Sistema de posicionamento acústico de linha de base curta
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Operação e desempenho
Os sistemas de linha de base curtos determinam a posição de um alvo rastreado, como um ROV, medindo a distância do alvo de três ou mais transdutores que são, por exemplo, abaixados ao lado da embarcação de superfície a partir da qual ocorrem operações de rastreamento. Essas medições de intervalo, que geralmente são complementadas por dados de profundidade de um sensor de pressão, são então usadas para triangular a posição do alvo. Na Figura 1, o transdutor de linha de base (a) envia um sinal, que é recebido por um transponder (b) no alvo rastreado. O transponder responde e a resposta é recebida pelos três transdutores de linha de base (A, C, D). As medições de tempo de execução do sinal agora produzem as distâncias B-A, B-C e B-D. As posições de destino resultantes são sempre relativas à localização dos transdutores da linha de base. Nos casos em que o rastreamento é conduzido a partir de um barco em movimento, mas a posição alvo deve ser conhecida em coordenadas da Terra, como latitude/longitude ou UTM, o sistema de posicionamento SBL é combinado com um receptor GPS e uma bússola eletrônica, ambos montados no barco. Esses instrumentos determinam a localização e a orientação do barco, que são combinadas com os dados de posição relativa do sistema SBL para estabelecer a posição do alvo rastreado nas coordenadas da Terra.
Os sistemas de linha de base curtos obtêm seu nome pelo fato de que o espaçamento dos transdutores da linha de base (em um barco, por exemplo) geralmente é muito menor que a distância do alvo, como um veículo robótico ou mergulhador se aventurando longe do barco, como com qualquer acústico O sistema de posicionamento, uma linha de base maior gera uma melhor precisão de posicionamento. Os sistemas SBL usam esse conceito para uma vantagem, ajustando o espaçamento do transdutor para obter melhores resultados ao operar a partir de navios maiores, de docas ou do gelo marinho, onde um maior espaçamento do transdutor pode ser usado, os sistemas SBL podem produzir uma precisão e robustez de posicionamento que se aproximam do mar- Sistemas LBL montados no piso.
História
Os sistemas SBL são encontrados empregados em uma variedade de aplicações frequentemente especializadas. Talvez a primeira implementação de qualquer sistema de posicionamento acústico subaquático tenha sido um sistema SBL instalado no navio oceanográfico da Marinha dos EUA USNS Mizar. Em 1963, este sistema guiou o Bathyscaphe Trieste 1 para o local da destruição do submarino nuclear americano Thresher. No entanto, o desempenho ainda era tão ruim que em dez mergulhos de busca do Trieste 1, o contato visual foi feito apenas uma vez com os destroços.
A Woods Hole Oceanographic Institution está usando um sistema SBL SHOTS para orientar seu veículo robótico de Jason amarrado no oceano profundo em relação ao peso do depressor da Medea e à posto de ancoragem associada ao veículo. Em vez de rastrear os dois veículos com um sistema de posicionamento a partir da superfície, o que resultaria em precisão degradada como distância de implantação do par, os transdutores da linha de base da SBL são montados em Medéia. Rendimento da posição de Jason em relação a Medéia com boa precisão, independentemente da profundidade de implantação do sistema. A precisão relatada é de 0,09m
Os sistemas SBL também estão disponíveis comercialmente para o posicionamento de pequenos ROVs e outros veículos e equipamentos submarinos.
Exemplo
Um exemplo de tecnologia SBL está atualmente (desde 2007) em andamento na Antártica, onde o Laboratório Marinho de Landing de Moss está usando um sistema piloto SBL para orientar o veículo operado remotamente Scini. Scini (Figura 2) é um pequeno veículo amarrado em forma de torpedo (ROV) projetado para implantação rápida e sem complicações e exploração de locais remotos em torno da Antártica, incluindo a ilha Heald, Cape Evans e Baía de Velas. O sistema Scini foi projetado para ser compacto e leve, de modo a facilitar a implantação rápida por helicóptero, veículo rastreado e até trenós alterados pelo homem. Uma vez no local, seu corpo em forma de torpedo permite acessar o oceano através de pequenos orifícios (20 cm de diâmetro) perfurados no gelo do mar. Os objetivos científicos da missão, no entanto, exigem alta precisão na navegação, para apoiar tarefas, incluindo a execução de transectos de vídeo de 10 m (linhas retas), fornecendo posições precisas para imagens estáticas para documentar a distribuição e a densidade populacional de organismos bentônicos e marcação e re-visita Investigação aprofundada.
O sistema de navegação SBL (Figura 3) consiste em três pequenos transdutores de linha de base do sonar de 5 cm de diâmetro (A, B, C) que estão ligados pelo cabo a uma caixa de controle (D). Um pequeno transponder em forma de cilindro (13,5 cm L x 4 cm) é montado no veículo Scini. A precisão é otimizada fazendo o uso do gelo liso para colocar bem os transdutores da linha de base; Aproximadamente. 35m para a maioria das implantações de Scini.
Figura 4 Revisões Operações de Scini guiadas pelo sistema SBL. A Figura 4A é uma sala de controle ROV improvisada, neste caso em uma cabine transportada em cima de um buraco de gelo em Cape Armitage. Da esquerda, os monitores são a tela do ROV Controls (a), a visão principal da câmera (b), a tela de navegação (C) e a tela científica (D). O piloto ROV geralmente assistirá à vista da câmera principal. Ele olhará para a tela de navegação (C), que mostra a posição atual do ROV e a trilha sobreposta em um gráfico, para orientação e para guiar o ROV para o local instruído pelo cientista. O cientista, mostrado aqui sentado à direita, recebe a tela científica (d), que combina as imagens ROV com dados de posição, profundidade e tempo em tempo real. Os tipos de cientistas escritos ou falam observações audíveis no computador para fornecer um contexto para os dados, observar objetos ou diferentes de interesse ou designar o início ou a conclusão de um transect de vídeo (Figura 4B).
Uma investigação típica de um site abrange vários mergulhos, à medida que tarefas como investigação inicial, a aquisição de imagens e os transectos de vídeo ainda são concluídos gradualmente. Um elemento crítico nessas séries de mergulho é mostrar cobertura de pesquisa anterior, para que um mergulho sucessivo possa ser direcionado para uma área anteriormente não visitada. Isso é feito produzindo um gráfico de cobertura cumulativa do local de mergulho (Figura 4C). O gráfico, que é atualizado após cada mergulho, é exibido como um mapa de segundo plano na tela de navegação, fornecendo orientação para o mergulho em andamento. Ele mostra as faixas ROV anteriores com a cor usada para indicar profundidade. A análise dos dados da faixa exibida aqui produz a qualidade do posicionamento para fornecer uma margem de erro para medições. Nesse caso, a precisão típica foi estabelecida como 0,54M.
Figura 3: Implantação do sistema de posicionamento SBL em Cape Evans. Maximizando o espaçamento dos transdutores de sonar da linha de base (A, B, C) e organizando -os em um triângulo equiláteis produz a melhor precisão
Figura 4A: Sala de controle Scini com quatro telas de exibição para controle ROV (A), Visualização da câmera principal (B), SBL Navigation Display (C) e Anotação de Imagem ou Tela Science (D)
Figura 4b: imagens, posição associada, tempo e observação ou declaração do cientista são combinadas em um único registro
Figura 4C: Um gráfico de cobertura do local de vários mergulhos de Scini em Cape Armitage. Os pontos coloridos são os traços de posição codificada por profundidade do veículo