stringtranslate.com

Многолучевой эхолот

Многолучевой гидролокатор используется для составления карты дна океана

Многолучевой эхолот ( MBES ) – это тип гидролокатора , который используется для картографирования морского дна . Он излучает акустические волны в форме веера под приемопередатчиком . Время , необходимое звуковым волнам для отражения от морского дна и возвращения в приемник, используется для расчета глубины воды. В отличие от других гидролокаторов и эхолотов , MBES использует формирование луча для извлечения информации о направлении из возвращающихся звуковых волн, создавая серию измерений глубины из одного импульса.

История и прогресс

Многолучевое изображение затонувшего корабля USS Susan B. Anthony (AP-72) у берегов Франции.

Многолучевые гидроакустические системы зондирования, также известные как полоса (британский английский) или полоса (американский английский) [ нужна цитация ] , возникли для военного применения. Идея возникла на основе радиолокационной системы, которая предназначалась для высотного самолета-разведчика Lockheed U-2 , но проект был сорван, когда самолет, которым пилотировал Гэри Пауэрс, был сбит советской ракетой в мае 1960 года. Технология формирования луча «Миллс Кросс», адаптированная для использования с гидролокатором для картографирования дна, была разработана для ВМС США. Данные каждого сигнала гидролокатора будут автоматически обрабатываться с поправками на движение корабля, глубину датчика, скорость звука и эффекты преломления, но в то время не было достаточной емкости для хранения цифровых данных, поэтому данные были преобразованы в полосовую карту контуров глубины. и хранится на непрерывной пленке. [1] Система гидроакустического зондирования (SASS) была разработана в начале 1960-х годов ВМС США совместно с компанией General Instrument для картирования больших участков дна океана с целью содействия подводной навигации подводных сил. [1] [2] SASS была испытана на борту авианосца USS Compass Island (AG-153) . Последняя система решетки, состоящая из шестидесяти одного луча по одному градусу с шириной полосы примерно в 1,15 раза больше глубины воды, была затем установлена ​​на USNS Bowditch (T-AGS-21) , USNS Dutton (T-AGS-22) и USNS. Михельсона (Т-АГС-23) . [1]

В то же время компанией Harris ASW был также разработан и установлен на исследовательских кораблях Surveyor , Discoverer и Researcher узколучевой эхолот (NBES), использующий 16 узких лучей . Эта технология в конечном итоге стала Sea Beam. Во время геодезических операций записывались только данные вертикального центрального луча. [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 теперь Teledyne RESON A/S в Дании разработали системы, которые можно было монтировать на корпусе больших кораблей , а также на небольших лодках (по мере совершенствования технологий многолучевые эхолоты становились компактнее и легче, а рабочие частоты увеличивались ).

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

Вторая установка SeaBeam Classic была установлена ​​на французском исследовательском судне «Жан Шарко». Массивы SB Classic на корабле Charcot были повреждены при заземлении, и SeaBeam был заменен на EM120 в 1991 году. Хотя кажется, что первоначальная установка SeaBeam Classic не использовалась часто, другие широко использовались, и последующие установки были выполнены на многих сосуды.

Системы SeaBeam Classic были впоследствии установлены на американских академических исследовательских судах USNS  Thomas Washington  (T-AGOR-10) ( Институт океанографии Скриппса , Калифорнийский университет ), USNS  Robert D. Conrad ( Земная обсерватория Ламонта-Доэрти Колумбийского университета) и USNS Robert D. Conrad (Земная обсерватория Ламонта-Доэрти Колумбийского университета ) и НИС «  Атлантис II» ( Океанографический институт Вудс-Хоул ).

По мере совершенствования технологий в 1980-х и 1990-х годах были разработаны высокочастотные системы, обеспечивающие картирование мелководья с более высоким разрешением, и сегодня такие системы широко используются для гидрографических съемок на мелководье в поддержку навигационных карт . Многолучевые эхолоты также широко используются для геологических и океанографических исследований, а с 1990-х годов - для разведки нефти и газа на море и прокладки кабелей по морскому дну. 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 комплекс второго поколения под названием Hydrosweep DS на немецкое исследовательское судно Meteor. Hydrosweep DS (HS-DS) производил до 59 лучей по полосе обзора 90 градусов, что было огромным улучшением и по своей сути было усилено ледяной защитой. Ранние системы HS-DS были установлены на НИС «  Метеор» (1986 г.) (Германия), НИС «  Поларштерн» (Германия), НИС  «Морис Юинг» (США) и ORV  «Сагар Канья» (Индия) в 1989 и 1990 гг., а затем на ряде другие суда, включая теплоход  «Томас Дж. Томпсон» (США) и теплоход «Хакурей Мару» (Япония).

Поскольку многолучевые акустические частоты увеличились, а стоимость компонентов снизилась, количество эксплуатируемых многолучевых систем валков во всем мире значительно возросло. Требуемый физический размер акустического преобразователя, используемого для формирования нескольких лучей высокого разрешения, уменьшается по мере увеличения многолучевой акустической частоты. Следовательно, увеличение рабочих частот многолучевых гидролокаторов привело к существенному снижению их массогабаритных и объемных характеристик. В более старых и более крупных низкочастотных многолучевых гидроакустических системах, установка которых на корпус корабля требовала значительного времени и усилий, использовались обычные преобразовательные элементы типа тонпилц , которые обеспечивали полезную полосу пропускания примерно 1/3 октавы. Более новые и меньшие по размеру высокочастотные многолучевые гидролокационные системы можно легко прикрепить к исследовательскому катеру или к тендерному судну. Многолучевые эхолоты для мелкой воды, такие как Teledyne Odom, R2Sonic и Norbit, которые могут включать в себя датчики для измерения движения преобразователя и скорости звука, локально прилегающие к преобразователю, позволяют многим небольшим гидрографическим компаниям переходить от традиционных однолучевых эхолотов к многолучевым эхолотам. Небольшие многолучевые системы валков малой мощности теперь также подходят для установки на автономный подводный аппарат (АНПА) и автономное надводное судно (АСВ).

Данные многолучевого эхолота могут включать данные батиметрии, обратного акустического рассеяния и данные водного столба. (Газовые шлейфы, которые сейчас обычно обнаруживаются в многолучевых данных в средней воде, называются вспышками.)

Элементы пьезокомпозитного преобразователя типа 1-3 [4] используются в многоспектральном многолучевом эхолоте для обеспечения полезной полосы пропускания, превышающей 3 октавы. Следовательно, многоспектральные многолучевые эхолотные исследования возможны с использованием одной гидролокационной системы, которая в течение каждого цикла опроса собирает мультиспектральные данные батиметрии, мультиспектральные данные обратного рассеяния и мультиспектральные данные о водном столбе в каждой полосе. [5]

Многолучевой эхолот, показывающий передающую решетку (большой черный прямоугольник) и приемную решетку (более узкий прямоугольник) - Odom MB1

Теория Операции

Многолучевой эхолот — это устройство, обычно используемое гидрографами для определения глубины воды и характера морского дна. Большинство современных систем работают путем передачи широкого акустического веерообразного импульса от специально разработанного преобразователя по всей полосе обзора поперек пути с узким вдоль пути, а затем формирования нескольких приемных лучей ( формирование луча ), которые намного уже в поперечном направлении (около 1 градус в зависимости от системы). . Из этого узкого луча затем устанавливается двустороннее время распространения акустического импульса с использованием алгоритма обнаружения дна. Если скорость звука в воде известна для всего профиля водного столба, глубину и положение отраженного сигнала можно определить по углу приема и времени распространения в обе стороны.

Чтобы определить угол передачи и приема каждого луча, многолучевой эхолот требует точного измерения движения гидролокатора относительно декартовой системы координат. Измеренными значениями обычно являются качка, тангаж, крен, рыскание и курс.

Чтобы компенсировать потери сигнала из-за расширения и поглощения, в приемнике предусмотрена схема изменяемого во времени усиления .

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

Рекомендации

  1. ^ abcd Альберт Э. Теберг-младший и Норман З. Черкис (22 мая 2013 г.). «Заметка о пятидесяти годах многолучевой системы». Гидро Интернешнл. Архивировано из оригинала 14 июля 2014 года . Проверено 30 июня 2014 г.
  2. ^ Лаборатория военно-морских исследований США / Отделение морской физики (код 7420). «ПРОЕКТ ГЛОБАЛЬНОГО КАРТИРОВАНИЯ ОКЕАНА GOMaP». Лаборатория военно-морских исследований США. Архивировано из оригинала 2 июля 2014 года . Проверено 30 июня 2014 г.{{cite web}}: CS1 maint: numeric names: authors list (link)
  3. ^ Гарольд Фарр, Морская геодезия, том 4, выпуск 2, 1980 г., страницы 77–93.
  4. ^ Учино, К., (редактор), (2016), Усовершенствованные пьезоэлектрические материалы: наука и технологии, 2-е издание, ISBN 9780081014851 
  5. ^ Браун, К.Дж., Бриссетт, М., и Газзола, В. (2019), Многоспектральное многолучевое обратное рассеяние эхолота как инструмент для улучшения характеристики морского дна., Geosciences, 9 (3).

дальнейшее чтение

Внешние ссылки