Система акустического позиционирования с длинной базой
Класс подводных акустических систем позиционирования, используемых для отслеживания подводных аппаратов и водолазов.
Рисунок 1: Метод работы акустической системы позиционирования с длинной базой (LBL)

Система акустического позиционирования с длинной базой (LBL) [1] является одним из трех широких классов систем подводного акустического позиционирования , которые используются для отслеживания подводных транспортных средств и водолазов. Два других класса — это системы с ультракороткой базой (USBL) и системы с короткой базой (SBL). Системы LBL уникальны тем, что они используют сети базовых транспондеров, установленных на морском дне, в качестве опорных точек для навигации. Они, как правило, развертываются по периметру рабочей площадки. Метод LBL обеспечивает очень высокую точность позиционирования и стабильность положения, которая не зависит от глубины воды. Как правило, она лучше 1 метра и может достигать точности в несколько сантиметров. [2] Системы LBL обычно используются для точных подводных съемочных работ, где точность или стабильность положения судовых (SBL, USBL) систем позиционирования недостаточны.

Эксплуатация и производительность

Рисунок 2: Команда дайверов (Envirotech Diving) с акустической системой подводного позиционирования AquaMap LBL, включающей три базовых транспондера (B) и водолазные станции (A), установленные на скутерах. Базовые станции сначала размещаются по углам рабочей площадки. Затем их относительное положение точно измеряется с помощью автоматической акустической функции самообследования системы AquaMap. Для операций с географической привязкой базовые положения определяются с помощью дифференциального GPS или лазерного позиционного оборудования (тахеометра). Во время погружения водолазная станция опрашивает базовые станции для измерения расстояний, которые затем преобразуются в положения.

Системы с длинной базой определяют положение транспортного средства или водолаза путем акустического измерения расстояния от транспортного средства или водолаза до трех или более базовых транспондеров, развернутых на морском дне. Эти измерения дальности, которые часто дополняются данными о глубине от датчиков давления на устройствах, затем используются для триангуляции положения транспортного средства или водолаза. На рисунке 1 установленный водолазом транспондер (A) посылает сигнал, который принимается базовыми транспондерами (B, C, D). Транспондеры отвечают, и ответы снова принимаются водолазной станцией (A). Измерения времени прохождения сигнала теперь дают расстояния AB, AC и AD, которые используются для вычисления положения водолаза с помощью триангуляции или алгоритмов поиска положения. Результирующие положения определяются относительно местоположения базовых трансдьюсеров. Их можно легко преобразовать в геопривязанную систему координат, такую ​​как широта/долгота или UTM, если сначала установлены геопозиции базовых станций.

Системы с длинной базой получили свое название из-за того, что расстояние между базовыми транспондерами велико или аналогично расстоянию между водолазом или транспортным средством и транспондерами. [3] То есть базовые транспондеры обычно устанавливаются в углах подводной рабочей площадки, в пределах которой работает транспортное средство или водолаз. Этот метод дает идеальную геометрию для позиционирования, в которой любая заданная ошибка в измерениях акустического диапазона приводит только к эквивалентной ошибке положения. [4] Это сопоставимо с системами SBL и USBL с более короткими базовыми линиями, где возмущения дальности заданной величины могут привести к гораздо большим ошибкам положения. Кроме того, монтаж базовых транспондеров на морском дне устраняет необходимость преобразования между системами отсчета, как в случае систем позиционирования USBL или SBL, установленных на движущихся судах. [5] Наконец, монтаж на морском дне делает точность позиционирования независимой от глубины воды. [6] По этим причинам системы LBL обычно применяются для задач, где требуемый стандарт точности или надежности позиционирования превышает возможности систем USBL и SBL.

История

Поиск и осмотр затерянной атомной подводной лодки USS Thresher океанографическим судном ВМС США USNS Mizar в 1963 году часто приписывают зарождение современных подводных акустических навигационных систем. [7] Mizar в первую очередь использовал систему короткой базовой линии (SBL) для отслеживания батискафа Trieste 1. Однако его возможности также включали в себя донные транспондеры, которые в сочетании с ранними навигационными спутниками поддерживали удержание станции с точностью около 300 футов, что считалось выдающимся в то время. [8]

Примеры

Рисунок 3: Точное определение местоположения атомных подводных лодок до запуска ракет было ранним применением систем акустического позиционирования с длинной базой. Скрытые сети транспондеров морского дна могли выживать и обеспечивать точную навигационную возможность даже после того, как спутники GPS были выведены из строя.

К середине 1960-х годов и, возможно, ранее, Советы разрабатывали подводные навигационные системы, включая донные транспондеры, чтобы позволить атомным подводным лодкам точно действовать, оставаясь под водой. [9] Помимо навигации через каньоны и другие сложные подводные ландшафты, также была необходимость устанавливать местоположение подводной лодки до запуска ядерной ракеты (МБР). В 1981 году акустическое позиционирование было предложено как часть ракетной системы MX вооруженных сил США. [10] Была предусмотрена сеть из 150 скрытых полей транспондеров. Подводные лодки обычно управляются инерциальными навигационными системами, но эти системы счисления пути развивают дрейф положения, который должен быть скорректирован случайными определениями положения от системы GNSS. Если противник выведет из строя спутники GNSS, подводная лодка могла бы положиться на скрытую сеть транспондеров, чтобы установить свое положение и запрограммировать собственную инерциальную навигационную систему ракеты для запуска.

Ссылки

  1. ^ Подводные акустические системы позиционирования, Глава 4, PH Milne, 1983, ISBN  0-87201-012-0
  2. ^ Руководство по дайвингу NOAA, издание 4, Подводная навигация, раздел 10.2., ISBN 0-941332-70-5 , ISBN 978-0-941332-70-5  
  3. ^ Справочник по акустике, Малкольм Дж. Крокер 1998, ISBN 0-471-25293-X , 9780471252931, стр. 462 
  4. ^ Руководство по ROV, Роберт Д. Крайст и Роберт Л. Вернли-старший, Раздел 4.2.8. Возможности и ограничения акустического позиционирования, ISBN 978-0-7506-8148-3 
  5. ^ Руководство по ROV, Раздел 4.2.6.4 Длинная базовая линия (LBL)
  6. ^ LBL Underwater Positioning, журнал Hydro International, январь/февраль 2008 г., том 12, номер 1
  7. ^ Милн, Глава 2
  8. ^ Вселенная внизу, стр. 77, Уильям Дж. Брод и Димитрий Шидловски 1998, ISBN 0-684-83852-4 , ISBN 978-0-684-83852-6  
  9. ↑ История российской подводной акустики, стр. 722. Олег А. Годин, Дэвид Р. Палмер, 2008, ISBN 981-256-825-5 , ISBN 978-981-256-825-0  
  10. ^ MX Missile Basing, страницы 173-175, 1981, ISBN 1-4289-2450-7 , ISBN 978-1-4289-2450-5  
Взято с "https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Система_акустического_позиционирования_с_длинной_базовой_линией&oldid=1264191943"