Разработка системы подводного гидроакустического позиционирования нефтедобывающего комплекса

В последние годы большим спросом стали пользоваться подводные работы с использованием систем подводного гидроакустического позиционирования (ГСП). Данные системы широко применяются при поиске углеводородов, находящихся на морском дне, укладке подводных трубопроводов, обследовании подводной части нефтедобывающих платформ и т.д. Интенсивность таких работ все время возрастает, охватывая уже не только мелководные, но и глубоководные районы мирового океана. И если на мелководье часто достаточно информации, полученной, например, при буксировке гидролокатора бокового обзора, то в более глубоких водах, оказалось необходимой более точная информация о положении подводного аппарата (ПА), проводящего работы. Именно для этих целей и используются системы подводной гидроакустической навигации. ГСП используются, как для определения координат неподвижного ПА, находящегося на морском дне, так и для определения координат движущегося ПА. ГСП представляют собой один или несколько стационарных передающих гидроакустических маяков, установленных на морском дне или судне носителе, маяк-ответчик на перемещающемся или стационарном объекте, ППА или гидрофон на судне-носителе и систему обработки и выдачи информации на борту судна-носителя. ГСП по своей сути является относительной системой координат с судном-носителем в центре отсчёта, при использовании системы GPS возможно позиционирования в абсолютных географических координатах.

В основе определения координат маяка-ответчика под водой лежат геометрические законы нахождения координат какой-либо точки по известным координатам трёх других точек, так называемых базисных точек. Расстояние между двумя точками базиса называется базисной линией. Длина базисной линии определяет алгоритм подсчёта координат и тип ГСП.

При практическом применении оказывается, что, чем меньше базисная линия, тем сильнее физическое воздействие качки и крена судна-носителя на точность определения координат, поэтому для каждого типа ГСП существуют свои ограничения и рекомендуемые варианты использования. Ниже приводятся основные типы ГСП:

Различают следующие типы ГСП:

а) ГСП с длинной базисной линией (ДБ или LBL системы).

б) ГСП с короткой базисной линией (КБ SBL системы).

в) ГСП с ультракороткой базисной линией (СКБ или USBL системы)

г) ГСП комбинированного типа, например LUSBL система.

При выборе ГСП особое внимание уделяется повышению основных характеристик навигационных средств: точности, степени автоматизации, надежности, срока службы. Немаловажным для разработчиков также являются вопросы снижения стоимости проектирования и эксплуатации ГСП.

Гидроакустические волны - единственный вид энергонесущих колебаний, способных распространяться в воде на большие расстояния. При этом они могут достаточно эффективно отражаться от неоднородности (естественных и искусственных) в толще волы и границ раздела морской среды: «вода-дно», «вода-поверхность», «вода-лед». Этот физический феномен лежит в основе принципа действия различных гидроакустических систем, получивших широкое использование на флоте; на подводных лодках, надводных корабля, глубоководных аппаратах, а также в стационарных (береговых) системах. Эти средства позволяют решать задачи обнаружения, классификации, определения координат и параметров движения морских целей, слежения за ними с выдачей данных целеуказания оружию.

В связи с расширением поисков углеводородов под водой в сторону глубоководных районов потребовались более точные батиметрические измерения и обследования состояния морского дна. И если на мелководье для определения местоположения было достаточно информации, получаемой при буксировке гидролокатора бокового обзора или геофизического оборудования на кабеле, то в более глубоких водах, в которых теперь эксплуатируются подводные нефтяные и рудные месторождения, оказалось необходимым получить более точные данные о глубине и положении буксируемого устройства, используя гидроакустическую технику подводного позиционирования. Это связано с тем, что после обнаружения и выбора района для разработки, нужно иметь возможность возвратиться в ту же самую точку морского дна, например, для бурении разведочной скважины с целью определения мощности месторождения и возможной последующей операции - установки буровою кондуктора для того, чтобы начать бурение, не дожидаясь доставки платформы для добычи полезного ископаемого. Система подводного позиционирования позволит точно установить кондуктор и проверить его уровень и ориентацию морского дна перед началом бурения, эта же система может быть впоследствии использована для установки стального каркаса платформы и его дальнейших осмотров.

Системы подводного позиционирования могут применяться и для других задач (укладки подкидных трубопроводов, их обследования, засыпки траншей и т. п.,), причем не только для подводного, но и для надводного определения местоположения. В последнем случае их информация используется в системах динамического позиционирования, которые должны удерживать судно на месте при меняющихся внешних условиях, эта же информация оказывается необходимой и при обследованиях подводного трубопровода обитаемым или необитаемым подводным аппаратом, позволяя следить за кривизной пролегающего по дну трубопровода.

Навигационные задачи, решаемые с помощью систем подводного позиционирования, существенно шире задач, подпадающих в практике подпонятие «навигация», включая в себя:

а) сопровождение: например, сопровождение ПА судном-базой вдоль трубопровода или вокруг платформы;

б) позиционирование: например, установку водолазного колокола в заданном месте по отношению к рабочей зоне для сварочных или ремонтных работ;

в) измерение: например, точное обследование морского дна и измерение расстояний между копнами горизонтального участка трубопровода и стояка.

В то время, как надводные корабли и гидрографические суда используют для навигации географическую систему отсчета координат (т. е. широту и долготу), под водой требовании несколько иные. Для того чтобы система могла использоваться и под водой, она должна иметь высокую степень позиционной точности и хорошую повторяемость в районе с пределами в несколько километров.

Разнообразные испытания подводных систем, проведенные многими исследователями выявили несколько способов гидроакустического определения местоположения, основанных на различных видах определения координат, приведены в таблице 1.1:

Таблица 1.1 - Способы гидроакустического определения местоположения

ПА

Способы определения местоположения

Надводное судно или ПА с направленным приемником

пеленг / пеленг

Надводное судно со сканирующим гидролокатором

дистанция / пеленг

ПЛ со сканирующим гидролокатором

дистанция/пеленг или дистанция/дистанция

Надводное судно, оснащенное системой со короткой базой

пеленг/ пеленг или дистанция / дистанция

Надводное судно, оснащенное системой со сверхкороткой базой

дистанция / пеленг

Надводное судно или ПА, оснащенное системой с длинной базой

дистанция / дистанция

Надводное судно или ПА с гиперболической системой

разность фаз

Чтобы выбрать из этого перечня систему ПП для конкретного применения, необходимо представлять себе ее точность или область неопределенности.

В одном из современных исследований при выборе системы для работы на необитаемом ПА рассчитана область неопределенности для большинства из перечисленных выше систем. В целях упрощения было сделано предположение, что ПА работает в непосредственной близости к плоскому дну, а область неопределенности обусловлена нормальным распределением случайных погрешностей в системах. На основании этого исследования были отвергнуты те системы, которые не обладали способностью привести необитаемый ПЛ на дистанцию визуального обнаружения выбранной цели.

Наиболее приемлемые на основании выполненного анализа ГСП с короткой (КБ), ультракороткой (СКБ) и длинной (ДБ) базами, а также гидролокационные и гиперболические системы.

Другие стьтьи в тему

Разработка и обеспечение надежности систем автоматического управления
К современной радиоэлектронной аппаратуре предъявляются многогранные технические требования. Поэтому для реализации сложных систем автоматического управления (САУ) необходимо применять десятки и сотни тысяч различных элементов. Сложность аппаратуры отрицательно сказывается на её надёж ...

Расчет дискретной системы связи, предназначенной для передачи непрерывных сообщений
преобразователь демодулятор кодер информация Рассчитать основные характеристики системы передачи информации, структурная схема которой дана на рисунке 1. Рисунок 1 - Структурная схема системы передачи, где: ИС - источник непрерывного сообщения ; АЦП - аналого - цифровой пр ...

Разделы

Радиоэлектроника и телекоммуникации © 2019 : www.techelements.ru