Подводное позиционирование

Компания Kongsberg Maritime AS широко известна в морской индустрии. В каждой области морской нефтегазодобывающей промышленности, начиная с фазы самых предварительных исследований и до стадии окончательного закрытия месторождения и демонтажа платформ, используются системы, изготовленные Kongsberg Maritime AS.

На стадии разработки морских месторождений Kongsberg Maritime AS предлагает комплексные системы для исследовательских судов геологоразведочных компаний, судов обеспечения и производства водолазных работ. В этой области представлены продукты для сейсмопрофилирования и картографирования дна, для динамического позиционирования судов, подводного позиционирования и оборудование для подводных управляемых аппаратов.

На стадии добычи на морских месторождениях Kongsberg Maritime AS предоставляет более сложные комплексные интегрированные системы комбинированного динамического позиционирования, подводного позиционирования, обеспечения швартовки, управления подруливающими устройствами и автоматизации судов в одном пакете. Такая интеграция используется для управления добычей и хранением углеводородного сырья на плавучих носителях. Дополнительные специализированные акустические системы позиционирования используются для обеспечения загрузки танкеров непосредственно в море.

Все виды активности, перечисленные выше и используемые в период эксплуатации месторождения, так же используются и на стадии закрытия объекта. На стадии демонтажа подводных объектов морские суда нуждаются в чрезвычайно точном позиционировании. Техника Kongsberg Maritime AS позволяет выполнить эти операции безопасно даже в условиях неспокойного моря.

Подразделение Подводных Инструментов

Производство инструментов для подводных приложений началось с разработки системы «Hydroacoustic Position Reference» (HPR) в 1975г. Маркетинг этой продукции положил основу созданию подразделения Simrad Subsea, основной продукцией которого стали системы подводной навигации.

Такие системы изначально использовались или как самостоятельные, для промерных и буровых работ, или как устройства координирования в системах динамического позиционирования, и имели огромный успех. Основной причиной этого был новый дизайн, увеличивший точность систем SSBL - систем измерения расстояния и угла. В 1996 году была представлена революционная система HiPAP® (High Precision Acoustic Positioning).

Семейство HPR и HiPAP® стали индустриальным стандартом благодаря своей функциональности и возможности использования в любых подводных приложениях.

На сегодняшний день подразделение подводных инструментов представляет продукцию для следующих приложений:

  • Позиционирование буровых судов;
  • Позиционирование погрузки в море;
  • Съемка (гидролокационная) с буксируемых устройств;
  • Позиционирование укладки кабелей и трубопроводов;
  • Обеспечение водолазных работ;
  • Подводное строительство и монтаж;
  • Подводная связь на большие расстояния;
  • Высокоскоростная подводная связь;
  • Обнаружение утечек газа;
  • Измерение уровня;
  • Батареи для морской воды;
  • Измерение высоты волнения;
  • Контроль глубины под килем;
  • Автономные подводные устройства.

Наличие тренажеров и профессиональных тренировочных центров позволяют в совершенстве освоить технику Kongsberg Maritime AS.

ОБЗОР ОБОРУДОВАНИЯ ПОДВОДНОГО ПОЗИЦИОНИРОВАНИЯ

ВВЕДЕНИЕ

HiPAP ® системы способны обеспечивать координирование подводных объектов вплоть до 4000 метров. HPR (SSBL) системы, например, HPR 309, HPR 310 и HPR 410, могут обеспечивать координирование подводных объектов вплоть до 2000 метров с использованием мощных, глубоководных транспондеров.

Эти данные соответствуют «нормальному» уровню шумов вокруг судна и достаточному уровню сигнала от транспондера. Но проникновение сигнала через кильватерную струю и/или сквозь толщу воды под наклонным углом часто создают ограничения для фактического диапазона использования систем.

В целом, наиболее важными факторами для получения успешных результатов в позиционировании подводных объектов являются:

  • Отсутствие изгиба или отклонения луча из-за различной температуры в толще воды;
  • Лучшее соотношение сигнал/шум (S/N);
  • Отсутствие препятствий или пузырьков воздуха между транспондером и трансдюсером, закрепленным на корпусе судна.

ЭФФЕКТ ИСКРИВЛЕНИЯ/ОТКЛОНЕНИЯ ЛУЧА

Kongsberg Maritime AS имеет многолетний опыт в решении этих факторов.

В вопросе координирования буксируемых объектов, задача по решению искривления/отклонения луча является уникальной, так как позиционирование буксируемого объекта будет выполняться в относительно горизонтальной плоскости, чем это происходит в других приложениях. Имейте в виду, что эффект искривления/отклонения луча отсутствует когда звуковой сигнал проходит вертикально через водные слои. Эффект искривления/отклонения луча начнет влиять на точность позиционирования, когда угол луча транспондера отклонится от вертикали на 15-20 градусов, и это влияние будет, как правило, возрастать с увеличением этого угла. Kongsberg Maritime AS разработала различные решения для сведения к минимуму эффекта искривления/отклонения луча.

Каждая HiPAP/HPR система имеет:

  • Встроенные алгоритмы для расчета отклонения звукового луча при распространении его в водной среде, а также алгоритмы для компенсации ошибок, вызванные этим эффектом. Причем, компенсируются оба измеренных значения - расстояние и угол обнаружения;
  • Встроенные инструменты для учета и обработки данных измерителя скорости звука в воде, а также алгоритмы графического отображения на дисплее оператора реальной картины эффекта изгиба/отклонения лучей.

На одном из дисплеев оператора отображены: Слева - профиль скорости звука в воде; Справа - графическое отображение искривления/отклонения лучей, рассчитанное программным обеспечением HPR.Эффект искривления/отклонения луча

Предназначение этих алгоритмов не только в исправлении ошибок по расстоянию и углу, но и в том чтобы обеспечить оператора инструментом для полноценного анализа акустической картины и принятия эффективных решений для улучшения показателей.

Неправильный ввод значений скорости звука по водным слоям дает ошибку в абсолютной точности, но незначительно оказывает влияние на изменение относительных позиций и стабильность.

На определенном этапе, эффект изгиба/отклонения вызовет отклонение лучей вверх (см. рисунок) В таких условиях ультразвуковой импульс трансдюсера никогда не достигнет транспондера и, следовательно, позицию буксируемой цели будет невозможно определить.

Альтернативным способом для обработки эффекта изгиба лучей является способ использования значения глубины от сенсора давления, установленного на транспондере или принудительного ввода оператором значения глубины транспондера через программное обеспечение систем HiPAP/HPR. Тогда система будет использовать эту глубину (z), вместо вычисления этой глубины по заложенным в неё алгоритмам.

СООТНОШЕНИЕ УРОВНЯ СИГНАЛ/ШУМ

Следующим важным фактором является соотношение уровня сигнал/шум в районе трансдюсера, установленного по борту судна. Зачастую, это наиболее шумное место, поскольку трансдюсер устанавливается недалеко от винтов или подруливающих устройств. Существуют два пути получения максимально лучшего соотношения уровня сигнал/шум:

  • Подавление шума в максимально возможной степени;
  • Увеличение мощности транспондера, как источника полезного сигнала.

Kongsberg Maritime AS широко использует возможности специально разработанных трансдюсеров в области формирования лучей для получения максимальной чувствительности в направлении транспондера, установленного на буксируемой цели. Это позволяет снизить уровень чувствительности к шумовым источникам (подруливающее устройство, винты) и в значительной степени подавить воздействие шума.Диаграмма чувствительности

Диаграмма чувствительности 30-ти градусного луча трансдюсера показана на рисунке справа.

Как можно видеть, горизонтальная чувствительность (в направлении двигателей, винтов, подруливающих устройств) составляет около 30 децибел (дБ) в то время, как максимальная чувствительность обеспечивается по вертикали!

  • Система HiPAP может изменять ось чувствительности луча в пределах 10 градусов в любом направлении.
  • Система HPR-400 может использовать различные трансдюсеры, но все с узконаправленными лучами.

УРОВЕНЬ СИГНАЛА ТРАНСПОНДЕРА

Kongsberg Maritime AS производит различные виды транспондеров для различных видов морской деятельности.

Транспондеры различаются по размерам, сроку службы аккумуляторов, мощности сигнала и диаграмме направленности луча.

Если уровень шума значительный, необходимо выбрать транспондер с высокой мощностью сигнала. Это обеспечит хорошее соотношение сигнал/шум в точке расположения трансдюсера. Эти транспондеры зачастую имеют большие размеры, чтобы обеспечить узконаправленное излучение в нужном направлении.

Транспондеры с высокой мощностью сигнала, как правило, имею уровень излучения 205 дБ.

Транспондеры с дальностью действия до 1000 метров, как правило, имеют уровень излучения 190 дБ.

Для исключения возможных проблем с уровнем шума на буксируемых объектах рекомендуется использовать ответчики (респондеры) вместо транспондеров.

Ответчик (респондер) срабатывает и управляется судовыми системами HiPAP/HPR через сигнальный кабель.

ЭТИ ВОЛШЕБНЫЕ ПУЗЫРЬКИ

Корпус трансдюсера спроектирован для успешной и надежной работы на уровне 3,5 метра ниже корпуса судна. Основная причина установки трансдюсера на эту глубину связана с тем, чтобы расположить приемоизлучающую часть трансдюсера ниже «естественного» потока воздушных пузырьков, образующихся вокруг корпуса судна при движении.

Расположение трансдюсера по отношению к источникам шумов также имеет большое значение. Kongsberg Maritime AS всегда предоставит рекомендации о наиболее удачном месте расположения трансдюсера, основываясь на чертежах Вашего судна.

КРАТКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА СИСТЕМ

Портативная система HPR-400P
Портативная HPR-400P система
  • Переносная стойка со встроенным передатчиком HPR-400
  • Станция оператора - ноутбук
  • Кабель трансдюсера - 30 м
  • Трансдюсер PMT-301
  • Встроенный roll/pitch сенсор
  • Зона действия под днищем судна ± 80°
  • Типичная дальность действия 1-1500м
  • Точность определения расстояния ≤ 0,20м
  • Точность определения угла ≤ 1,15º
  • Абсолютная точность позиционирования ≤ 2%
  • SSBL, LBL приложения, телеметрия
Портативная система HiPAP® 350P
Портативная HiPAP® 350P система
HiPAP®/ HPR modelHiPAP® 500HiPAP® 350/350PHiPAP® 100HPR 410P
Угол обзора ± 100° ± 60° ± 60° ± 80°
Ширина луча ± 5° ± 7° ±10° -
Максимальная дальность 4.000 м 3.000 м 10.000 м 1.000 м
Точность по углу 0.12° 0.18° 0.12° 1.15°
Точность по дальности 0.2% от дальности 0.3% от дальности 0.2% от дальности 2% от дальности
Go to top