技术领域
[0001] 已知以下系统：其在
水体之下的系泊床(mooring bed)中埋置的
基础结构上的仪器与在系泊床之上的水体中漂浮的结构上的数据接收设备之间提供数据通信。
背景技术
[0002] 欧洲
专利EP 0820400B3公开了用于在安装在埋置于系泊床中的锚上的仪器与漂浮船上的通过系泊缆连接至锚的数据接收设备之间进行数据通信的装置。本公开包括整个电通信路径以及电通信路径
和声通信路径的组合。电通信路径包括并入系泊缆中的电导体，该电导体将锚上的仪器直接连接至在漂浮船上的数据接收设备。所公开的电通信路径和声通信路径的组合包括：在锚之后拖拉(trailable)的电导体，其将仪器连接至被布置为安置于系泊床的表面处的有声应答器；以及从应答器经过水体到有声应答器或接收器的声路径，该有声应答器或接收器位于漂浮船上并通过电导体连接(隐式地)至数据接收设备。
[0003] 所公开的整个
电路径的缺点包括：将电导体并入长的系泊缆中以提供防止处理危险的保护的高成本；当将电导体嵌入通常构成系泊缆的一部分的合成绳中时电导体的伸长问题；以及在系泊缆段之间的外部连接件处的导体的易损性，其中这样的连接件在系泊缆与通常用于安装和恢复系泊缆的起锚船的船尾滚筒的表面之间易于被
挤压。
[0004] 所公开的组合式电路径和声路径的缺点包括：由于有声应答器变为埋置在系泊床表面下面而通过
土壤使有声应答器消音，例如，通过以在嵌入锚期间所产生的在系泊床土壤中的入
口腔(entry cavity)的有声应答器之上的封闭；在整个至漂浮船的长传输距离内由于衰减且由于通过具有不同盐浓度的
海水层的反射和折射所引起的声响
信号劣化问题；以及由于源于漂浮船的噪声而导致的信号淹没。
[0005] 国际专利
申请WO 2010/041929 A1和WO 2010/062184 A2也公开了用于沿着在安装在埋置于系泊床中的锚上的仪器与漂浮床上的数据接收设备之间的路径进行数据通信的装置，然而，在每种应用中，所公开的装置经受在前述段落中提及的缺点中的至少两个缺点。
发明内容
[0006] 本发明的目的是提供一种用于在水体之下的系泊床中所埋置的锚与在水体中漂浮的结构之间进行数据通信的系统，其避免或减轻了上述缺点中的至少一个缺点。
[0007] 在下文中：用于承载拉伸
载荷并将锚连接至系泊结构的系泊缆被解释为包括其所有部件，例如，诸如可以存在于各系泊缆部分之间或者出于承载拉伸载荷的目的而通过延伸的方式附接至系泊缆部分的
钢丝绳和
钢丝绳终端、合成绳和合成绳终端、链条以及任意连接锚链、转环和
链环；收发器被解释为当连接至天线时适于以电学或光学或
电磁学的方式发送和/或接收包含数据的信号的设备；应答器被解释为适于以电学或光学的方式发送和/或接收包含数据的信号或者经由水体以声学的方式发送或接收所述信号的设备；以及“朝向”在海运意义上被解释为目标方位
角方向。
[0008] 根据本发明的第一方面，提供了一种锚定数据通信系统，用于以至少一种方式在仪器与收发器之间进行数据通信，该仪器附接至埋置在水体下面的系泊床中的锚，该收发器由漂浮在所述水体上的结构承载，所述锚附接至用于连接漂浮在所述水体上的结构的包括下部和上部的系泊缆，该锚定数据通信系统包括：通过第一导体装置连接至所述仪器的第一应答器；以及至少部分地经由第二导体装置与所述收发器进行通信的第二应答器，其中，至少一个应答器附接至连接到所述锚的缆构件，以使所述至少一个应答器的发射波束的轴通过所述缆构件而被基本上限制沿着朝向，以最大化从所述第一应答器(10)到达所述第二应答器(12，12A)的信号的强度。
[0009] 优选地，所述缆构件包括所述系泊缆。
[0010] 优选地，所述轴具有所述缆构件的朝向。
[0011] 优选地，所述至少一个应答器以具有定向轴的方式定向，沿着所述定向轴，在从应答器发射的定向波束中出现基本上最大的信号强度。
[0012] 优选地，所述定向波束具有不超过90°且进一步优选地不超过60°的锥形发散夹角。
[0013] 优选地，所述至少一个应答器附接至所述缆构件，以使所述定向轴与所述缆构件的相邻部分形成锐角。
[0014] 优选地，所述锐角在0°到60°的范围内。
[0015] 优选地，所述缆构件包括浮锚尾部(drogue tail)，该浮锚尾部包括拖曳构件，该拖曳构件用于在与系泊床的表面
接触的所述锚后面进行拖曳，以在嵌入所述锚之前产生用于将所述锚的朝向限制在拖曳方向上的
力。
[0016] 优选地，所述浮锚尾部具有足以使得所述拖曳构件在所述锚埋置在所述表面之下时保留在所述表面上的长度。
[0017] 优选地，所述第一应答器附接至在所述拖曳构件附近的所述浮锚尾部，由此将所述第一应答器保持在所述表面处或所述表面之上。
[0018] 优选地，所述第一应答器以沿着所述系泊缆测量的从所述系泊缆的附接点至所述锚的间隔距离附接至所述系泊缆的所述下部，以使所述第一应答器保持在所述系泊床的表面处的或所述系泊床的表面之上的
位置。
[0019] 优选地，所述间隔距离介于所述附接点在所述系泊床的所述表面之下的浸透深度的1倍与7倍之间。
[0020] 优选地，所述第一应答器和所述第二应答器中的至少一个应答器通过可旋转附接装置附接至所述缆构件，由此所述至少一个应答器能够围绕所述缆构件旋转。
[0021] 优选地，所述可旋转附接装置配备有与所述缆构件偏置的
浮力装置和
配重压载(counter weight ballast)装置中的至少一个，由此产生用以旋转所述可旋转附接装置，以使得将所述一个应答器保持在所述缆构件上的相邻点之上的力。
[0022] 优选地，所述第二应答器在所述系泊缆上的位置与所述结构充分地隔开，以避免源于所述结构的声音噪声在所述第二应答器处对来自所述第一应答器的信号造成声信号淹没。
[0023] 优选地，所述第二应答器能够沿着所述系泊缆移动以减小与所述第一应答器的间隔并降低从所述第一应答器接收到的信号的衰减。
[0024] 优选地，所述第一导体装置和所述第二导体装置中的至少一个导体装置包括电导体、光导体或
流体导体。
[0025] 优选地，所述流体导体填充有水，并且在上端通过能够弹性
变形的传压元件闭合且在下端通过压力
传感器而闭合，由此能够在所述
压力传感器埋置在所述系泊床中时测量在所述压力传感器处的总水柱压力而不受在所述系泊床的邻近土壤中的孔隙压力的影响。
[0026] 优选地，在所述锚上的所述仪器包括能够通过所述第一应答器的电源进行充电的可充电元件(诸如，超级电容器)，由此所述可充电元件用来在所述电源或所述第一应答器的水下替换期间提供用于维持所述仪器的临时局部电源。
[0027] 优选地，所述应答器和所述收发器中的至少一个是适于以电学、电磁学、光学以及声学的方式中的至少一种方式发送和接收包含数据的信号的设备。
[0028] 优选地，所述第一应答器包括压力传感器，以使得能够监测所述第一应答器在所述系泊床的所述表面之上的高度和所述第一应答器的浸没深度。
[0029] 优选地，所述锚设置有被布置为当在水中被拖曳时产生拖曳阻力的抗拖拉(trailable resistance)构件。
[0030] 优选地，所述抗拖拉构件包括水下缓降器。
附图说明
[0031] 现在将参照附图通过示例来描述本发明的
实施例，其中：
[0032] 图1示出了包括用于接收包含数据的信号的替选布置的锚定数据通信系统的表示图；
[0033] 图2示出了图1的锚定数据通信系统的一部分的细节；
[0034] 图3示出了图1中所示的铠装导体线缆的横截面；
[0035] 图4示出了图1中所示的第一应答器底托的局部截面图；
[0036] 图5示出了图4中所示的底托在X-X处的横截面；
[0037] 图6示出了图1中所示的第二应答器底托的局部截面图；
[0038] 图7示出了图6中所示的底托在Y-Y处的横截面；
[0039] 图8示出了图1中所示的锚定数据通信系统的变型例。
具体实施方式
[0040] 参照图1至图8，示出了一种用于在仪器2与位于船8上的收发器9之间进行数据通信的水下数据通信系统1(图1)的第一布置、第二布置和第三布置，该仪器2安装在锚3上且与位于锚3的柄3C上的锚链3B的销3A处的附接点A相邻，所述锚3具有在通过附接至在水体6的表面6A处漂浮的起锚船8的系泊缆7、经由锚链3B被拉动时，埋置在水体6下面的具有表面5的系泊床4中的能力，该数据通信系统1包括：第一应答器10，附接至系泊缆7的下部7A并且通过包括在下部7A外部的铠装线缆11A中的第一导体11连接至仪器2；以及第二应答器12、
12A或12D，与船8上的收发器9进行通信。
[0041] 第二应答器12、12A通过第二导体13直接连接至收发器9，而第二应答器12D部分地经由第二导体13与收发器9进行通信。
[0042] 为了在船8以约1海里/小时的速度向前移动期间限制锚3的朝向、同时在水体6中降低锚3，将包括织物缓降器3J的不可重复使用的缓降器组件3H(图1)用钩链连接至锚爪3G的后面。缓降器3J以空中的飞机
制动降落伞的方式在水中产生拖曳阻力，并且具有包括入口(inlet)3K、出口(outlet)3L且总长度为 的截锥形状，其中A是锚爪3G的计划面积。入口3K和出口3L的直径分别等于 和 因此，当锚爪3G具有约12m2的计划面积时，缓降器3J可以为1.7m长并且入口3K和出口3L的直径可以分别为1.7m和0.5m。入口3K保持敞开并且由箍3M加固。将每根长度为 且直径为4mm的三根
导线3N附接至箍3M并且在其上间隔120°。使导线3N在一起以形成附接至用钩链连接至锚3的锚爪3G的后面的易碎弱链环3P的系船索。
[0043] 当锚3埋置在系泊床4中时，缓降器3J的土壤抗埋置阻力使弱链环3L分开并且使后面的不可重复使用的缓降器组件3H留在表面5处。在图1中在分开弱链环3L之后在表面5处使用实线示出缓降器组件3H。在图1中还使用虚线示出缓降器组件3H，以表示当缓降器组件3H附接至锚爪3G的后面、同时在水体中移动时以及在分开弱链环3L之前缓降器组件3H相对于锚3所占据的位置。
[0044] 浮锚尾部3D被用钩链连接至锚3的锚爪3G的后面以在链条3F在表面5上拖曳时将锚3的定向朝向限制为船8的定向朝向、同时接近于系泊床4的表面5。因此，浮锚尾部3D、锚3、系泊缆7和船8在将锚3安装在系泊床4中期间具有相同的定向朝向。当锚爪3G具有约12m2的计划面积时，浮锚尾部3D通常可以被选择为包括约50m至100m的30mm钢丝绳3E以及12条
76mm链条3F。
[0045] 在后面描述的锚定数据通信系统1的变型例(图8)中，第一应答器10经由底托16附接至邻近链条3F的钢丝绳3E。
[0046] 经由在相对应的铠装线缆13A、13B或13C中的导体13通过电源(未示出)使收发器9、9A通电，该电源还向应答器12、12A或12D供电。收发器9、9A在连接至天线时能够以电学、光学和电磁学方式中的至少一种方式发送和/或接收包含数据的信号。应答器10、12、12A和
12D能够以电学、光学、声学(其中所述信号是在所述水体中传播的声纳信号)和电磁学(在连接至适合的水下天线时)的方式中的至少一种方式发送或接收包含数据的信号。应答器
10包括使应答器10能够将压力数据发送至收发器9的压力传感器(未示出)，从而使得能够确定应答器10在水体6的表面6A之下的深度以及应答器10在系泊床4的表面5之上的高度。
[0047] 系泊缆7包括下部7A、中间部7B和上部7C(图1)。低摩擦转环(swivel)7D借助于连接链环7E和7F将锚3上的附接点A处的锚链3B的销3A连接至下部7A，同时锚链7G用于将下部7A连接至中间部7B并且锚链7H用于将中间部7B连接至上部7C。在下文中，使用近海产业的典型术语将系泊缆7的部分7A、7B和7C分别称为前驱件(forerunner)7A(包括链条或如图1、图2、图4和图5所示的转矩平衡钢丝绳)、合成绳7B和工作线材(work-wire)7C。长度较长的工作线材7C存储在起锚船8的甲板8C上的绞车滚筒8B上。在前驱件7A中连同低摩擦转环7D一起使用转矩平衡钢丝绳或链条会最小化或避免在将锚3从船8降至系泊床表面5期间锚3的旋转由于通过前驱件7A的拉力引起的转动而不期望地出现。
[0048] 在锚定数据通信系统1的第一布置中，第二应答器12是全向的并且通过铠装线缆13A悬挂在船8之下并与船8隔开的位置C处，其中发射波束轴12E是竖直的(图1)。
[0049] 在锚定数据通信系统1的第二布置中，具有发射波束轴12B的第二应答器12A是定向的，并且在其上的位置D处附接至工作线材7C以利用工作线材7C的朝向来将发射波束轴12B导向第一应答器10。
[0050] 系统1的第一布置中的应答器12的位置C和系统1的第二布置中的工作线材7C上的
支架19的位置D以与船8隔开的距离足以确保源自船8的声音噪声干扰衰减的方式来选择，因此，未淹没从第一应答器10到达第二应答器12、12A的声信号。
[0051] 第一导体11和第二导体13包括以下中的任一种或全部的导体：
电信号、
光信号或电功率。第一导体11和第二导体13被分别并入铠装线缆11A和13A或13B(或者在第三布置中为13C)中，其被加固以提供使其免于挤压的保护并且承载显著的拉伸载荷，例如当在系泊床4中被拖曳时在铠装线缆11A中引起的拉伸载荷。
[0052] 除导体11之外，铠装线缆11A包括填充水的管状导体14(图3)，该填充水的管状导体14在上端14A(图4)处通过可弹性变形的传压泡14B终止，该可弹性变形的传压泡14B用于传导压力以有效地将水柱在系泊床表面5以上的延伸提供给连接至仪器2且位置与在所埋置的锚3上的附接点A相邻的压力传感器15(图2)，由此可以测量在附接点A处的总水柱水压而不受在系泊床4的相邻土壤中的孔隙压力的影响。这允许通过以下方式来确定附接点A在表面5之下的深度：从在附接点A的埋置位置处测量的压力减去当附接点A在表面5处时由压力传感器15预先测量的压力。此外，当锚3在表面5之上时，压力传感器15用于根据可以确定的附接点A在表面5之上的高度来提供压力测量。
[0053] 仪器2包括
微处理器，并且通过根据由压力传感器15进行的压力测量的计算，测量锚3的横摇和纵摇、在锚链3B的销3A中的载荷和载荷方向以及附接点A分别在系泊床4的表面5之上或之下的高度或深度(即，销3A的高度或深度)。如在欧洲专利EP 0 820 400B3中所述，仪器2还测量在系泊床4中沿着锚3的埋置轨迹移动的距离，并且测量锚3的埋置轨迹上的点处的轨迹倾角。测量数据被数字编码并且被电发送至应答器10，以声学传输至应答器12或12A(或者在第三布置中声学传输为应答器12D)接着电传输至收发器9(或者在第三布置中电传输至应答器9A、接着电磁传输至应答器9)。由收发器9接收到的数据存储在计算机中，并且实时显示在监视屏上以由船8上的系泊人员查看。
[0054] 第一应答器10被布置成面向第二应答器12或12A，并且位于底托16(图4和图5)上，底托16包括平面鳍板(planar fin)16A、容纳第一应答器10的柱形管16B、可拆分柱形
套管16C以及可拆分柱形夹具16D。夹具16D在内部被配置成适于夹紧在钢丝绳(诸如，钢丝绳前驱件7A(图4))上，或者夹紧在链条前驱件7A的链环(未示出)上。套管16C可旋转地安装在夹具16D上。平面鳍板16A与套管16C和夹具16D所共有的轴16E对齐地附接至套管16C。借助于
螺栓16F将夹具16D固定于前驱件7A(或者固定于如图8所示的钢丝绳3E)。当夹具16D固定于前驱件7A时，轴16E与轴7AX重合(图4)。圆柱形管16B附接至通过螺栓16H和螺栓16J稳固于平面鳍板16A的板16G。以螺栓16H为中心的弧形布置的一系列替代孔16K设置在平面鳍板
16A中以容纳螺栓16J，使得柱形管16B、柱形管16B中的应答器10以及应答器10的轴10A可以相对于前驱件7A的轴7AX(或者如图8所示的钢丝绳3E的轴3EX)倾斜向前打开型锐角α(图
4)，该锐角α通过将螺栓16J置于适当的孔16K中而能够在0°至60°的范围内以5°为步长进行选择。因此，锐角α由于通过前驱件7A(或图8中的钢丝绳3E)设置的朝向限制而在第二应答器12和12A(图1)的方向上打开。底托16允许第一应答器10在以所选的锐角α倾斜的同时沿围绕前驱件7A(或钢丝绳3E)的轨道旋转。
[0055] 当底托16附接至前驱件7A时，平面鳍板16A的尾边缘16L面向锚3，并且与前驱件7A上的位置B对齐(图1)。位置B与附接点A间隔了沿着前驱件7A测量的最小间隔距离d，以使第一应答器10在拖曳嵌入锚3期间位于系泊床4的表面5之上或者系泊床4的表面5处，以避免声信号发送和接收由于第一应答器10埋置在系泊床4中而通过土壤被消音。最小间隔距离d被选择为至少等于在安装锚3期间变为嵌入系泊床4的土壤中的前驱件7A的最大计算嵌入长度。通常，最小间隔距离d将在锚3的锚链3B的销3A的在系泊床4的表面5之下的期望浸透深度Z(图1)的1倍至7倍的范围内。
[0056] 在边缘16L处经由鳍板16A中的孔16M机械地附接铠装线缆11A的终端11B，使得通过在系泊床4中进行拖曳而引起的铠装线缆11A中的拉伸载荷经由鳍板16A、套管16C和夹具16D传递至前驱件7A。铠装线缆11A的终端11C机械地附接至锚3的与仪器2邻近的柄3C，以使得铠装线缆11A可以在将锚3埋置在系泊床4中期间在前驱件7A后面进行拖曳，并且承载可能另外加于导体11和导体14上的拉伸载荷。如果在前驱件7A中通过其中的拉伸载荷引起任何转动，那么套管16C的旋转防止了铠装线缆11A卷绕前驱件7A，并且从而避免了通过在安装锚3期间扭结前驱件7A或者通过在通过船尾滚筒8A恢复锚索7和锚3期间在前驱件7A(担负锚3的重量)与起锚船8的船尾滚筒8A之间进行挤压而随后发生损坏铠装线缆11A的可能性。铠装线缆11A的长度被布置成充分超过最小距离d以确保前驱件7A由于其中的拉伸载荷的伸长没有在铠装线缆11A中引起拉伸载荷，并且确保铠装线缆11A可以被很好地拖拉至前驱件7A的一侧以避免在船尾滚筒8A的往返移动期间由于铠装线缆11A的松弛绳楔入前驱件
7A下面而引起的挤压。通常，铠装线缆11A的长度将比距离d长约6至9米。
[0057] 在嵌入锚3期间，柱形套管16C的旋转连同铠装线缆11A中松弛的出现使得铠装线缆11A能够通过跟随前驱件7A的尾迹(也就是说，在安装锚3期间通过将前驱件7A穿过系泊床4而扰动的土壤中)而被自动偏转到最小
能量位置，这是因为在系泊床4中典型粘质土的经扰动的不排水抗剪强度通常低于未扰动的不排水抗剪强度的一半。这通过在系泊床4中在前驱件7A后面进行拖曳时大大地降低在铠装线缆11A中引起的拉伸载荷的量值而给予了相当大的益处。
[0058] 底托16的平面鳍板16A被装配有浮力元件16N(图4和图5)，其提供了足以使套管16C围绕夹具16D旋转的正浮力，以使得第一应答器10在浸没时保持在邻近前驱件7A之上的位置处。这也用来在拉紧系泊缆7以嵌入锚3以前前驱件7A最初布置在系泊床4的表面5上时保持第一应答器10免于被土壤消音。围绕轴16E和轴7AX的浮力的力矩通过由夹具16D旋转产生的横向
摩擦力而使得鳍板16A能够对围绕前驱件7A旋转进行抵抗，夹具16D的旋转是通过前驱件7A中由于其中
张力增加而逐渐出现的转动引起的。
[0059] 第一应答器10发射沿着应答器10的轴10A(图1和图4)传播的具有基本上最大的信号强度的定向声束10B。声束10B关于轴10A轴向对称，并且基本上包含在不超过90°并优选地不超过60°的锥形夹角β内。如前所述，第一应答器附接至底托16，以使得轴10A以相对于前驱件7A(或钢丝绳3E)的预选择锐角α保持，其中通过前驱件7A或钢丝绳3E限制的朝向面向第二应答器12或12A。
[0060] 当第一应答器10附接至前驱件7A时，使用系泊缆
悬链线计算程序来近似地确定在安装锚3期间底托16处的前驱件7A的倾角以允许选择使第一应答器10的声束10B的轴10A指向第二应答器12或12A的角度α的最佳值，从而最大化到达第二应答器12或12A的信号的强度。当第一应答器10附接至钢丝绳3E时(图8)，执行相似的悬链线计算以使角度α最佳化。这使得能够将第一应答器10的电源10C(图4)的大小最小化并将该电源10C的寿命最大化。
[0061] 第一应答器10被布置成能够容易从管16B中移除以允许借助于适当装备的遥控潜水器(未示出)在水下替换第一应答器10。此外，第一应答器10的电源10C(其还经由第一导体11向仪器2供应电力)被布置成能够容易移除以允许借助于遥控潜水器在水下替换电源10C。因此，仪器2、第一应答器10和电源10C中的至少一个配备有使得能够使用电导体17(图
4)的
短路管理设施，以便于在水下替换第一应答器10和电源10C，该短路管理设施被设计为在水下进行连接和断开。在此上下文中，仪器2和第一应答器10中的任一个或两者包括储能装置(未示出)，诸如
电池或超级电容器，其能够通过电源10C经由铠装线缆11A中的第一导体11进行充电，并且用于在断开第一应答器10和/或电源10C同时进行替换的时期内用作用于仪器2或第一应答器10的临时局部电源。可替选地，电源10C被设置有外部可接入的电感耦合线圈以允许通过适当装备的遥控潜水器在水下对电源10C中的可再充电电池(未示出)感应地进行再充电。因此，锚定数据通信系统能够在无限的时间段内进行操作。
[0062] 在锚定数据通信系统的第一布置(图1)中，第二应答器12通过在船8上的装备有滑环的绞车滚筒18上所存储的铠装线缆13A中的第二导体13连接至收发器9。铠装线缆13A和其中的第二导体13通过湿式耦合的机械和电导体13D连接至第二应答器12。装备有滑环的绞车滚筒18能够在放出和卷起铠装线缆13A的同时旋转，而无需中断在第二应答器12与收发器9之间信号以及第二导体13的电力的传输。
[0063] 在第二布置(图1)中，以与对于第一布置的方式相似的方式，第二应答器12A通过存储在存储滚筒18上的铠装线缆13B中的第二导体13连接至收发器9。
[0064] 第二应答器12A面向第一应答器10而安装在支架19(图1、图6和图7)上，该支架19能够在工作线材7C上移动并且包括平面细长矩形板19A和平面矩形板19B，其中四个鞍状辊19C位于板19A与19B之间，在辊19C上的
垫片心轴螺栓19D隔开并连接板19A与19B。鞍状辊
19C布置成两对，其中在工作线材7C的每一侧具有一对。板19A和板19B各自具有相对于工作线材7C横向布置的两个平行
槽口19E以容纳两个垫片心轴螺栓19D，从而允许改变成对的鞍状辊19C之间的间隔以适应具有不同直径的工作线材7C。用于容纳第二应答器12A的柱形管
19F附接至板19G，板19G在工作线材7C一侧处通过螺栓19H和螺栓19J固定于板19A。以螺栓
19H为中心的弧形布置的一系列可选择的孔19K设置在板19A中以容纳螺栓19J，使得柱形管
19F、其中的应答器12A以及应答器12A的轴12B可以相对于工作线材7C的轴7CX以锐角γ倾斜(图6)，该锐角γ通过将螺栓19J置于合适的孔19K中而能够在0°至60°的范围内以5°为步长进行选择。因此，角度γ在应答器10的方向上打开。底托19允许第二应答器12A在以
选定的锐角γ倾斜的同时围绕工作线材7C沿轨道旋转。
[0065] 通过压载的方式将配重19L(图6)附接至在工作线材7C的相反侧的柱形管19F远端的板19A，并且其
质量足以引起支架19以配重19L远端的一对鞍状辊19C为轴旋转以将管19F和其中的第二应答器12A保持在邻近的工作线材7C之上的位置。板19B具有腰部19M以降低在支架19以板19B接触船尾滚筒8A的方式横贯起锚船8的船尾滚筒8A时通过工作线材7C施加至板19B的弯曲力矩。配重19L围绕轴7CX的力矩使得支架19能够通过在工作线材7C与辊19C之间引起的横向摩擦力对围绕工作线材7C的旋转进行抵抗，该正向摩擦力是在工作导线7C中通过增加其中金属张力而产生的转动引起的。
[0066] 具有夹紧螺栓20A的柱形拼合夹具20(图6)被设置成夹紧在工作线材7C上。夹具20具有支承圆形凸缘20C的柱形延伸件20B，该圆形凸缘20C能够安装在支架19的板19A中的槽口19N中，由此支架19可以被轴向
锁定，但保持能够围绕工作线材7C旋转。
[0067] 铠装线缆13B经由板19A的边缘19R处的孔19P附接在工作线材7C之下且与工作线材7C相邻并且面向船8。以绳(图1)悬挂的铠装线缆13B的重量有助于配重19L将管19F和第二应答器12A保持在工作线材7C之上，并且有助于对前述的趋于旋转支架19的横向摩擦力进行抵抗。前面提及的位置D是与船8充分隔开的、在与板19A的边缘19R相邻的工作线材7C(图6)上的点，以给予源于船8的声音噪声的可接受衰减。
[0068] 当通过圆柱形拼合夹具20将支架19轴向地锁定于工作线材7C时，第二应答器12A在锚3嵌入系泊床4中之前的放出工作线材7C的过程中被带至位置D或超出位置D。当没有通过圆柱拼合夹具20将支架19轴向锁定于工作线材7C时，第二应答器12A在完成放出工作线材7C之后从存储滚筒18放出铠装线缆13B时，通过在重力作用下向下卷动工作线材7C而
定位为与位置D相邻或者超出位置D。
[0069] 第二应答器12A发出沿着有声应答器12A的轴12B(图1和图6)传播的具有基本上最大信号强度的定向声束12C。声束12C关于轴12B轴向对称，并且基本上包含在不超过90°并优选地不超过60°的锥形夹角δ内。如上所述，第二应答器12A安装在支架19上，以使得轴12B相对于与第二应答器12A相邻的工作线材7C的轴7CX保持为预选择的角度γ，其中第二应答器12A具有沿着工作线材7C的朝向锚3和第一应答器10的朝向。使用系泊缆悬链线计算程序近似地确定在安装锚3期间与支架19相邻的工作线材7C的倾角，以允许选择使第二应答器12A的声束12C的轴12B指向第一应答器10的角度γ的最佳值，从而最大化到达第一应答器
10的信号的强度。
[0070] 通过放出更多铠装线缆13B，支架19可以沿着工作线材7C进一步降低以将使第二应答器12A与第一应答器10隔开的距离减小为显著小于在位置D处出现的距离。这可以在超深的水中使用长度很长的工作线材7C时显著增大从第一应答器10到达第二应答器12A的信号强度，并且反之亦然，由此防止在应答器之间传输的声信号由于归因于通过不同
盐度水层的反射和折射的衰减或信号损耗而变得不能检测。
[0071] 在锚定数据通信系统的第三布置(图1)中，
传声/无线链路21置于应答器10与起锚船8之间，其中，设置有漂浮在水体6的表面6A处的杆状浮标21A，并且该杆状浮标被布置为承载通过导体22连接至天线23的收发器9A以进行信号的无线通信。杆状浮标21A通过牵绳24连接至位于系泊床4的表面5上的配重
块25以将锚3附近的杆状浮标21A系泊在第一应答器10与船8之间。第二应答器12D是全向的，并且通过夹具24A附接至在杆状浮标21A之下的牵绳24，并且通过铠装线缆13C中的导体13连接至收发器9A。铠装线缆13C中的导体13在每一端通过用于连接至应答器12D和收发器9A的湿式耦合的机械和电导体13F终止。收发器9A包括经由导体13对收发器9A和应答器12D供电的
太阳能电池可再充电电池电源(未示出)。
在船8上，收发器9通过导体26连接至天线27以进行信号的无线通信。因此，能够在附接至锚
3的仪器2与船8上的收发器9之间沿着电路径、声学路径和电磁路径进行数据通信。明显的是，数据通信路径中的至少一种路径可以是光路径。虽然该布置在极端的暴
风雨条件下易受冲走杆状浮标系统的影响，但是其提供一种避免通过非常长的声学传播路径长度可能出现的声学传输问题的可替选方法。
[0072] 在锚定数据通信系统1的变型例(图8)中，替代如图1和图4所示的被夹紧于系泊缆7的下部7A，底托16被夹紧于浮锚尾部3D的与拖曳链条3F邻近的钢丝绳3E。铠装线缆11A沿着绳28从锚3的柄3C向船尾引导，以通过弯曲限制夹具29和夹具30附接至钢丝绳3E来跟随钢丝绳3E。铠装线缆11A的终端11B附接至底托16中的鳍板16A的前缘16R处的孔16Q(图4)，并且如前所述那样连接导体11和14A。钢丝绳3E和铠装线缆11A被选择为具有足以使得底托
16在锚3处于在表面5之下的最大浸透深度时保持在系泊床4的表面5处的长度，通常为60m至100m。因此，在嵌入锚3期间通过浮锚尾部3D的钢丝绳3E将应答器10的朝向限制为与锚3、系泊缆7和安装船8的朝向相同。
[0073] 在使用中，在三个布置中的每个布置中，在起锚船8以约1海里/小时缓慢地朝向锚3在系泊床表面5上的期望着地点航行时，在起锚船8的甲板8C上装配锚定数据通信系统1。
[0074] 锚3被布置在船尾滚筒8A附近，并且浮锚尾部3D连同不可重复使用的缓降器组件3H一起被用钩链连接至锚爪3G的后面。仪器2连同压力传感器15一起被安装为与锚3的柄3C的附接点A邻近。铠装线缆11A的终端11C被用钩链连接至柄3C。铠装线缆11A中的导体11和
14分别连接至仪器2和压力传感器15。锚链3B通过销3A连接至柄3C上的附接点A。用连接链环7E将低摩擦转环7D连接至锚链3B。
[0075] 通过工作线材7C将转矩平衡钢丝绳前驱件7A存储在船8的甲板8C上的绞车滚筒8A上，该前驱件7A在绞车滚筒8B上连接至工作线材7C，而铠装线缆11A(图3)存储在甲板8C上的存储滚筒(未示出)上。合成绳7B存储在甲板8C上的辅助绞车滚筒(未示出)上。
[0076] 前驱件7A从绞车滚筒8B放出并且沿着甲板8C被拉出至转环7D，在转环7D处停止并通过连接链环7F(图1和图2)连接至转环7D。使用拖带绞车(未示出)同步放出前驱件7A和铠装线缆11A，从而使得在锚3后面的浮锚尾部组件3D和缓降器组件3H被推倒然后保持在船尾滚筒8A处。
[0077] 目前暂时停止船8的螺旋桨以允许锚3以稳定的方式通过以下区域而降低到水体6中：在该区域中，通常由于螺旋桨动作而存在的水的紊流螺旋运动可以另外使锚3围绕前驱件7A不期望地进行旋转。在螺旋桨暂时停止的情况下，船8的动量足以维持平滑水流经过锚3且进入缓降器3J中以将锚3保持在朝向船8的期望朝向上。一旦锚3通过螺旋桨紊流区域，就再次启动螺旋桨并且继续降低锚3。通过船尾滚筒8A在中心引导前驱件7A，而通过船尾滚筒8A的最接近于应答器10且不接触前驱件7A的一侧来引导铠装线缆11A以避免铠装线缆
11A的
绳扣陷入在前驱件7A下方。
[0078] 当前驱件7A上的预标记点B(其位于前驱件7A上且接近于前驱件7A的上端)到达甲板上接近船尾滚筒8A的合适位置处时，停止放出工作线材7C的附接部分和前驱件7A以使得底托16以与点B对齐的方式、通过夹具16D附接至前驱件7A。然后，将应答器10安装在底托16(图4)的管16B中。铠装线缆11A的终端11B被从存储滚筒取下并经由孔16M用钩链连接至底托16的鳍板16A，并且由终端11B产生的导体11经由湿式耦合电导体17连接至应答器10的电源10C。水压管14和终止压力泡14B被预填充有海水。然后，将压力泡14B装进附接至底托16的板16G的保护壳体(未示出)中。现在通过将螺栓16J置于在底托16的鳍板16A中的适当孔16K中来选择并设置在应答器10的轴10A与前驱件7A的相邻轴7AX之间的锐角α。
[0079] 一部分合成绳7B从辅助绞车滚筒放出以达到前驱件7A的上端，在前驱件7A处停止，然后使用甲板8C上靠近船尾滚筒8A的鲨鱼式钳口(shark’s jaws)(未示出)在断开和调换过程中通过锚链7G连接至前驱件7A(图1)来代替工作线材7C的连接。工作线材7C的断开末端留在甲板8C上以准备用于下一次断开和调换操作。现在，接通电源10C以在休眠模式下给仪器2和应答器10两者通电，直至在锚3到达海床4的表面5以前通过声学地从应答器12、12A或12D接收的命令信号将它们激活为唤醒模式为止。
[0080] 重新开始放出合成绳7B，并且底托16以通过引导铠装线缆11A而将鳍板16A保持在前驱件7A的一侧的方式越过船尾滚筒8A。船8以约1海里/小时的向前移动产生了使前驱件7A偏离竖直的拖曳力，并使通过由转环7D协助的缓降器3J起作用的锚3进入水中以在通过水体6降低期间选定船8的朝向。底托16上的浮力元件16N将鳍板16A和铠装线缆11A的终端
11B旋转至在前驱件7A之上且在前驱件7A后面的位置。这允许铠装线缆11A在鳍板16A与锚柄3C之间从前驱件7A后面流出，并且通过水移动而保持在在不围绕前驱件11A的位置。
[0081] 当合成绳7B(图1)的通过处理尾部附接至辅助绞车滚筒的上端几乎达到与工作线材7C的位于甲板8C上的断开末端相邻的船尾滚筒8A附近时，停止放出。以如之前的断开和调换过程通过钩环7H将工作线材7C连接至合成绳7B来代替处理尾部。然后，处理尾部被拉回辅助绞车滚筒上以进行存储。
[0082] 在第二(优选)布置中，现在将支架19(图4)安装至位于起锚船8的甲板8C上的工作线材7C，该工作线材7C已经如上所提及的那样通过锚链7H连接至合成绳7B。支架19的板19B被布置成位于工作线材7C与甲板8C之间。通过调节垫片心轴螺栓19D在板19B的槽口19E中的位置同时确保支架19保持自由地围绕工作线材7C旋转，使支架19的所有四个辊19C接触工作线材7C。应答器12A被安装在壳体管19F中。通过将螺栓19J置于板19G中以及在板19A中合适的孔19K中来选择并设置锐角γ。铠装线缆13B从装备有滑环的绞车滚筒18放出，并且在孔19P处用钩链连接至支架19的板19A。然后，导体13通过湿式耦合电导体13E电连接至应答器12A。现在，使连接至导体13的应答器12A和收发器9通电。
[0083] 然后，随着工作线材7C越过船尾滚筒8A的中心，同步放出工作线材7C和铠装线缆13B。支架19在船外承载在工作线材7C上。因此，板19B也越过船尾滚筒8A的中心，同时腰部
19M防止板19B通过利用工作线材7C挤压船尾滚筒8A而弯曲。通过船尾滚筒8A的离应答器
12A最远的一侧来引导铠装线缆13B，以避免铠装线缆13B的绳扣陷入工作线材7C下方。根据所放出的铠装线缆13B的长度来确定支架19在工作线材7C上的位置。当已经建立了支架19和应答器12A沿着工作线材7C距船尾滚筒8A的期望间隔时，停止放出铠装线缆13B。现在，从应答器12A向应答器10声学地传递命令信号以使应答器10和锚3上的仪器2从休眠模式切换为活动模式，并且开始通过通信系统将数据发送至收发器9。实时记录应答器10和锚3上的附接点A在系泊床4的表面5之上的高度以及其他数据(诸如，锚3的横摇和纵摇以及锚链3B中的载荷和倾角)，并且为起锚船8上的系泊人员将其显示在监视屏上以有助于在安装过程期间进行控制。
[0084] 由于船8朝向锚3的着陆点移动，继续放出工作线材7C、同时穿过支架19的辊19C，直至锚3高于系泊床4的表面5约40米并且浮锚尾部链条3F的12个链环位于系泊床4的表面5上并且在该表面上拖曳为止。现在停止从绞车8B放出工作线材7C。来自表面5上的浮锚尾部链条3F的拖曳力加至由缓降器3J产生的拖曳力以将锚3的朝向如船8的朝向一样保持在规定着地点的方向上。当锚3距其着地点约150m(水平测量)时，船8的速度降至约0.5海里/小时。虽然来自缓降器3J的拖曳力降低了四倍，但是随着锚3以在由系泊缆7和浮锚尾部线3E形成的悬挂绳中的摆动重量(pendulum weight)的方式起作用，来自链条3F的拖曳力保持锚3的朝向。
[0085] 当锚3距着地点约50m时，以等于船速的每分钟16m的速度重新开始工作线材7C从绞车8B的放出速率。因此，锚3被降低至与系泊床4的表面5相接触，同时主要通过由链条3F提供的拖曳力保持锚3的朝向和姿势。锚3到达系泊床4的表面5处的着地顺序能够根据在监视屏上呈现的以下数据进行观察，该数据为诸如附接点A在表面5之上的高度、锚链3B中的载荷和倾角、以及锚3的横摇和纵摇。这些数据提供已经按照计划正确地执行了着地操作的确认。
[0086] 在着地之后，使船8的速度和工作线材7C的放出速率保持相等，但是分别被增加至1海里/小时和每分钟31m(为绞车8B的最大放出速率)直至当船尾滚筒8A外部的系泊缆7的锚缆长度(总长度)是嵌入锚3所需的锚缆长度时停止两者的增加。现在，锚3在着地点处停留在系泊床4的表面5上，其中前驱件7A和铠装线缆11A沿着船8的朝向水平布置于该表面5上而使铠装线缆11A未卷绕前驱件7A。底托16上的浮力元件16N作用于使板16A保持竖直从而确保应答器10保持远离表面5以避免被系泊床
土壤污染。嵌入锚3所需要的系泊缆7的锚缆长度根据锚嵌入计算程序获得。该程序用于确认当达到系泊缆7的最大张力时在锚3的安装埋置期间将被埋置的前驱件7A的长度将小于距离d，以使得底托16和应答器10将不会被拉到系泊床4的表面5之下。
[0087] 现在通过船8将螺旋桨推力施加至张力系泊缆7和系泊床4中的埋置锚3。如果需要，在拉伸期间，通过放出更多铠装线缆13B来使支架19沿着工作线材7C向下移动而超出工作线材7C上的点D，从而减小与应答器10的间隔并因此增加从应答器10到达应答器12A的信号强度。锚3浸透到表面5以下并且将浮锚尾部3D的一部分钢丝绳3E和缓降器组件3H拉入系泊床4中。缓降器3J上的土壤阻力使弱链环3P分开以在系泊床3的表面5处留下不可重复使用的缓降器组件3H。随着嵌入继续进行，仪器2对锚3的横摇和纵摇、锚3的锚链3B的销3A中的载荷和载荷方向、埋置轨迹数据以及附接点A处的压力进行测量、计算、编码以下数据并将其发送至应答器10。应答器10将这些数据连同应答器10处的压力数据一起声学中继至支架19上的应答器12A，并且应答器12A将该数据电发送至收发器9以进行记录并显示在船8上的监视屏上。在应答器10处测量的压力使应答器10在系泊床4的表面5之上的高度能够通过安装程序被显示，并且确认第一应答器已经如计划一样保持为不接触系泊床4。在锚3上的附接点A处所测量的压力使得能够计算点A在表面5以下的深度，以提供对从前述埋置轨迹数据获得的、附接点A的埋置深度的确认和连续校准。
[0088] 当监测数据确认锚3上的附接点A已经达到规定目标深度时，船8在系泊缆7中施加规定的验证载荷张力持续15至30分钟。现在，减少螺旋桨推力，并且将工作线材7C卷回至绞车滚筒8B上，直至在工作线材7C与合成绳7B之间的锚链7H越过船尾滚筒8A并到达邻近于前述的鲨鱼式钳口的甲板8C上为止。然后，以断开和调换程序将工作线材7C与合成绳7B断开连接并且用附接至浮标(未示出)链条尾部替代工作线材7C。然后，拖带绞车线和
滑轮用于向船外推动合成绳7B的上端和所附接的浮标。浮标用于支承系泊系统、同时等待待系泊的漂浮结构的最终连接，并且被布置成保持合成绳7B和一部分前驱件7A不接触系泊床4的表面5，以使得底托16上的应答器10继续保持不被系泊床土壤污染。
[0089] 现在，第一布置和第三布置将容易被理解为与支持锚定数据通信系统的上部应答器(12和12D)有关的变型。
[0090] 在第一布置中，全向应答器12通过湿式耦合的机械和
电连接器13D连接至在起锚船8上的装备有滑环的绞车滚筒18上存储的铠装线缆13A，并且在船外以发射波束12E竖直的方式降低，直至与船8充分隔开，使得可接受地减弱由船8产生的声音噪声。此后，主要如针对第二布置所描述的那样进行锚3的部署和安装，但是使用声学信号路径的一端处的应答器12替代应答器12A。
[0091] 在第三布置中，在重新开始锚3的部署和安装之前，使用如针对第二布置所描述的类似甲板处理程序，在起锚船8外布置传声/无线链路21，其包括配重块25、牵绳24和附接至收发器9A并连接至应答器12D的杆状浮标21A。配重块25在完成锚3的安装时以在应答器10的计划最终位置与船8之间的位置位于系泊床4的表面5上，使得应答器12D在前驱件7A的安装朝向上。然后，基本上如针对第二布置所描述的那样来进行锚3的部署和安装以及合成绳7B的漂浮(buoy off)，但不将应答器12A和支架19安装至工作线材7C。来自锚3的数据在应答器10与应答器12D之间进行声学通信，然后在收发器9A与9之间进行无线通信。
[0092] 结合有前述
修改(图8)的锚定数据通信系统1的组装和部署遵循与已经描述的那些过程相似的过程。在此情况下，不需要将缓降器组件3H安装至锚3，并且应答器10在底托16上的最终安装位置在系泊床4的表面5在所埋置的锚3后面约80m。应答器10被浮锚尾部3D的钢丝绳3E限制在船8的朝向上。如前所述，系泊缆悬链线计算使得能够在底托16中选择最优化在应答器10与应答器12或12A之间的
信号传输的角度α。
[0093] 在完成大量锚和系泊缆(包括锚定数据通信系统)的安装以及漂浮结构的连接之后，可以采用用于部署上部应答器或第二应答器12、12A或12D的三个布置中的任意布置以连续监视多锚系统。单个全向上部应答器足以通过使用合适的锚识别编码来依次触发和监视来自每个锚的数据，并且可以
支撑在在系泊缆之一上的支架19上以保持在系泊的漂浮结构处不与
钻柱、立管等接触。通过使用从诸如起锚船8的船部署的适当装配的遥控潜水器来定期地替换每个应答器10的电源和/或电池来实现无限期的
数据采集。
[0094] 将理解，在本发明的范围内可以进行各种变型。
[0095] 例如：应答器10和12A中的一个或两者可以是全向的；并且其中前驱件7A包括钢丝绳，第一导体11可以沿存在于钢丝绳的相邻体外束之间的
螺旋槽的底部设置。该相邻体外束将保护第一导体11在起锚船8的船尾滚筒8A的柱形表面上不被挤压。可替选地，可以将第一导体11完全并入这样的前驱件中。对于这样的变型，底托16可以旋转且轴向地夹紧至前驱件7A以避免由此引起的在仪器2与应答器10之间的电路径中提供滑环设备的必要性。然后，可以结合使用具有锥形发散夹角为90°的声束的应答器10来将底托16(图4)的角度设置为0°，以允许通信而不考虑可能在前驱件7A中出现的导致应答器10围绕前驱件7A旋转的任何转动。还可以修改安装程序以在安装锚3期间一直保持前驱件7A的正倾斜角，从而确保旋转夹紧的底托16和应答器10被保持为不接触系泊床土壤。
[0096] 此外，应答器10和12A各自均可以配备有水下天线，以在能够接受低比特率的数字数据传输的情况下替代声学通信而在水体6中进行非常低频的电磁通信。
[0097] 明显可见，应答器10在前驱件7A上的位置使应答器10容易遭受相当大的操作危险。然而，这里描述的安全措施克服了这样的危险并因此使得能够实现通过在前驱件7A上设置应答器10而赋予的益处。这些危险可以通过在尾部浮锚3D上设置应答器10(图8)而避免，同时保留由朝向限制赋予的优点。
