Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Многолучевой сонар используется для картирования дна океана

Многолучевой эхолот является типом гидролокатора , который используется для отображения на морской день. Как и другие гидролокаторы, многолучевые системы излучают акустические волны веерообразно под приемопередатчиком многолучевого эхолота. Время, за которое звуковые волны отражаются от морского дна и возвращаются в приемник, используется для расчета глубины воды. В отличие от других сонаров, многолучевые системы используют формирование луча для извлечения информации о направлении из возвращающихся звуковых волн, создавая ряд показаний глубины на основе одного сигнала.

История и прогресс [ править ]

Многолучевой снимок кораблекрушения USS Susan B. Anthony (AP-72) у берегов Франции.

Многолучевые сонарные системы зондирования, также известные как swathe (британский английский) или swath (американский английский), изначально предназначались для военных целей. Система зондирования с помощью гидроакустической решетки (SASS) была разработана в начале 1960-х годов ВМС США совместно с General Instrument для картирования больших участков дна океана для облегчения подводной навигации своих подводных сил. [1] [2] SASS был протестирован на борту USS Compass Island (AG-153) . Последняя система антенных решеток, состоящая из шестидесяти одного луча на один градус с шириной полосы обзора примерно в 1,15 раза больше глубины воды, была затем установлена ​​на USNS.Bowditch (T-AGS-21) , USNS Dutton (T-AGS-22) и USNS Michelson (T-AGS-23) . [1]

Начиная с 1970-х годов такие компании, как General Instrument (ныне SeaBeam Instruments, часть L3 Klein ) в США , Krupp Atlas (ныне Atlas Hydrographic ) и Elac Nautik (ныне часть Wärtsilä Corporation) в Германии , Simrad (ныне Kongsberg) Maritime ) в Норвегии и RESON в настоящее время Teledyne RESON A / S в Дании разработали системы, которые могут быть установлены на корпусах больших судов , а также на небольших лодках (по мере совершенствования технологии многолучевые эхолоты стали более компактными и легкими, а рабочие частоты увеличились. ).

Первый коммерческий многолучевой прибор теперь известен как SeaBeam Classic и был введен в эксплуатацию в мае 1977 г. [3] на австралийском исследовательском судне HMAS Cook. Эта система производила до 16 лучей по дуге 45 градусов. Термин «SeaBeam Classic» ( ретроним ) был придуман после того, как производитель разработал новые системы, такие как SeaBeam 2000 и SeaBeam 2112 в конце 1980-х годов.

Вторая установка SeaBeam Classic была на французском исследовательском судне Jean Charcot. Массивы SB Classic на Charcot были повреждены в результате заземления, и SeaBeam был заменен на EM120 в 1991 году. Хотя кажется, что первоначальная установка SeaBeam Classic использовалась мало, другие широко использовались, и последующие установки были выполнены на многих сосуды.

Системы SeaBeam Классические впоследствии были установлены на академических американских исследовательских судов USNS  Томас Вашингтон  (T-AGOR-10) ( Океанографический институт Скриппса , Калифорнийский университет ), то USNS  Роберт Д. Конрад ( Ламонт-Догерти в Колумбийском университете ) и RV  Атлантис II ( Woods Hole океанографического института ).

По мере совершенствования технологий в 1980-х и 1990-х годах были разработаны высокочастотные системы, которые обеспечивали картирование мелководья с более высоким разрешением, и сегодня такие системы широко используются для гидрографических исследований мелководья в поддержку навигационных карт . Multibeam эхолоты также широко используется для геологических и океанографических исследований, а с 1990 - х лет для морской добычи нефти и газа , разведки и морского дна прокладки кабеля. В последнее время многолучевые эхолоты также используются в секторе возобновляемых источников энергии, например, на морских ветряных электростанциях.

В 1989 году компания Atlas Electronics (Бремен, Германия) установила глубоководный многолучевой прибор второго поколения Hydrosweep DS на немецкое исследовательское судно Meteor. Hydrosweep DS (HS-DS) создавал до 59 лучей в полосе 90 градусов, что было значительным улучшением и изначально было усилено льдом. Ранние системы HS-DS были установлены на RV  Meteor (1986) (Германия), RV  Polarstern (Германия), RV  Maurice Ewing (США) и ORV  Sagar Kanya (Индия) в 1989 и 1990 годах, а затем на ряде другие суда , в том числе Р.  Томас Г. Томпсон (США) и RV  Хакурей Maru (Япония).

Поскольку многолучевые акустические частоты увеличились, а стоимость компонентов снизилась, во всем мире значительно увеличилось количество эксплуатируемых многолучевых систем захвата полосы частот. Требуемый физический размер акустического преобразователя, используемого для формирования нескольких лучей с высоким разрешением, уменьшается по мере увеличения частоты многолучевого звука. Следовательно, увеличение рабочих частот многолучевых сонаров привело к значительному снижению их веса, размеров и характеристик объема. Более старые и более крупные низкочастотные многолучевые гидролокаторы, которые требовали значительного времени и усилий для установки их на корпус корабля, использовали обычные элементы преобразователя типа «тонплиз», которые обеспечивали полезную полосу пропускания приблизительно 1/3 октавы. Новее и меньше,высокочастотные многолучевые гидролокаторы могут быть легко прикреплены к исследовательскому пуску или к тендерному судну. Многолучевые эхолоты для мелководья, такие как компании Teledyne Odom, R2Sonic и Norbit, которые могут включать датчики для измерения движения датчика и скорости звука, локальные для датчика, позволяют многим небольшим компаниям, занимающимся гидрографической съемкой, перейти от традиционных однолучевых эхолотов к многолучевым эхолотам. Маломощные многолучевые системы валков теперь также подходят для установки на автономном подводном аппарате (AUV) и на автономном надводном судне (ASV).позволяют многим небольшим компаниям, занимающимся гидрографической съемкой, перейти от традиционных однолучевых эхолотов к многолучевым эхолотам. Маломощные многолучевые системы валков теперь также подходят для установки на автономном подводном аппарате (AUV) и на автономном надводном судне (ASV).позволяют многим небольшим компаниям, занимающимся гидрографической съемкой, перейти от традиционных однолучевых эхолотов к многолучевым эхолотам. Маломощные многолучевые системы валков теперь также подходят для установки на автономном подводном аппарате (AUV) и на автономном надводном судне (ASV).

Данные многолучевого эхолота могут включать в себя батиметрию, обратное акустическое рассеяние и данные о толщине воды. (Газовые шлейфы, которые в настоящее время обычно идентифицируются в данных многолучевых исследований в разгар воды, называются факелами.)

Пьезокомпозитные преобразовательные элементы типа 1-3 [4] используются в мультиспектральном многолучевом эхолоте для обеспечения полезной полосы пропускания, превышающей 3 октавы. Следовательно, многоспектральные съемки с многолучевым эхолотом возможны с помощью одной сонарной системы, которая во время каждого цикла эхолота собирает многоспектральные данные батиметрии полосы, данные многоспектрального обратного рассеяния и данные многоспектральной толщи воды. [5]

Многолучевой эхолот, показывающий передающий массив (больший черный прямоугольник) и принимающий массив (более узкий прямоугольник) - Odom MB1

Теория работы [ править ]

Многолучевой эхолот - это устройство, которое обычно используется гидрографами для определения глубины воды и характера морского дна. Большинство современных систем работают, передавая широкий акустический веерообразный импульс от специально разработанного преобразователя по всей полосе поперечной полосы с узкой полосой вдоль дорожки, а затем формируют несколько приемных лучей ( формирование луча ), которые намного уже в поперечной полосе (около 1 градуса в зависимости от системы) . Затем из этого узкого луча устанавливается время прохождения акустического импульса в двух направлениях с использованием алгоритма обнаружения дна. Если скорость звука в воде известна для полного профиля водяного столба, глубину и положение отраженного сигнала можно определить по углу приема и времени двустороннего распространения.

Для определения угла передачи и приема каждого луча многолучевому эхолоту требуется точное измерение движения гидролокатора относительно декартовой системы координат. Измеряемые значения обычно представляют собой вертикальную вертикальную тягу, тангаж, крен, рыскание и курс.

Чтобы компенсировать потерю сигнала из-за расширения и поглощения, в приемник встроена схема переменного усиления .

Для глубоководных систем требуется управляемый передающий луч для компенсации тангажа. Этого также можно добиться с помощью формирования луча.

Ссылки [ править ]

  1. ^ Б Альберт Е. Theberge младший и Norman Z. Черкис (22 мая 2013). «Заметка о пятидесяти годах многолучевости» . Hydro International. Архивировано из оригинального 14 июля 2014 года . Проверено 30 июня 2014 года .
  2. ^ Лаборатория военно-морских исследований США / Отделение морской физики (код 7420). «ГЛОБАЛЬНЫЙ ПРОЕКТ ПО КАРТИРОВАНИЮ ОКЕАНА» . Лаборатория военно-морских исследований США. Архивировано из оригинального 2 -го июля 2014 года . Проверено 30 июня 2014 года .
  3. ↑ Гарольд Фарр, Морская геодезия, том 4, выпуск 2, 1980 г., страницы 77-93
  4. ^ Uchino, K., (Editor), (2016), Advanced Piezoelectic Materials: Science and Technology, 2nd Edition, ISBN-13 9780081014851.
  5. ^ Браун, CJ, Бриссетт, М., и Газзола, В., (2019), Многоспектральное обратное рассеяние многолучевого эхолота как инструмент для улучшения характеристик морского дна., Науки о Земле, 9 (3).
  • Луай М.А. Джаллул и Сэм. П. Алекс, «Методология оценки и производительность системы IEEE 802.16e», представленная Обществу связи и обработки сигналов IEEE, Объединенное отделение округа Ориндж (ComSig), 7 декабря 2006 г. Доступно по адресу: https: //web.archive .org / web / 20110414143801 / http: //chapters.comsoc.org/comsig/meet.html
  • БДВ Вин и К.М. Бакли. Beamforming: универсальный подход к пространственной фильтрации . Журнал IEEE ASSP, страницы 4–24, апрель 1988 г.
  • HL Van Trees, Оптимальная обработка массива, Wiley, NY, 2002.
  • "Букварь по цифровому формированию луча" , Тоби Хейнс, 26 марта 1998 г.
  • "Что такое формирование луча?" пользователя Грег Аллен.
  • "Два десятилетия исследований в области обработки сигналов массива" Хамида Крима и Матса Виберга в журнале IEEE Signal Processing Magazine , июль 1996 г.

Внешние ссылки [ править ]

  • Заметка о пятидесяти годах многолучевой технологии
  • Измерение полюса до морского луча {История NOAA}
  • Программное обеспечение с открытым исходным кодом MB-System для обработки многолучевых данных
  • Новости и статьи по применению многолучевого оборудования на Hydro International