ADCP и DVL: последние технические разработки

Автомобиль REMUS демонстрирует традиционный четырехэлементный массив DVL (Фото любезно предоставлено Hydroid)

Компактный ECO ADCP (Фото предоставлено Nortek)

Previous Next

Все мореплаватели знают движение океана. Некоторые преуспевают, катаясь на ветру и волнах, в то время как другие держатся и ищут рельс по ветру с небольшим количеством зеленого на лице. Но измерение движения воды или объектов через воду является ключевым аспектом многих океанских технологий и применений. Для измерения движения в воде можно использовать принцип звуковых волн, называемый эффектом Доплера. Звуковая волна имеет более высокую частоту или высоту, когда она движется к вам, чем когда она удаляется. Вы слышите эффект Доплера в действии, когда мимо проходит полицейская машина с характерной возрастающей интенсивностью звука, который затухает при прохождении машины.

Эффект Доплера позволяет использовать ключевой океанский инструмент, известный как акустический доплеровский профилировщик тока (ADCP). Это устройство измеряет движение воды, проходящей мимо него. При установке в стационарный буй или на морское дно он измеряет течение воды. В качестве альтернативы, когда он установлен на движущейся платформе, такой как подводное транспортное средство, прибор может измерять движение относительно воды или морского дна. Это известно как доплеровский журнал скорости (DVL). Первые патенты на наиболее функциональные широкополосные ADCP были выпущены в 1997 году. Эта возможность открыла современную эру измерения тока. За прошедшие десятилетия океанографы и инженеры по океану применяли эти инструменты в различных конфигурациях, и были доставлены тысячи. Но что последние несколько лет принесли на поле?

Встроенный DVL на автомобиле Fusion (Фото предоставлено Nortek)

По мере созревания экосистемы ADCP / DVL появилось много инноваций. В последнее время ведущие производители принесли творческие разработки в этой области. Teledyne RDI, преемник первой компании по коммерциализации ADCP, продолжает поставлять ключевые технологии, особенно DVL, для подводных транспортных средств. Одним из наиболее распространенных беспилотных подводных аппаратов в эксплуатации является REMUS Hydroid. Этот автомобиль обычно использует компактный DVL Teledyne в оригинальной конфигурации из четырех преобразователей, установленных в кольце. DVL в этих транспортных средствах увеличивают позиции GPS, записанные на поверхности, и часто измерения инерционного движения, чтобы помочь транспортному средству отследить его положение для улучшенного «мертвого счета».

Массив из четырех преобразователей не является единственной конфигурацией для DVL, и UUV не является единственным бенефициаром. Другая конфигурация - это поэтапный массив. Это похоже на одну поверхность преобразователя, но на самом деле это массив элементов преобразователя с электронным управлением, который создает серию акустических «лучей», указывающих в разных направлениях. Недавно компания Teledyne представила первый фазированный массив Array DVL, рассчитанный на 6000 метров, пионер 300. Для заданного размера и производительности технология фазированной решетки обеспечивает больший диапазон отслеживания дна, чем традиционные DVL, в этом случае до 275 метров от морского дна. Pioneer DVL использовался на борту высокопрофессионального ROV Vulcan Inc, поддерживаемого R / V Petrel, так как он сделал многочисленные открытия кораблекрушений Второй мировой войны в Тихом океане. Эта та же самая конфигурация теперь используется в последнем DVL Teledyne, Tasman. Введен в эксплуатацию в апреле 2019 года. Заменяемая полем конструкция преобразователя с фазированной решеткой повышает точность позиционирования, устраняет необходимость в коррекции скорости звука и снижает сопротивление подводному транспортному средству. Этот инструмент также обеспечивает подключение к сети Ethernet, что полезно в современных все более сложных подводных аппаратах.

SPRINT-NAV работает хорошо, даже под крайними углами (Фото любезно предоставлено Sonardyne)

Тем временем в Sonardyne Syrinx DVL был включен в инновационное решение - гибридный акустически-инерционный навигатор SPRINT-Nav. Здесь датчики DVL, блок инерционного движения и датчик глубины размещены вместе, что дает ряд преимуществ. Например, отдельные лучи DVL используются для обновления решения INS, а также для вычисления вектора скорости DVL. Результатом является более точное и надежное акустически-инерционное решение, в котором INS может отбрасывать отдельные измерения луча и сохраняться, даже если некоторые лучи DVL теряют нижнюю блокировку. Смещения выравнивания между различными датчиками рассчитываются на заводе-изготовителе, поэтому система может быть быстро мобилизована, и прогоны выравнивания GPS не нужны. Развертывание настолько гибкое, что система может быть установлена даже под крайними углами.

Еще один производитель инноваций в этой области - Nortek. В то время как большинство DVL используют цилиндрический форм-фактор, это не всегда подходит для некоторых применений. В одном случае новый подводный аппарат Fusion от SRS требовал другой формы. Fusion - это гибридный подводный аппарат, сочетающий в себе возможности AUV и ROV с водолазной навигацией и движением. Nortek поставил для этого автомобиля меньшие по размеру датчики и электронику, а также уникальную встроенную систему преобразователей. Кроме того, в комплект приборов добавлен высотомер для более точного измерения высоты непосредственно под транспортным средством. Эволюция в DVL обеспечивает дальнейшие инновации в подводных транспортных средствах, которые зависят от них в навигации.

В то время как DVL быстро развиваются вместе с подводными транспортными средствами, их кузены ADCP также развиваются. Nortek приводит еще один пример. Стремясь повысить эффективность операций и снизить стоимость текущих измерений, они недавно представили платформу ECO. ECO, мини-ADCP Nortek для профилирования мелкой воды, был объявлен к продаже в конце 2019 года. Он оснащен портативным беспроводным зарядным устройством 1 МГц ADCP, запрограммированным с приложением для смартфона. Обработка данных и обеспечение качества обеспечивается посредством автоматического облачного сервиса. В дополнение к этим адаптациям к самому инструменту Nortek сделала еще один шаг вперед в разработке и разработала компактную систему буев и спусковых механизмов для упрощения развертывания на мелководье.

ADCP и DVL являются, пожалуй, одним из важнейших инструментов как для океанографии, так и для подводной робототехники. Хотя они не являются новой технологией, их развитие в последние годы было быстрым. Новые конструкции массива, постоянно увеличивающееся разнообразие частотного диапазона и новые конфигурации быстро появились на сцене. Инновации, основанные на современных потребительских технологиях, в том числе приложения и облачные вычисления, - это захватывающие разработки, которые не часто встречаются в океанических приборах. Но спрос на измерение движения воды является значительным и приводит к столь же значительным инновациям. Следующее десятилетие движения будет захватывающим.

Тасман DVL использует один, поэтапный массив (Фото предоставлено Teledyne Marine)