Suv osti akustik joylashishni aniqlash tizimi - Underwater acoustic positioning system

An suv osti akustik joylashishni aniqlash tizimi[1][2] akustik masofani va / yoki yo'nalishni o'lchash orqali suv osti transport vositalarini yoki g'avvoslarini kuzatib borish va navigatsiya qilish, keyinchalik pozitsiyani triangulyatsiya qilish tizimidir. Suv osti akustik joylashishni aniqlash tizimlari odatda turli xil suv osti ishlarida, shu jumladan neft va gazni qidirishda ishlatiladi, okean fanlari, qutqarish operatsiyalari, dengiz arxeologiyasi, huquqni muhofaza qilish va harbiy faoliyat.

Amaliyot usuli

1-rasmda akustik joylashishni aniqlash tizimining umumiy ishlash usuli tasvirlangan,[3] bu uzoq bazaviy (LBL) joylashishni aniqlash tizimining misoli ROV

Shakl 1: ROV uchun uzoq muddatli (LBL) akustik joylashishni aniqlash tizimining ishlash usuli
Dastlabki stantsiyani joylashtirish va tadqiq qilish

Akustik joylashishni aniqlash tizimlari operatsiyalarni boshlashdan oldin joylashtirilishi kerak bo'lgan bazaviy stantsiyalar doirasiga nisbatan pozitsiyalarni o'lchaydilar. Uzoq tayanch (LBL) tizimida dengiz tubida uchta yoki undan ortiq asosiy transponderlar to'plami joylashtirilgan. Transponderlarning asosiy joylashuvi bir-biriga nisbatan yoki ichida global koordinatalar keyin aniq o'lchash kerak. Ba'zi tizimlar ushbu vazifani avtomatlashtirilgan akustik o'z-o'zini tekshirish va boshqa hollarda yordam beradi GPS har bir boshlang'ich transponder joylashtirilgan yoki joylashtirilganidan keyin uning o'rnini aniqlash uchun ishlatiladi.

Kuzatish yoki navigatsiya operatsiyalari

Dastlabki tarqatish va so'rovdan so'ng akustik joylashishni aniqlash tizimi ishlashga tayyor. Uzoq boshlang'ich misolida (1-rasmga qarang), so'roq qiluvchi (A) kuzatilishi kerak bo'lgan ROVga o'rnatildi. So'roq qiluvchi asosiy transponderlar (B, C, D, E) qabul qiladigan akustik signalni uzatadi. Asosiy transponderlarning javobi yana ROVda qabul qilinadi. Signalning parvoz vaqti yoki tegishli masofalar A-B, A-C, A-D va A-E ROV kindik (F) orqali yuzaga uzatiladi, bu erda ROV pozitsiyasi hisoblanib, kuzatuv ekranida aks etadi. Akustik masofani o'lchashni oshirish mumkin chuqurlik sensori ma'lumotlari uch o'lchovli suv osti makonida joylashishni aniqroq aniqligini olish.

Akustik joylashishni aniqlash tizimlari bir necha santimetrdan o'n metrgacha aniqlik hosil qilishi va o'nlab metrdan o'nlab kilometrgacha bo'lgan masofada ishlatilishi mumkin. Ishlash joylashishni aniqlash tizimining turi va modeliga, uning ma'lum bir ish uchun konfiguratsiyasiga va ish joyidagi suv osti akustik muhitining xususiyatlariga juda bog'liq.

Sinflar

Suv osti akustik joylashishni aniqlash tizimlari odatda uchta keng turga yoki sinflarga bo'linadi[4][5]

Uzoq muddatli (LBL) tizimlar, yuqoridagi 1-rasmda bo'lgani kabi, dengiz tubidagi asosiy transponderlar tarmog'idan foydalaning. Transponderlar odatda operatsiya uchastkasining burchaklariga o'rnatiladi. LBL tizimlari odatda 1 m dan yuqori, ba'zan esa 0,01 m gacha bo'lgan juda yuqori aniqlikka ega va juda mustahkam pozitsiyalar bilan birga[6][7] Buning sababi shundaki, transponderlar ish joyining mos yozuvlar tizimiga o'rnatiladi (ya'ni dengiz tubida), keng transponder oralig'i pozitsiyani hisoblash uchun ideal geometriyani keltirib chiqaradi va LBL tizimi akustik yo'lsiz ishlaydi (potentsial uzoq) dengiz sathiga.

Ultra qisqa bazali (USBL) tizimlar va tegishli super-qisqa bazali (SSBL) tizimlar, yon tomonga o'rnatiladigan, odatda kuchli, qattiq transduser ustunining pastki uchiga o'rnatilgan kichik (masalan, bo'ylab 230 mm), mahkam o'rnatilgan transduserlar qatoriga tayanadi. yoki ba'zi hollarda yuzaki idishning pastki qismida.[8][9] LBL va SBL tizimlaridan farqli o'laroq, ular bir necha masofani o'lchash orqali pozitsiyani aniqlaydilar, USBL transduserlar massivi nishonni o'lchash uchun ishlatiladi masofa signalning ishlash vaqti va maqsad yordamida transduser qutbidan yo'nalish o'lchash orqali o'zgarishlar o'zgarishi transduser massivining alohida elementlari ko'rgan javob signalining. Masofa va yo'nalish kombinatsiyasi kuzatilgan nishonning sirt kemasiga nisbatan o'rnini aniqlaydi. Keyinchalik, sirt idishi va uning transduser qutbining o'zgaruvchan holati va yo'nalishini (balandlik, rulon, podshipnik) qoplash uchun GPS, gyro yoki elektron kompas va vertikal moslama birligi, shu jumladan qo'shimcha sensorlardan foydalaniladi. USBL tizimlari dengiz tubidagi transponderlar qatorini talab qilmaslikning afzalliklarini taklif etadi. Kamchilik shundaki, joylashishni aniqlashning aniqligi va mustahkamligi LBL tizimlari kabi yaxshi emas. Sababi shundaki, USBL tizimi tomonidan aniqlangan burchak kattaroq masofada katta pozitsiya xatosiga aylanadi. Shuningdek, USBL transduserining qutb holati va yo'nalishni qoplash uchun zarur bo'lgan bir nechta sensorlar qo'shimcha xatolarni keltirib chiqaradi. Va nihoyat, suv osti akustik muhitining bir xil emasligi signallarning sinishi va aks ettirishiga olib keladi, bu esa LBL geometriyasiga qaraganda USBL joylashuviga ko'proq ta'sir qiladi.

Qisqa darajadagi tizimlar (SBL) markaziy boshqaruv qutisiga sim bilan ulangan uchta yoki undan ortiq individual sonar transduserlardan tashkil topgan boshlang'ich chiziqdan foydalaning. Aniqlik transduser oralig'i va o'rnatish usuliga bog'liq. Katta ishchi barjadan yoki dock yoki boshqa sobit platformadan ishlaganda bo'lgani kabi kengroq bo'shliq ishlatilganda, ishlash LBL tizimlariga o'xshash bo'lishi mumkin. Transduser oralig'i qattiq bo'lgan kichik qayiqdan ishlaganda aniqlik pasayadi. USBL tizimlari singari, SBL tizimlari ham tez-tez qayiq va kemalarga o'rnatiladi, ammo joylashtirishning ixtisoslashtirilgan usullari ham keng tarqalgan. Masalan, Vuds Hole okeanografiya instituti joylashtirish uchun SBL tizimidan foydalanadi Jeyson unga bog'liq bo'lgan MEDEA-ga nisbatan chuqur okean ROV depressor og'irligi xabar qilingan aniqlik 9 sm[10]

GPS aqlli shamshiralari (GIB) tizimlar teskari LBL moslamalari bo'lib, bu erda transduserlar suzuvchi shamchalar bilan almashtiriladi, ular GPS tomonidan o'z-o'zidan joylashtiriladi. Kuzatilgan holat suv osti moslamasi tomonidan yuborilgan akustik signallarning kelib tushish vaqti (TOA) dan yuzada real vaqt rejimida hisoblab chiqiladi. Bunday konfiguratsiya LBL tizimlariga o'xshash aniqlik bilan tezkor, kalibrlashsiz tarqatishga imkon beradi. LBL, SBL yoki USBL tizimlarining qarama-qarshi tomonida GIB tizimlari emitentdan shamshirlarga bir tomonlama akustik signallardan foydalanadi, bu esa sirt yoki devor aks ettirishga nisbatan sezgir emas. GIB tizimlari AUVlarni, torpedalarni yoki g'avvoslarni kuzatishda foydalaniladi, samolyotlarning qora qutilarini lokalizatsiya qilish uchun ishlatilishi mumkin va qurol sinovi va mashq qilish uchun inert yoki jonli qurollarning ta'sir koordinatalarini aniqlash uchun ishlatilishi mumkin.[11][12][13] adabiyotlar: Sharm-El-Sheih, 2004; Sotchi, 2006; Kayers, 2005; Kayser, 2006; Kardoza, 2006 va boshqalar ...).

Tarix va foydalanish misollari

Shakl 2a: USNS-ga akustik qisqa boshlang'ich (SBL) joylashishni aniqlash tizimi o'rnatildi Mizar qidiruv jarayonida suvosti kemasi USS qoldiqlariga sho'ng'iydi Tresher
Shakl 2b: batiskaf Triest ga akustik joylashishni aniqlash tizimi tomonidan boshqarilgan Tresher

Ushbu tizimlarning zamonaviy rivojlanishini boshlagan deb hisoblangan suv osti akustik joylashishni aniqlash tizimlaridan erta foydalanish,[14] Amerika atom suvosti kemasining yo'qolishi bilan bog'liq USS Tresher 1963 yil 10 aprelda 2560 metr chuqurlikda.[15] Okeanografik kemada akustik qisqa boshlang'ich (SBL) joylashishni aniqlash tizimi o'rnatildi USNS Mizar. Ushbu tizim batiskafni boshqarish uchun ishlatilgan Trieste 1 halokat joyiga. Shunga qaramay, texnologiyaning holati hali ham juda yomon edi, Trieste 1 tomonidan o'nta qidiruv sho'ng'inidan vizual aloqa faqat bir marta parchalanib ketgan narsalar bilan amalga oshirildi.[16] Akustik joylashishni aniqlash 1966 yilda yana yo'qolgan yadro bombasini qidirish va tiklashda yordam berish uchun ishlatilgan B-52 bombardimonchi halokati paytida Ispaniya qirg'oqlari yaqinidagi dengizda.

1970-yillarda chuqurroq suvlarda neft va gazni qidirish uchun burg'ulash simlarini aniq joyiga qo'yish uchun suv osti joylashishni aniqligi yaxshilanishi kerak edi.[17] va suv osti qurilishining boshqa vazifalarini bajarish.

3-rasm: Rossiyaning chuqur dengiz osti suvosti kemalari MIR-1 va MIR-2 Yaponiya suvosti kemasi vayron bo'lgan joyni qidirdi I-52 1998 yilda. LBL joylashishni aniqlash tizimi bir necha marotaba sho'ng'in bo'yicha izlanayotgan izlanishlarni boshqarish va hujjatlashtirish uchun ishlatilgan

Ammo, texnologiya boshqa dasturlarda ham qo'llanila boshlandi. 1998 yilda qutqaruvchi Pol Tidvell va uning kompaniyasi Cape Verde Explorations 2-jahon urushi vayron bo'lgan joyga ekspeditsiya olib bordi. Yaponiyaning dengiz osti kemasi I-52 Atlantika okeanining o'rtalarida.[18] 1995 yilda 5240 metr chuqurlikda joylashgan bo'lib, u yon tomondagi skanerlash va suv osti chanog'idan foydalanilgan holda topilgan va aniqlangan. Urush davri yozuvlarida I-52 Germaniyaga yo'naltirilganligi, 49 ta tarkibida 146 ta oltindan iborat yuk borligi ko'rsatilgan. metall qutilar. Bu safar janob Tidvell kompaniyasi Rossiyaning okeanografik kemasini yolladi Akademik Mstislav Keldysh Ikkita boshqariladigan chuqur okean osti suvosti kemalari bilan MIR-1 va MIR-2 (3-rasm). Chiqindilar maydonida aniq navigatsiyani engillashtirish va to'liq qidirishni ta'minlash uchun, MIR-1 birinchi sho'ng'in paytida uzoq transponderli asosiy transponder tarmog'ini joylashtirdi. Har bir suv osti kemasi ketma-ket ettita sho'ng'in paytida qoldiqlar maydonini asta-sekin qidirib topdilar. LBL joylashishni aniqlash bo'yicha rekord har bir sho'ng'in ortidan qidiruv qamrovini kengayishini ko'rsatdi va jamoaga keyingi sho'ng'in paytida hali izlanmagan joylarga e'tibor berish imkoniyatini berdi. Oltin topilmadi, ammo joylashishni aniqlash tizimi qidiruv hajmini hujjatlashtirgan.

So'nggi yillarda suv osti akustik joylashuvining bir nechta tendentsiyalari paydo bo'ldi. Ulardan biri LBL va USBL kombinatsiyasini LUSBL deb ataladigan tizimga kiritishdir[19] ishlashni yaxshilash uchun konfiguratsiya. Ushbu tizimlar odatda offshor neft va gaz sohasida va boshqa yuqori darajadagi dasturlarda qo'llaniladi. Yana bir tendentsiya - bu turli xil ixtisoslashtirilgan maqsadlar uchun ixcham, vazifalarni optimallashtirish tizimlarini joriy etish. Masalan, Kaliforniya baliq va ov bo'limi Trol paytida baliq namuna oladigan tarmoqning ochilish maydoni va geometriyasini doimiy ravishda o'lchaydigan tizimni (4-rasm) foydalanishga topshirdi. Ushbu ma'lumotlar bo'limga baliq zaxiralarini baholashning to'g'riligini yaxshilashga yordam beradi Sakramento daryosi deltasi.

4-rasm: NetTrack baliqlarni zaxirasini aniq baholash maqsadida tral tarmog'ining ochilish geometriyasini va maydonini o'lchash uchun mo'ljallangan SBL tipidagi suv osti akustik joylashishni aniqlash tizimining misoli. Chapda: To'rtta kichik javob beruvchi (A, B, C, D) tral to'rining ochilish burchagiga o'rnatiladi va birlashma shishasi (E) va kindik (F) orqali er usti stantsiyasining kompyuteriga ulanadi. Markaz: Tarmoq o'rnatilgan. O'ngda: Yer usti stantsiyasining kompyuteri bitta javob beruvchiga (masalan, A) boshqa yo'lovchilarga (masalan, B, C, D) qabul qilishni buyurib, uni yuborish uchun ko'rsatmalar yuboradi. Ushbu usul bo'yicha barcha oltita masofa (A-B, A-C, A-D, B-C, B-D, C-D) o'lchanadi. Teshikning to'rt tomoni va bitta diagonal tral to'rining ochilish geometriyasi va maydonini uchburchakda o'lchash uchun ishlatiladi. Ma'lumotlar sifatini tekshirish uchun o'lchov xatolar metrikasini hisoblash uchun ikkinchi diagonal mavjud.

Adabiyotlar

  1. ^ Rod-Aylend universiteti: dengizdagi tovushning kashf etilishi
  2. ^ Suv osti akustik joylashishni aniqlash tizimlari, P.H. Milne 1983, ISBN  0-87201-012-0
  3. ^ ROV qo'llanmasi, Robert D. Masih va Robert L. Vernli Sr 2007 yil, 96-103 betlar, ISBN  978-0-7506-8148-3
  4. ^ Milne, 3-5 boblar
  5. ^ Masih va Vernli, 4.2.6-4.2.7 bo'limlari
  6. ^ MIT chuqur suvli arxeologiya tadqiqot guruhi
  7. ^ B.P. Foley va D.A. Mindell, "Chuqur suvda aniqlik tadqiqotlari va arxeologik metodologiya", ENALIA Ellin dengiz arxeologiyasi instituti jurnali, jild. VI, 49-56, 2002 yil
  8. ^ Milne, 4-bob
  9. ^ Masih va Vernli, 4.2.6.3-bo'lim
  10. ^ JASON / MEDEA ROV operatsiyalariga aniq nisbiy joylashishni aniqlash, Bingham va boshq., MTS jurnali 2006 yil bahor (40-jild, 1-son)
  11. ^ Kayser, JR, Kardoza, M.A. va boshqalar. al., "GPS akustik qurolni sinovdan o'tkazish va o'qitish tizimidan qurollarni skorlash natijalari", Navigatsiya instituti Milliy texnik yig'ilish, San-Diego, Kaliforniya, 2005 yil 24-26 yanvar
  12. ^ Kardoza, M.A., Kayser, JR va & Ueyd, B. "Dahshatli o'q-dorilarning offshor hisobi", GNSS ichida 2006 yil aprel, 32-39 betlar
  13. ^ Kardoza, Migel A.; Kayser, Jek R. Veyd, Uilyam F.; Bennett, Richard L.; Merts, Jon X.; Keysi, Devid R. (10 mart 2005). Tezkor joylashtirilgan real vaqt akustik datchiklaridan foydalangan holda dengizdan qurollarni skorlash (PDF). 21-yillik milliy sinov va baholash konferentsiyasi. Sharlotta, Shimoliy Karolina.
  14. ^ Milne, 2-bob
  15. ^ Masih va Vernl, 96-bet
  16. ^ Milne, 3-bob
  17. ^ Masih va Vernli, bo'lim 4.2.1
  18. ^ Oxirgi sho'ng'in, National Geographic jurnali 1999 yil oktyabr
  19. ^ Moslashuvchan akustik joylashishni aniqlash tizimi arxitekturasi, Devis, MTS dinamik joylashishni aniqlash bo'yicha konferentsiya 2002 yil

Tashqi havolalar