롱 베이스라인 음향 포지셔닝 시스템

Long baseline acoustic positioning system
그림 1: LBL(Long Baseline) 음향 포지셔닝 시스템의 작동 방법

롱 베이스라인(LBL) 음향 포지셔닝 시스템은[1] 수중 차량과 다이버를 추적하는 데 사용되는 3가지 광범위한 수중 음향 포지셔닝 시스템 중 하나이다. 다른 두 등급은 초단기 기준선 시스템(USBL)과 단기 기준선 시스템(SBL)이다. LBL 시스템은 해저에 탑재된 베이스라인 트랜스폰더 네트워크를 항법 기준점으로 사용한다는 점에서 독특하다. 이것들은 일반적으로 작업 현장의 둘레에 배치된다. LBL 기법은 수심과 무관한 매우 높은 위치 정확도와 위치 안정성을 초래한다. 일반적으로 1m보다 낫고 정확도가 몇 센티미터에 이를 수 있다.[2] LBL 시스템은 일반적으로 선박 기반(SBL, USBL) 위치 확인 시스템의 정확도 또는 위치 안정성이 충분하지 않은 정밀 수중 조사 작업에 사용된다.

작동 및 성능

그림 2: 3개의 기본 트랜스폰더(B)와 스쿠터에 장착된 다이버 스테이션(A)을 포함하여 아쿠아맵 LBL 음향 수중 포지셔닝 시스템을 갖춘 다이빙 팀(Envirotech Diving) 기지국은 우선 작업 현장의 모서리에 배치된다. 그런 다음 아쿠아맵 시스템의 자동 음향 자체 조사 기능을 사용하여 상대 위치를 정밀하게 측정한다. 지리적 기준 운영의 경우, 기본 위치는 차동 GPS 또는 레이저 위치 측정 장비(총 스테이션)에 의해 조사된다. 다이빙하는 동안 다이버 스테이션은 거리를 측정하기 위해 기지국을 심문하고, 그 다음 위치로 전환된다.

긴 기준선 시스템은 차량 또는 다이버 질문기에서 3개 이상의 해저 전개 기준 트랜스폰더까지의 거리를 음향 측정하여 차량 또는 다이버의 위치를 결정한다. 이러한 범위 측정은 장치 압력 센서의 깊이 데이터에 의해 종종 보완되며, 차량 또는 다이버의 위치를 삼각 측정에 사용된다. 그림 1에서 다이버 장착 질문기(A)가 신호를 전송하며, 이 신호는 기준선 트랜스폰더(B, C, D)에 의해 수신된다. 트랜스폰더가 회신하고, 다이버 스테이션(A)이 회신한다. 신호 실행 시간 측정은 이제 삼각측량 또는 위치 검색 알고리즘에 의해 다이버 위치를 계산하는 데 사용되는 거리 A-B, A-C 및 A-D를 산출한다. 결과 위치는 기준 변환기의 위치에 상대적이다. 이러한 좌표계는 기준 관측소의 지리적 위치가 처음 설정되면 위도/경도 또는 UTM과 같은 지리적 참조 좌표계로 쉽게 변환할 수 있다.

긴 기준선 시스템은 기본 트랜스폰더의 간격이 다이버 또는 차량과 트랜스폰더 사이의 거리와 길거나 유사하다는 사실에서 이름을 얻는다.[3] 즉, 기본 트랜스폰더는 일반적으로 차량이나 다이버가 작동하는 수중 작업 현장의 모서리에 장착된다. 이 방법은 음향 범위 측정에서 주어진 오차가 약 동등한 위치 오차만 발생하는 이상적인 위치 형상을 산출한다.[4] 이는 특정 양의 범위 교란이 훨씬 큰 위치 오류를 야기할 수 있는 짧은 기준선을 가진 SBL 및 USBL 시스템과 비교된다. 또한 해저에 기준선 트랜스폰더를 장착하면 움직이는 선박에 장착된 USBL 또는 SBL 위치결정 시스템의 경우와 마찬가지로 기준 프레임 간 변환이 필요하지 않다.[5] 마지막으로 해저 마운팅은 수심과 무관하게 위치 정확도를 만든다.[6] 이러한 이유로 LBL 시스템은 일반적으로 USBL 및 SBL 시스템의 기능을 초과하는 포지셔닝 정확도 또는 신뢰성의 필수 표준이 되는 작업에 적용된다.

역사

1963년 미 해군 해양조사선 USNS 미자르가 분실한 핵잠수함 USS 타작선을 수색·점검한 것은 현대 수중 음향항법장치의 기원으로 자주 인정받고 있다.[7] 미자르는 주로 짧은 기준선(SBL) 시스템을 사용하여 배티스캡처 트리에스테 1을 추적했다. 그러나, 그것의 성능에는 또한 해저 트랜스폰더가 포함되었는데, 초기 항법 위성과 함께 약 300피트의 정밀도로 정거장 보관을 지원했는데, 이것은 당시 주목할 만한 것으로 여겨졌다.[8]

예

그림 3: 미사일 발사 전에 핵잠수함의 위치를 정확하게 설정한 것은 긴 기준선 음향 위치 확인 시스템의 조기 적용이었다. 해저 트랜스폰더의 은밀한 네트워크는 GPS 위성이 파괴된 후에도 살아남아 정밀 항법 기능을 제공할 수 있었다.

1960년대 중반이나 그 이전까지 소련은 해저 트랜스폰더를 포함한 수중 항법 시스템을 개발하여 핵잠수함이 물속에 머무르는 동안 정밀하게 운용할 수 있도록 했다.[9] 협곡과 기타 어려운 수중 지형을 항해하는 것 외에도 핵미사일(ICBM) 발사 이전에 잠수함의 위치를 확정할 필요가 있었다. 1981년 미군의 MX 미사일 시스템의 일부로 음향 위치추정이 제안되었다.[10] 150개의 은신처 트랜스폰더 필드의 네트워크가 구상되었다. 잠수함은 일반적으로 관성 항법 시스템에 의해 유도되지만, 이러한 사측 시스템은 GNSS 시스템의 간헐적인 위치 고정으로 수정해야 하는 위치 표류를 개발한다. 만약 적이 GNSS 위성을 격추시킨다면 잠수함은 은밀한 트랜스폰더 네트워크에 의존하여 위치를 확립하고 미사일 자체의 관성 항법 시스템을 발사용으로 프로그램할 수 있을 것이다.

참조

  1. ^ 수중 음향 위치 측정 시스템, 제4장 P.H. Milne, 1983, ISBN0-87201-012-0
  2. ^ NOAA 잠수 매뉴얼, 버전 4, 수중 탐색, 섹션 10.2, ISBN 0-941332-70-5, ISBN 978-0-941332-70-5
  3. ^ 음향학 핸드북, 말콤 J. 크로커 1998, ISBN 0-471-25293-X, 9780471252931, 462페이지
  4. ^ ROV 매뉴얼, Robert D. 그리스도와 로버트 L. Wernli Sr, 섹션 4.2.8. 음향 포지셔닝 기능 및 제한사항, ISBN 978-0-7506-8148-3
  5. ^ ROV 매뉴얼, 섹션 4.2.6.4 LBL(Long Baseline)
  6. ^ LBL 수중 포지셔닝, 하이드로 인터내셔널 매거진, 2008년 1월/2월, 12권, 넘버 1
  7. ^ 밀른, 제2장
  8. ^ 아래 우주 77페이지 윌리엄 J. 브로드 & 디미트리 시들롭스키 1998, ISBN 0-684-83852-4, ISBN 978-0-684-83852-6
  9. ^ 러시아 수중음향의 역사, 722페이지. 올레그 A. 고딘, David R. Palmer, 2008, ISBN 981-256-825-5, ISBN 978-981-256-825-0
  10. ^ MX 미사일 베이싱, 173-175, 1981페이지, ISBN 1-4289-2450-7, ISBN 978-1-4289-2450-5