Sistema de posicionamiento acústico de línea de base corta
Un sistema de posicionamiento acústico de línea base corta (SBL) [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 larga (LBL). Al igual que los sistemas USBL, los sistemas SBL no requieren ningún transpondedor o equipo montado en el fondo marino y, por lo tanto, son adecuados para rastrear objetivos submarinos desde barcos o barcos que están anclados o en camino. Sin embargo, a diferencia de los sistemas USBL, que ofrecen una precisión fija, la precisión de posicionamiento SBL mejora con el espaciado del transductor. [2]Por lo tanto, donde el espacio lo permite, como cuando se opera desde embarcaciones más grandes o un muelle, el sistema SBL puede lograr una precisión y solidez de posición similar a la de los sistemas LBL montados en el fondo del mar, lo que hace que el sistema sea adecuado para trabajos de levantamiento de alta precisión. Cuando se opera desde un recipiente más pequeño donde el espacio entre transductores es limitado (es decir, cuando la línea de base es corta), el sistema SBL exhibirá una precisión reducida.
Operación y desempeño
Los sistemas de línea de base cortos determinan la posición de un objetivo rastreado, como un ROV, midiendo la distancia del objetivo desde tres o más transductores que, por ejemplo, se bajan sobre el costado de la embarcación de superficie desde donde se llevan a cabo las operaciones de rastreo. Estas mediciones de rango, que a menudo se complementan con datos de profundidad de un sensor de presión, se utilizan para triangular la posición del objetivo. En la figura 1, el transductor de línea de base (A) envía una señal, que es recibida por un transpondedor (B) en el objetivo rastreado. El transpondedor responde y la respuesta es recibida por los tres transductores de línea base (A, C, D). Las mediciones del tiempo de ejecución de la señal ahora arrojan las distancias BA, BC y BD. Las posiciones de destino resultantes son siempre relativas a la ubicación de los transductores de línea base.En los casos en los que el seguimiento se realiza desde un barco en movimiento pero la posición del objetivo debe conocerse en coordenadas terrestres como latitud / longitud o UTM, el sistema de posicionamiento SBL se combina con un receptor GPS y una brújula electrónica, ambos montados en el barco. Estos instrumentos determinan la ubicación y orientación del barco, que se combinan con los datos de posición relativa del sistema SBL para establecer la posición del objetivo rastreado en coordenadas terrestres.que se combinan con los datos de posición relativa del sistema SBL para establecer la posición del objetivo rastreado en coordenadas terrestres.que se combinan con los datos de posición relativa del sistema SBL para establecer la posición del objetivo rastreado en coordenadas terrestres.
Sistemas de línea de base cortas obtienen su nombre del hecho de que la separación de los transductores de referencia (en un barco, por ejemplo) es generalmente mucho menor que la distancia a la diana, tal como un vehículo robótico o buzo aventurarse lejos de la embarcación [3] Como con cualquier sistema de posicionamiento acústico, una línea de base más grande produce una mejor precisión de posicionamiento. Los sistemas SBL utilizan este concepto con ventaja al ajustar el espaciado de los transductores para obtener mejores resultados [4] Cuando operan desde barcos más grandes, desde muelles o desde el hielo marino donde se puede usar un mayor espaciado de transductores, los sistemas SBL pueden producir una precisión de posicionamiento y robustez que se acercan a eso de sistemas LBL montados en el fondo del mar.
Historia
Los sistemas SBL se emplean en una variedad de aplicaciones a menudo especializadas. Quizás la primera implementación de cualquier sistema de posicionamiento acústico submarino fue un sistema SBL instalado en el buque oceanográfico de la Marina de los EE. UU . USNS Mizar . En 1963, este sistema guió al batiscafo Trieste 1 hasta el lugar del naufragio del submarino nuclear estadounidense USS Thresher . Sin embargo, el rendimiento seguía siendo tan pobre que de cada diez inmersiones de búsqueda de Trieste 1, el contacto visual solo se hizo una vez con los restos.
La Institución Oceanográfica Woods Hole está utilizando un sistema SHARPS SBL para guiar su vehículo robótico de océano profundo anclado JASON en relación con el peso del depresor MEDEA y la estación de acoplamiento asociada con el vehículo. En lugar de rastrear ambos vehículos con un sistema de posicionamiento desde la superficie que daría como resultado una precisión degradada como la distancia de despliegue del par, los transductores de línea de base SBL están montados en MEDEA. obteniendo la posición de JASON en relación con MEDEA con buena precisión independientemente de la profundidad de despliegue del sistema. La precisión informada es de 0,09 m [5]
Los sistemas SBL también están disponibles comercialmente para el posicionamiento de pequeños ROV y otros vehículos y equipos submarinos. [6]
Ejemplo
Un ejemplo de tecnología SBL está actualmente (desde 2007) en marcha en la Antártida, donde el Laboratorio Marino Moss Landing está utilizando un sistema PILOT SBL para guiar el vehículo SCINI operado a distancia. SCINI (figura 2) es un vehículo amarrado ( ROV ) pequeño con forma de torpedo diseñado para un despliegue y exploración rápidos y sin complicaciones de sitios remotos alrededor de la Antártida, incluida la isla Heald , Cabo Evansy Bahía de Velas. El sistema SCINI está diseñado para ser compacto y liviano a fin de facilitar el despliegue rápido por helicóptero, vehículo de orugas e incluso trineos arrastrados por el hombre. Una vez en el lugar, su cuerpo en forma de torpedo le permite acceder al océano a través de pequeños orificios (20 cm de diámetro) perforados en el hielo marino. Los objetivos científicos de la misión [7], sin embargo, exigen una alta precisión en la navegación, para respaldar tareas que incluyen la ejecución de transectos de video de 10 m (líneas rectas), proporcionando posiciones precisas para imágenes fijas para documentar la distribución y densidad de población de organismos bentónicos y marcar y volver a visitar sitios para una mayor investigación.
El sistema de navegación SBL (figura 3) consta de tres pequeños transductores de línea base de sonda de 5 cm de diámetro (A, B, C) que están conectados por cable a una caja de control (D). Un pequeño (13,5 cm L x 4 cm D), transpondedor en forma de cilindro está montado en el vehículo SCINI. La precisión se optimiza haciendo uso del hielo marino plano para colocar los transductores de línea de base bien separados; aprox. 35 m para la mayoría de las implementaciones SCINI.
La Figura 4 revisa las operaciones de SCINI guiadas por el sistema SBL. La Figura 4A es una sala de control de ROV improvisada, en este caso en una cabina izada sobre un agujero de hielo en Cabo Armitage. Desde la izquierda, las pantallas son la pantalla de controles del ROV (A), la vista de la cámara principal (B), la pantalla de navegación (C) y la pantalla científica (D). El piloto del ROV generalmente observará la vista de la cámara principal. Echará un vistazo a la pantalla de navegación (C), que muestra la posición actual del ROV y la pista superpuesta en un gráfico, para orientar y guiar al ROV a la ubicación indicada por el científico. El científico, que se muestra aquí sentado a la derecha, cuenta con la pantalla científica (D), que combina las imágenes del ROV con datos de posición, profundidad y tiempo en tiempo real. El científico teclea observaciones audibles escritas o pronunciadas en la computadora para proporcionar un contexto para los datos,anote objetos o eventos de interés o designe el inicio o la conclusión de un transecto de video (figura 4B).
Una investigación típica de un sitio abarcará varias inmersiones, ya que tareas como la investigación inicial, la adquisición de imágenes fijas y los transectos de video se completan gradualmente. Un elemento crítico en esta serie de inmersiones es mostrar la cobertura de búsqueda de inmersiones anteriores, de modo que una inmersión sucesiva pueda dirigirse a un área no visitada anteriormente. Esto se hace produciendo un gráfico de cobertura acumulativa del sitio de buceo (figura 4C). El gráfico, que se actualiza después de cada inmersión, se muestra como un mapa de fondo en la pantalla de navegación, proporcionando así una guía para la inmersión en curso. Muestra las pistas anteriores del ROV con el color utilizado para indicar la profundidad. El análisis de los datos de la pista que se muestran aquí produce la calidad del posicionamiento para proporcionar un margen de error para las mediciones. En este caso, la precisión típica se ha establecido en 0,54 m.
Referencias
- ^ Sistemas de posicionamiento acústico subacuático, Capítulo 3, PH Milne, 1983, ISBN 0-87201-012-0
- ^ El Manual del ROV, Sección 4.2.7 Ventajas y desventajas de los sistemas de posicionamiento, Robert D. Christ y Robert L. Wernli Sr., 2007, ISBN 978-0-7506-8148-3
- ^ Manual de acústica, Malcolm J. Crocker 1998, ISBN 0-471-25293-X , 9780471252931, página 462
- ^ Una evaluación de los sistemas acústicos USBL y SBL y la optimización de los métodos de calibración, Philip, The Hydrographic Journal, No. 108 de abril de 2003
- ^ Integración del posicionamiento relativo de precisión en las operaciones de JASON / MEDEA ROV, Bingham et al., MTS Journal Spring 2006 (Volumen 40, Número 1)
- ^ "Water Linked Underwater GPS Explorer Kit" , Blue Robotics, 3 de abril de 2017. Recuperado el 18 de agosto de 2019.
- ^ Sitio web del proyecto SCINI, objetivos científicos
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