Sistema de posicionamiento acústico de línea de base larga

Un sistema de posicionamiento acústico de línea de base larga (LBL) [1] es una de las tres clases amplias de sistemas de posicionamiento acústico submarino que se utilizan para rastrear vehículos y buceadores submarinos. Las otras dos clases son los sistemas de línea de base ultracorta (USBL) y los sistemas de línea de base corta (SBL). Los sistemas LBL son únicos en el sentido de que utilizan redes de transpondedores de línea de base montados en el fondo del mar como puntos de referencia para la navegación. Por lo general, se implementan alrededor del perímetro de un sitio de trabajo. La técnica LBL da como resultado una precisión de posicionamiento muy alta y una estabilidad de posición que es independiente de la profundidad del agua. Generalmente es mejor que 1 metro y puede alcanzar unos pocos centímetros de precisión. [2]Los sistemas LBL se emplean generalmente para trabajos de levantamiento subacuático de precisión donde la precisión o la estabilidad de la posición de los sistemas de posicionamiento basados ​​en barcos (SBL, USBL) no es suficiente.

Los sistemas de línea de base larga determinan la posición de un vehículo o buceador midiendo acústicamente la distancia desde un vehículo o interrogador de buzo hasta tres o más transpondedores de línea de base desplegados en el fondo marino. Estas mediciones de rango, que a menudo se complementan con datos de profundidad de los sensores de presión en los dispositivos, se utilizan para triangular la posición del vehículo o del buceador. En la figura 1, un interrogador montado en el buzo (A) envía una señal, que es recibida por los transpondedores de línea base (B, C, D). Los transpondedores responden y las respuestas son recibidas nuevamente por la estación de buceo (A). Las mediciones del tiempo de ejecución de la señal ahora arrojan las distancias AB, AC y AD, que se utilizan para calcular la posición del buceador mediante algoritmos de triangulación o búsqueda de posición. Las posiciones resultantes son relativas a la ubicación de los transductores de línea base.Estos se pueden convertir fácilmente a un sistema de coordenadas georreferenciado como latitud / longitud o UTM si las posiciones geográficas de las estaciones de línea de base se establecen primero.

Los sistemas de línea de base larga reciben su nombre del hecho de que el espacio entre los transpondedores de línea de base es largo o similar a la distancia entre el buceador o vehículo y los transpondedores. [3] Es decir, los transpondedores de línea de base se montan típicamente en las esquinas de un sitio de trabajo bajo el agua dentro del cual opera el vehículo o el buceador. Este método produce una geometría ideal para el posicionamiento, en la que cualquier error dado en las mediciones del rango acústico produce solo un error de posición equivalente. [4] Esto se compara con los sistemas SBL y USBL con líneas de base más cortas donde las alteraciones de rango de una cantidad determinada pueden resultar en errores de posición mucho mayores. Además, el montaje de los transpondedores de línea base en el fondo del mar elimina la necesidad de convertir entre marcos de referencia, como es el caso de los sistemas de posicionamiento USBL o SBL montados en embarcaciones en movimiento. [5] Finalmente, el montaje en el fondo del mar hace que la precisión del posicionamiento sea independiente de la profundidad del agua. [6] Por estas razones, los sistemas LBL se aplican generalmente a tareas en las que el estándar requerido de precisión o confiabilidad de posicionamiento excede las capacidades de los sistemas USBL y SBL.

La búsqueda e inspección del submarino nuclear USS Thresher por el buque oceanográfico de la Armada de los EE. UU. USNS Mizar en 1963 se acredita con frecuencia como el origen de los modernos sistemas de navegación acústica submarina. [7] Mizar utilizó principalmente un sistema de línea de base corta (SBL) para rastrear el batiscafo Trieste 1 . Sin embargo, su capacidad también incluía transpondedores del fondo marino, que junto con los primeros satélites de navegación apoyaban el mantenimiento de la posición con una precisión de unos 300 pies, lo que se consideró notable en ese momento. [8]

Figura 1: Método de funcionamiento de un sistema de posicionamiento acústico de línea de base larga (LBL)
Figura 2: Un equipo de buceo (Envirotech Diving) con su sistema de posicionamiento acústico subacuático AquaMap LBL que incluye tres transpondedores de línea de base (B) y estaciones de buceo (A) montadas en scooters. Las estaciones de línea de base se implementan primero en las esquinas de un sitio de trabajo. Luego, su posición relativa se mide con precisión utilizando la capacidad de autoevaluación acústica automática del sistema AquaMap. Para operaciones georreferenciadas, las posiciones de la línea de base son levantadas por GPS diferencial o un equipo de posicionamiento láser (estación total). Durante una inmersión, la estación de buceo interroga a las estaciones de línea base para medir las distancias, que luego se convierten en posiciones.
Figura 3: Establecer con precisión la posición de los submarinos nucleares antes de los lanzamientos de misiles fue una de las primeras aplicaciones de los sistemas de posicionamiento acústico de línea de base larga. Las redes encubiertas de transpondedores del fondo del mar podrían sobrevivir y proporcionar una capacidad de navegación de precisión incluso después de que los satélites GPS hubieran sido destruidos.