biāo)志的相等動(dòng)力，以便獲得這個(gè)效果。將動(dòng)力施加到推進(jìn)器56(2)和56(3)上以便減小法向中間偏差，優(yōu)選的是，當(dāng)系統(tǒng)50移動(dòng)到目標(biāo)座標(biāo)時(shí)線性減小到零。在法向中間偏差到達(dá)零的點(diǎn)上并假設(shè)海流方向沒有變化的情況下，系統(tǒng)50將準(zhǔn)確地被放置在海床4上的目標(biāo)位置上，并且推進(jìn)器56(2)和56(3)被驅(qū)動(dòng)以保持系統(tǒng)50在正確的座標(biāo)上并對于海流進(jìn)行校正。
如果海流方向變化，如上所述的控制回路將要求調(diào)整施加到推進(jìn)器上的動(dòng)力并最終改變系統(tǒng)的方向。當(dāng)新的海流方向作用在系統(tǒng)50上，隨著系統(tǒng)50離開目標(biāo)座標(biāo)移動(dòng)，法向中間偏差將開始增加。為了刻度這個(gè)作用效果，法向中間偏差將被重新控制以減小到零。系統(tǒng)法向被改變，于是海流或者系統(tǒng)50的自然飄流被抵消。
通過法向中間偏差的標(biāo)志來限定旋轉(zhuǎn)致動(dòng)器65(1)和65(2)的旋轉(zhuǎn)方向。為了減小要求將轉(zhuǎn)致動(dòng)器65(1)和65(2)回轉(zhuǎn)到要求位置上的時(shí)間，通過推進(jìn)器控制處理器240使用一個(gè)運(yùn)算法則以取定所要求方位的最短路徑。
可以設(shè)想，也可以通過連接到導(dǎo)航處理器202上的操縱桿(未示出)等裝置來進(jìn)行的手動(dòng)控制也是可行的。
在系統(tǒng)50定位期間，優(yōu)選還進(jìn)行速度控制。優(yōu)選的是，系統(tǒng)離目標(biāo)座標(biāo)越近，系統(tǒng)50的速度應(yīng)當(dāng)越慢。例如，當(dāng)在系統(tǒng)50和目標(biāo)座標(biāo)之間的距離大于預(yù)定的第一閥值時(shí)，控制推進(jìn)器以對系統(tǒng)50提供最大的速度。在這個(gè)第一閥值和距離目標(biāo)座標(biāo)的距離的第二閥值之間第二閥值低于第一閥值，使用了一個(gè)線性速度下降曲線。在小于第二閥值的距離之內(nèi)，系統(tǒng)保持基本為零的速度。
USBL測量USBL測量的原理是基于在兩個(gè)推進(jìn)器之間的精確的相位測量。在一個(gè)實(shí)施例中，短基線(SBL)和超短基線(USBL)的結(jié)合被使用，其能夠使用在推進(jìn)器之間的大的距離，而去除了相位的模糊點(diǎn)。對于USBL，精度取決于信號與噪聲的比以及在推進(jìn)器之間的距離(象在干涉測量方法中一樣)。接著，對于頻率進(jìn)行平衡，該頻率被根據(jù)尺寸大小的距離范圍和流體動(dòng)力部分所限制。
可以使用結(jié)合相關(guān)數(shù)據(jù)的處理的SBL測量對模糊點(diǎn)進(jìn)行計(jì)算。通過這樣的相關(guān)處理的使用來改進(jìn)信號與噪音的比。下列表達(dá)式限定了USBL的通常的精度。 其中σθ角標(biāo)準(zhǔn)偏差L轉(zhuǎn)換器距離λ波長θ方位角上述的表達(dá)式指出可以通過諸如增加陣列的增加轉(zhuǎn)換器距離L來改善精度。此外，高頻率會(huì)得到較好的精度。流體動(dòng)力方面和相位模糊點(diǎn)減小了這些參數(shù)。通過相關(guān)數(shù)據(jù)處理的使用增加了信號與噪聲的比。
為了使距離和準(zhǔn)確度最佳化，優(yōu)選使用16kHz的頻率用于相位計(jì)的測量。相關(guān)的數(shù)據(jù)處理能夠增加距離范圍，同時(shí)保持窄的脈沖長度用于多路徑的分辨。
對于模糊相位點(diǎn)的測量，需要在SBL中操作以確定范圍區(qū)域和在該區(qū)域內(nèi)的USBL中以獲得最佳的精度。
通過使用相當(dāng)?shù)偷念l率，該距離范圍可以被增加超過8000米、
附錄A卡爾曼濾波器在近海工業(yè)中卡爾曼濾波器是最公知的技術(shù)。它給出了基于對預(yù)測值的對比德快速濾波方法，能夠在最近的歷史記錄的基礎(chǔ)進(jìn)行計(jì)算。我們將不去了解卡爾曼濾波器的細(xì)節(jié)，但是會(huì)參考諸如M.S.Grewal和A.P. Andrews Prentice Hall的“卡爾曼濾波器-理論和實(shí)踐”(ISBN0-13-211335-X)的文獻(xiàn)。
位置軌道能夠與速度數(shù)據(jù)(多普勒記錄裝置)相結(jié)合，每個(gè)點(diǎn)將在臨近點(diǎn)、實(shí)時(shí)距離合實(shí)際速度的基礎(chǔ)上被改善。在卡爾曼值和改進(jìn)速度值之間的加權(quán)通過多普勒效率系數(shù)確定較高的值將更加考慮速度的因素。
優(yōu)點(diǎn)十分快速；能夠用速度進(jìn)行改進(jìn)。
缺點(diǎn)結(jié)果相當(dāng)“不平滑”；沒有速度和位置的最佳結(jié)合；簡單濾波器簡單濾波器在所有位置運(yùn)行，并計(jì)算平滑的曲線，該曲線給出最小的均方誤差，即一種最小二乘擬合線。
優(yōu)點(diǎn)快速；結(jié)果平滑。
缺點(diǎn)沒有使用多普勒記錄數(shù)據(jù)；不希望曲線軌道。所羅門森濾波器所羅門森濾波器是以丹麥數(shù)學(xué)家Aarhus大學(xué)的博士和教授HansAnton Salomonsen命名的，是一種高度集成的濾波器。它具有短期穩(wěn)定的多普勒軌跡并將其與長期穩(wěn)健的的位置軌道相結(jié)合描述在該濾波器的使用狀態(tài)下，我們可以具有沿著軌跡的時(shí)間跟蹤位置數(shù)據(jù)以及多普勒數(shù)據(jù)。多普勒數(shù)據(jù)通常是十分精確的，但是沒有給出任何關(guān)于絕對位置的信息。另一方面，位置數(shù)據(jù)是關(guān)于絕對位置的，但是它們通常十分不精確。
該濾波器結(jié)合這兩組數(shù)據(jù)以產(chǎn)生關(guān)于絕對位置的精確軌道。這要進(jìn)行如下的工作1.多普勒數(shù)據(jù)被用于建立軌道的形狀，即用立方柱形成一個(gè)軌道；2.在原點(diǎn)(0，0)處開始和通過多普勒數(shù)據(jù)限定速度；3.接著位置數(shù)據(jù)被用于正確地定位軌道。軌道被線性地平移、轉(zhuǎn)動(dòng)和拉伸和壓縮以擬合位置數(shù)據(jù)以及可能使用最小方差技術(shù)；4.主要是譯碼。可是可以對在多普勒數(shù)據(jù)中的可能系統(tǒng)誤差的校正進(jìn)行其它的改進(jìn)。
位置數(shù)據(jù)只被用在2中進(jìn)行改進(jìn)的實(shí)事意味著位置數(shù)據(jù)只是得到了一般的考慮。這將減小位置測量的不確定性。于是，如果具有很多位置數(shù)據(jù)和軌道的絕對位置，則可以希望得到比每個(gè)單個(gè)位置測量的精度高的精度。數(shù)學(xué)描述數(shù)學(xué)運(yùn)算分為5步驟步驟1計(jì)算每個(gè)點(diǎn)的加速度1/2hk+1(X1”+Xk+1”)＝Xk+1’-Xk’其中hk＝tk-tk-1
tk＝速度測量的時(shí)標(biāo)Xk’＝在tk的測量速度X1”＝在tk的計(jì)算加速度步驟2基于加速度和速度以及前面計(jì)算的位置(基于前面測量速度和加速度)計(jì)算下一點(diǎn)的位置。
Xk+1＝Sqr(hk+1)/6(2Xk”+Xk’+1)+hk+1Xk’+Xk其中xk＝在tk(速度時(shí)間標(biāo))的計(jì)算的位置步驟3在實(shí)際時(shí)間標(biāo)計(jì)算位置(使用第一速度測量的位置)X(t)＝1/2hk+1{((hk+1)^2(t-tk)+1/3(tk+1-t)^3-1/3(hk+1)^3)Xk”+1/3(t-tk)^3Xk+1”}其中X(t)＝在時(shí)間t的位置步驟4將第一速度測量的位置加到計(jì)算位置上步驟5此外，旋轉(zhuǎn)、拉伸壓縮的計(jì)算位置以與實(shí)際位置線最佳擬合。
優(yōu)點(diǎn)多普勒和位置的最佳結(jié)合；考慮所有的數(shù)據(jù)；結(jié)果是平滑的。
缺點(diǎn)由于根據(jù)良好的多普勒記錄的復(fù)矩陣而速度慢。所羅門森光濾波器所羅門森光濾波器首先由NaviBait在線程序中提出，是結(jié)合了兩種方法的較好的快速的解決方案。
由于在線的特性，它只根據(jù)歷史記錄來確定過濾點(diǎn)。于是其結(jié)果在開始時(shí)較粗造，而在后面會(huì)越來越好。基本操作該過濾器通過重新設(shè)置對過濾器進(jìn)行初始化。通過第一速度測量進(jìn)行重新設(shè)置。該過濾器使用速度和位置數(shù)據(jù)。使用速度記錄產(chǎn)生立方柱曲線，并且使位置盡可能好地與這個(gè)曲線進(jìn)行擬合。
于是，該過濾器讀出存儲(chǔ)的位置數(shù)據(jù)用于后來的處理。
當(dāng)速度記錄讀出時(shí)，就產(chǎn)生一個(gè)“節(jié)點(diǎn)”。調(diào)整在前面的和現(xiàn)在的速度記錄(實(shí)時(shí))之間的讀出的任何位置以和曲線擬合。歷史記錄過濾器增益參數(shù)，值為0到1，控制多普勒記錄數(shù)據(jù)和歷史記錄對現(xiàn)在點(diǎn)的影響。
對于值1，多普勒記錄數(shù)據(jù)和在線上的歷史記錄具有較大加權(quán)系數(shù)。當(dāng)位置記錄比有效的速度記錄多時(shí)才使用較小的值。
有用的取值是在0.9到1的范圍內(nèi)，例如0.99。誤差校正位置和速度記錄可以與使用前面數(shù)據(jù)的預(yù)測值相比較。當(dāng)要舍棄數(shù)據(jù)時(shí)可以設(shè)置限制。重新設(shè)置如果出現(xiàn)很多錯(cuò)誤的數(shù)據(jù)點(diǎn)，將有過濾器失去軌道的危險(xiǎn)。操作員可以重新手動(dòng)設(shè)置過濾器，例如刪除歷史記錄。優(yōu)點(diǎn)多普勒和位置的最佳結(jié)合；快速；所有結(jié)果是平滑的；能夠處理有噪音的多普勒數(shù)據(jù)。缺點(diǎn)在線的起始處不平滑。
權(quán)利要求
1.一種用于將物體(43)配置到水下目標(biāo)位置上的設(shè)備(50)，該設(shè)備被設(shè)置有信標(biāo)以發(fā)射聲線和多個(gè)推進(jìn)器(56(i)，i＝1，2，...I，I是整數(shù))以控制所述設(shè)備相對于水下目標(biāo)位置的定位，其特征在于，該設(shè)備設(shè)置有聲速計(jì)(258)以測量在圍繞所述設(shè)備的流體中的聲速并實(shí)時(shí)傳送聲速數(shù)據(jù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于，所述推進(jìn)器包括第一組推進(jìn)器(56(1)，56(4))和第二組推進(jìn)器(56(2)，56(3))，該第一組推進(jìn)器(56(1)，56(4))被布置以提供扭矩控制，該第二組推進(jìn)器(56(2)，56(3))被布置以提供至少平移移動(dòng)，每個(gè)第二組推進(jìn)器(56(2)，56(3))還設(shè)置有旋轉(zhuǎn)致動(dòng)器(65(1)，65(2))。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的設(shè)備，其特征在于，所述設(shè)備設(shè)置有帶有運(yùn)動(dòng)傳感器(256)的回轉(zhuǎn)羅盤以探測在使用中的設(shè)備的擺動(dòng)和傾斜。
4.根據(jù)前述權(quán)利要求之一所述的設(shè)備，其特征在于，所述設(shè)備設(shè)置有聲納裝置(260)以確定所述設(shè)備相對于至少一個(gè)在所述設(shè)備外部的物體的位置。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的設(shè)備，其特征在于，所述設(shè)備設(shè)置有多普勒記錄裝置(266)以測量所述流體的流動(dòng)強(qiáng)度。
6.根據(jù)前述權(quán)利要求之一所述的設(shè)備，其特征在于，包括載荷傳感器(268)以測量被設(shè)備接合的載荷(43)的重量。
7.根據(jù)前述權(quán)利要求之一所述的設(shè)備，其特征在于，所述設(shè)備設(shè)置有溫度傳感器(266)以測量在所述流體中的溫度并實(shí)時(shí)傳送溫度信號。
8.根據(jù)前述權(quán)利要求之一所述的設(shè)備，其特征在于，所述設(shè)備設(shè)置有鹽度計(jì)(266)以測量在所述流體中的鹽度并實(shí)時(shí)傳送鹽度信號。
9.一種驅(qū)動(dòng)設(shè)備(50)將物體(43)配置到水下目標(biāo)位置上的處理裝置，該設(shè)備被設(shè)置有信標(biāo)以發(fā)射聲線和多個(gè)推進(jìn)器(56(i)，i＝1，2，...I，I是整數(shù))以控制所述設(shè)備相對于水下目標(biāo)位置的定位，和聲速計(jì)(258)以測量在圍繞所述設(shè)備的流體中的聲速并實(shí)時(shí)傳送聲速數(shù)據(jù)，該處理裝置設(shè)置有聲波接收器(250)以接收所述聲線，該處理裝置通過利用從所述聲線從讀出的數(shù)據(jù)來進(jìn)行確定設(shè)備位置的計(jì)算，其特征在于，該處理裝置被布置成從所述速度計(jì)(258)在線接收聲速計(jì)數(shù)據(jù)來確定在流體中的聲速分布并從所述聲速分布計(jì)算通過設(shè)備傳送的所述聲線通過流體的偏離，以及使用這個(gè)計(jì)算來實(shí)時(shí)確定所述設(shè)備的位置。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的該處理裝置，其特征在于，所述推進(jìn)器包括第一組推進(jìn)器(56(1)，56(4))和第二組推進(jìn)器(56(2)，56(3))，該第一組推進(jìn)器(56(1)，56(4))被布置以提供扭矩控制，該第二組推進(jìn)器(56(2)，56(3))被布置以提供至少平移移動(dòng)，每個(gè)第二組推進(jìn)器(56(2)，56(3))還設(shè)置有旋轉(zhuǎn)致動(dòng)器(65(1)，65(2))，該處理裝置被布置成在使用中執(zhí)行以下操作—控制對所述第一組推進(jìn)器(56(1)，56(4))的所述推進(jìn)器的驅(qū)動(dòng)動(dòng)力，以便將所述設(shè)備保持在通過第一組推進(jìn)器(56(1)，56(4))產(chǎn)生的驅(qū)動(dòng)力所限定在第一面中的希望方位中；—控制對所述第二組推進(jìn)器(56(2)，56(3))的所述推進(jìn)器和對所述旋轉(zhuǎn)致動(dòng)器(65(1)，65(2))的驅(qū)動(dòng)動(dòng)力，以便將所述設(shè)備沿著中間方向和垂至于所述中間方向的方向移動(dòng)到希望的位置上，所述中間方向和平行于所述中間方向的方向位于通過第二組推進(jìn)器(56(2)，56(3))產(chǎn)生的驅(qū)動(dòng)力所限定在第二面中。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的該處理裝置，其特征在于，在所述設(shè)備中，所述第一面和第二面沒有被重合，該處理裝置被布置成接收來自在設(shè)備(50)上的帶有運(yùn)動(dòng)傳感器(256)的回轉(zhuǎn)羅盤的第一感應(yīng)信號，該信號涉及在使用中的設(shè)備的擺動(dòng)和傾斜。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的該處理裝置，其特征在于，來自帶有運(yùn)動(dòng)傳感器(256)的回轉(zhuǎn)羅盤的第一感應(yīng)信號在計(jì)算中被用來確定設(shè)備的方位。
13.根據(jù)權(quán)利要求9-12之一所述的該處理裝置，其特征在于，所述設(shè)備設(shè)置有溫度傳感器(266)，該處理裝置被布置成接收來自所述溫度傳感器的溫度數(shù)據(jù)，以實(shí)時(shí)更新在所述流體中的溫度曲線并幫助對所述設(shè)備的定位的確定進(jìn)行校正。
14.根據(jù)權(quán)利要求9-13之一所述的該處理裝置，其特征在于，所述設(shè)備設(shè)置有鹽度計(jì)(266)，該處理裝置被布置成接收來自所述鹽度傳感器的鹽度數(shù)據(jù)，以實(shí)時(shí)更新在所述流體中的鹽度曲線并幫助對所述設(shè)備的定位的確定進(jìn)行校正。
15.一種設(shè)置有如權(quán)利要求9-14所述的處理裝置的船只。
16.根據(jù)權(quán)利要求15的船只，其特征在于，該船只設(shè)置有連接到船只殼體上的聲基陣(250)和在船只之中的超短基線表面裝置(234)，該超短基線表面裝置(234)被布置成與所述聲基陣(250)相互通信，所述聲基陣(250)被布置成接收至少來自所述設(shè)備(50)的聲信號并將聲基陣的輸出數(shù)據(jù)傳送到所述的處理裝置，該處理裝置被布置成根據(jù)所述聲基陣的輸出數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)執(zhí)行所述設(shè)備(50)相對于所述聲基陣(250)的位置的計(jì)算。
17.根據(jù)權(quán)利要求16的船只，其特征在于，所述聲基陣(250)設(shè)置有聲速計(jì)(248)以測量在正好在船只下面的流體層中的聲速并將聲速計(jì)的輸出數(shù)據(jù)傳送到所述處理裝置上，該處理裝置被布置成根據(jù)所述聲速計(jì)的輸出數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)校正所述設(shè)備(50)的位置的計(jì)算。
18.根據(jù)權(quán)利要求16或者17的船只，其特征在于，所述聲基陣(250)設(shè)置有聲基陣回轉(zhuǎn)羅盤(252)以探測在船只的起伏、擺動(dòng)和傾斜并將所述聲基陣回轉(zhuǎn)羅盤(252)輸出數(shù)據(jù)傳送到所述處理裝置，該處理裝置被布置成根據(jù)所述聲基陣回轉(zhuǎn)羅盤輸出數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)校正所述設(shè)備(50)的位置的計(jì)算。
19.根據(jù)權(quán)利要求15-18之一的船只，其特征在于，所述船只包括船只回轉(zhuǎn)羅盤(206)以探測在船只的起伏、擺動(dòng)和傾斜并將所述回轉(zhuǎn)羅盤輸出數(shù)據(jù)傳送到所述處理裝置，該處理裝置被布置成根據(jù)所述回轉(zhuǎn)羅盤輸出數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)校正所述設(shè)備(50)的位置的計(jì)算。
20.一種包括根據(jù)權(quán)利要求15到19之一的船只和根據(jù)權(quán)利要求1-8之一的設(shè)備的系統(tǒng)，該設(shè)備和處理裝置被布置成相互之間相互通信連通。
21.根據(jù)權(quán)利要求20的系統(tǒng)，其特征在于，該設(shè)備和處理裝置通過由光纖互連的光纖(多路)信號分離器(244，246)被連接在一起。
22.一種驅(qū)動(dòng)設(shè)備(50)將物體(43)配置到水下目標(biāo)位置上的方法，該設(shè)備被設(shè)置有信標(biāo)以發(fā)射聲線和多個(gè)推進(jìn)器(56(i)，i＝1，2，...I，I是整數(shù))以控制所述設(shè)備相對于水下目標(biāo)位置的定位，和聲速計(jì)(258)以測量在圍繞所述設(shè)備的流體中的聲速并實(shí)時(shí)傳送聲速數(shù)據(jù)，該方法包括步驟—接收所述聲線；—通過利用從所述聲線從讀出的數(shù)據(jù)來進(jìn)行確定設(shè)備位置的計(jì)算，其特征在于，—從所述速度計(jì)(258)在線接收聲速計(jì)數(shù)據(jù)來確定在流體中的聲速分布；并—從所述聲速分布計(jì)算通過設(shè)備傳送的所述聲線通過流體的偏離，以及使用這個(gè)計(jì)算來實(shí)時(shí)確定所述設(shè)備的位置。
23.一種計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品，包括有數(shù)據(jù)和指令，其在被處理裝置加載之后提供所述裝置執(zhí)行如權(quán)利要求22所述的方法的能力。
24.一種裝載有如其權(quán)利要求23所述的計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品的數(shù)據(jù)載體。
全文摘要
一種用于將物體配置到水下目標(biāo)位置上的設(shè)備(50)，該設(shè)備被設(shè)置有信標(biāo)以發(fā)射聲線和多個(gè)推進(jìn)器(56(i)，i＝1，2，...I，I是整數(shù))以控制所述設(shè)備相對于水下目標(biāo)位置的定位，該設(shè)備設(shè)置有聲速計(jì)以測量在圍繞所述設(shè)備的流體中的聲速并實(shí)時(shí)傳送聲速數(shù)據(jù)。
文檔編號G01S5/14GK1450967SQ00819356
公開日2003年10月22日 申請日期2000年3月20日 優(yōu)先權(quán)日2000年3月20日
發(fā)明者弗朗索瓦·貝爾納德 申請人:弗朗索瓦·貝爾納德