Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Рисунок 1: Метод работы системы акустического позиционирования с короткой базой (SBL) для ROV

Система акустического позиционирования с короткой базой (SBL) [1] является одним из трех широких классов систем акустического позиционирования под водой , которые используются для отслеживания подводных аппаратов и водолазов. Два других класса - это системы с ультракороткой базой (USBL) и системы с длинной базой (LBL). Как и системы USBL, системы SBL не требуют каких-либо транспондеров или оборудования, установленных на морском дне, и поэтому подходят для отслеживания подводных целей с лодок или судов, которые стоят на якоре или в пути. Однако, в отличие от систем USBL, которые предлагают фиксированную точность, точность позиционирования SBL улучшается с увеличением расстояния между датчиками. [2]Таким образом, там, где позволяет пространство, например, при работе с более крупных судов или дока, система SBL может обеспечить точность и надежность позиционирования, аналогичную системам LBL, установленным на морском дне, что делает систему пригодной для высокоточных геодезических работ. При работе с меньшим сосудом, где расстояние между датчиками ограничено (т. Е. Когда базовая линия короткая), система SBL будет демонстрировать пониженную точность.

Работа и производительность [ править ]

Системы с короткой базовой линией определяют положение отслеживаемой цели, такой как ROV, путем измерения расстояния до цели от трех или более преобразователей, которые, например, опускаются на борт надводного судна, с которого выполняются операции слежения. Эти измерения дальности, которые часто дополняются данными о глубине от датчика давления, затем используются для триангуляции положения цели. На рисунке 1 базовый датчик (A) посылает сигнал, который принимается транспондером (B) на отслеживаемой цели. Транспондер отвечает, и ответ получают три базовых преобразователя (A, C, D). Измерения времени прохождения сигнала теперь дают расстояния BA, BC и BD. Результирующие целевые положения всегда относятся к положению базовых датчиков.В случаях, когда отслеживание осуществляется с движущегося судна, но позиция цели должна быть известна в земных координатах, таких как широта / долгота или UTM, система позиционирования SBL объединяется с приемником GPS и электронным компасом, которые установлены на лодке. Эти инструменты определяют местоположение и ориентацию лодки, которые комбинируются с данными относительного положения из системы SBL для определения положения отслеживаемой цели в земных координатах.которые комбинируются с данными относительного положения из системы SBL для определения положения отслеживаемой цели в земных координатах.которые комбинируются с данными относительного положения из системы SBL для определения положения отслеживаемой цели в земных координатах.

Короткие базовые системы получили свое название из - за того , что расстояние между базовыми преобразователями (на лодке, например), как правило , гораздо меньше , чем расстояние до цели, таких как роботизированный автомобиль или водолаз углубляясь далеко от лодки [3] Как с любой акустической системой позиционирования более крупная базовая линия дает лучшую точность позиционирования. Системы SBL используют эту концепцию с преимуществом, регулируя расстояние между датчиками для достижения наилучших результатов [4] При работе с более крупных судов, из доков или с морского льда, где можно использовать большее расстояние между датчиками, системы SBL могут обеспечить точность позиционирования и надежность, приближающуюся к этой. систем LBL, установленных на морском дне.

История [ править ]

Системы SBL используются во множестве часто специализированных приложений. Возможно, первой реализацией какой-либо системы подводного акустического позиционирования была система SBL, установленная на океанографическом судне ВМС США USNS Mizar . В 1963 году эта система направила батискаф Trieste 1 к месту крушения американской атомной подводной лодки USS Thresher . Однако производительность все еще была настолько низкой, что из десяти поисковых погружений «Триеста-1» визуальный контакт с обломками был установлен только один раз.

Океанографический институт Вудс-Хоул использует систему SHARPS SBL для управления своим привязанным глубоководным роботизированным транспортным средством JASON относительно веса депрессора MEDEA и стыковочной станции, связанной с транспортным средством. Вместо отслеживания обоих транспортных средств с помощью системы позиционирования с поверхности, что привело бы к снижению точности по мере увеличения расстояния развертывания пары, базовые датчики SBL устанавливаются на MEDEA. получение положения JASON относительно MEDEA с хорошей точностью независимо от глубины развертывания системы. Заявленная точность составляет 0,09 м [5].

Системы SBL также коммерчески доступны для размещения небольших ROV и других подводных транспортных средств и оборудования. [6]

Пример [ править ]

Рисунок 2: телескоп SCINI ROV рядом с местом для дайвинга на острове Хилд, Антарктида.

Пример технологии SBL в настоящее время (с 2007 г.) реализуется в Антарктиде, где Морская лаборатория Moss Landing использует систему PILOT SBL для управления дистанционно управляемым транспортным средством SCINI . SCINI (рисунок 2) - это небольшой привязной аппарат ( ROV ) в форме торпеды, предназначенный для быстрого и несложного развертывания и исследования удаленных участков вокруг Антарктиды, включая остров Хилд , мыс Эванс.и Парусный залив. Система SCINI спроектирована так, чтобы быть компактной и легкой, чтобы облегчить быстрое развертывание на вертолете, гусеничном транспортном средстве и даже на санях, управляемых человеком. Оказавшись на месте, его корпус в форме торпеды позволяет ему выходить в океан через небольшие (диаметром 20 см) отверстия, просверленные в морском льду. Тем не менее , научные цели миссии [7] требуют высокой точности навигации для поддержки задач, включая съемку 10-метровых видеотрансек (прямые линии), обеспечение точных положений для неподвижных изображений для документирования распределения и плотности популяций бентосных организмов, а также маркировку и повторную съемку посещение сайтов для дальнейшего изучения.

Навигационная система SBL (рис. 3) состоит из трех небольших датчиков базовой линии гидролокатора диаметром 5 см (A, B, C), соединенных кабелем с блоком управления (D). Небольшой (13,5 см Д x 4 см Г) транспондер цилиндрической формы установлен на транспортном средстве SCINI. Точность оптимизируется за счет использования плоского морского льда для размещения датчиков базовой линии на значительном расстоянии друг от друга; ок. 35 м для большинства развертываний SCINI.

На рисунке 4 показаны операции SCINI, управляемые системой SBL. На рис. 4A изображена импровизированная диспетчерская ROV, в данном случае в кабине, буксируемой на вершине проруби на мысе Армитидж. Слева представлены экран управления ROV (A), вид основной камеры (B), экран навигации (C) и научный дисплей (D). Пилот ROV обычно будет смотреть с основной камеры. Он взглянет на экран навигации (C), который показывает текущее положение ROV и трек, наложенный на карту, для ориентации и направления ROV к месту, указанному ученым. Ученый, изображенный здесь сидящим справа, оснащен научным дисплеем (D), который объединяет изображения ROV с данными о местоположении, глубине и времени в реальном времени. Ученый вводит письменные или озвученные наблюдения в компьютер, чтобы обеспечить контекст для данных.отметьте объекты или события, представляющие интерес, или обозначьте начало или конец видеотрансекта (рисунок 4B).

Типичное исследование участка будет охватывать несколько погружений, по мере того как постепенно выполняются такие задачи, как первоначальное исследование, получение неподвижных изображений и видеопереходы. Важным элементом в этих сериях погружений является отображение зоны охвата поиском предыдущего погружения, чтобы последующее погружение могло быть нацелено на ранее не посещавшуюся область. Это делается путем создания графика совокупного покрытия места погружения (рис. 4C). График, который обновляется после каждого погружения, отображается в виде фоновой карты на экране навигации, обеспечивая руководство для текущего погружения. Он показывает предыдущие следы ROV с цветом, используемым для обозначения глубины. Анализ данных трека, отображаемых здесь, дает качество позиционирования, обеспечивающее погрешность измерений. В этом случае стандартная точность была установлена ​​как 0,54 м.

  • Рисунок 3: Развертывание системы позиционирования SBL на мысе Эванс. Максимальное расстояние между базовыми датчиками гидролокатора (A, B, C) и их расположение в виде равностороннего треугольника дает лучшую точность

  • Рисунок 4A: Диспетчерская SCINI с четырьмя экранами для управления ROV (A), видом с основной камеры (B), навигационным дисплеем SBL (C) и аннотациями к изображениям или экраном науки (D)

  • Рисунок 4B: Изображение, соответствующее положение, время и наблюдение или утверждение ученого объединены в единую запись.

  • Рисунок 4C: График охвата нескольких погружений SCINI на мысе Армитидж. Цветные точки - это следы положения транспортного средства с кодировкой глубины.

Ссылки [ править ]

  1. ^ Подводные акустические системы позиционирования, глава 3, PH Milne, 1983, ISBN  0-87201-012-0
  2. ^ Руководство ROV, раздел 4.2.7 Преимущества и недостатки систем позиционирования, Роберт Д. Крист и Роберт Л. Вернли-старший, 2007, ISBN 978-0-7506-8148-3 
  3. ^ Справочник по акустике, Малкольм Дж. Крокер 1998, ISBN 0-471-25293-X , 9780471252931, стр. 462 
  4. ^ Оценка акустических систем USBL и SBL и оптимизация методов калибровки, Филип, Гидрографический журнал, № 108, апрель 2003 г.
  5. ^ Интеграция точного относительного позиционирования в операции JASON / MEDEA ROV, Bingham et al., MTS Journal Spring 2006 (Volume 40, Number 1)
  6. ^ "Water Linked Underwater GPS Explorer Kit" , Blue Robotics, 3 апреля 2017 г. Проверено 18 августа 2019 г.
  7. ^ Веб-сайт проекта SCINI, научные цели