멀티빔 에초산더

Multibeam echosounder
멀티빔 음파 탐지기는 해저 지도를 만드는데 사용된다.

멀티빔 에초하운드(multibeam echoshounder)는 해저 지도를 만드는 데 사용되는 음파 탐지기의 일종이다. 다른 소나 시스템과 마찬가지로 멀티빔 시스템은 멀티빔 에초선더의 송수신기 아래 팬 모양으로 음향파를 방출한다. 음파가 해저에서 반사되어 수신기로 돌아오는 데 걸리는 시간은 수심 계산에 사용된다. 다른 소나와는 달리 멀티빔 시스템은 빔포밍을 사용하여 돌아오는 음파에서 방향 정보를 추출하여 한 번의 핑에서 깊이 판독의 스왓드를 생성한다.

역사와 진행

USS Susan B의 멀티빔 이미지. 앤서니(AP-72)는 프랑스 해안에서 난파했다.

멀티빔 음파 탐지 음파 탐지 시스템은 스와테(영국식 영어) 또는 스와트(미국식 영어)라고도 알려져 있으며, 군사용으로 시작되었다. 수중 음파탐지시스템(SASS)은 1960년대 초 미국 해군이 제너럴 인스트루먼트(General Instrument)와 연계해 해저의 대형 스왓드를 지도화하여 잠수함 전력의 수중 항행을 지원하도록 개발되었다.[1][2] SASS는 USS 컴퍼스 아일랜드(AG-153)에서 시험되었다. 수심 약 1.15배의 스와스 폭의 61개의 1도 보로 구성된 최종 배열 시스템은 그 후 USNS Bowditch(T-AGS-21)와 USNS Dutton(T-AGS-22), USNS Michelson(T-AGS-23)에 설치되었다.[1]

Starting in the 1970s, companies such as General Instrument (now SeaBeam Instruments, part of L3 Klein) in the United States, Krupp Atlas (now Atlas Hydrographic) and Elac Nautik (now part of the Wärtsilä Corporation) in Germany, Simrad (now Kongsberg Maritime) in Norway and RESON now Teledyne RESON A/S in Denmark developed systems that could be mo대형 선박의 선체와 소형 보트(기술이 향상되면서 멀티빔 에초산더(multibeam echosounder)가 소형화, 경량화, 운용주파수 증가)에 미착용된다.

최초의 상업용 멀티빔은 현재 SeaBeam Classic으로 알려져 있으며 1977년[3] 5월 호주 측량선 HMAS Cook에서 취역되었다. 이 시스템은 45도 호를 가로지르는 최대 16개의 보를 생산했다. 1980년대 후반 SeaBeam 2000과 SeaBeam 2112와 같은 새로운 시스템을 제조사가 개발한 후 "SeaBeam Classic"이라는 용어가 만들어졌다.

두 번째 SeaBeam Classic 설치는 프랑스 리서치 선박 Jean Charcot에 설치되었다. 샤르코트의 SB Classic 어레이는 접지로 인해 손상되었고 SeaBeam은 1991년에 EM120으로 교체되었다. 원래 SeaBeam Classic 설치는 많이 사용되지 않은 것으로 보이지만, 다른 설치는 널리 사용되었고, 이후 많은 선박에 설치되었다.

이후 SeaBeam Classic 시스템은 미국 학술 연구선 USNS Thomas Washington (T-AGOR-10) (Scripps Institute of Oceanography, University of California), USNS Robert D에 설치되었다. 콘래드(Conrad) (Columbia University의 Lamont-Doherty Earth Observatory)와 RV Atlantis II (Woods Hole Oceanographic Institution)이다.

1980년대와 1990년대에 기술이 발전함에 따라, 얕은 물에서 고해상도 지도를 제공하는 고주파 시스템이 개발되었고, 오늘날 그러한 시스템은 항법 도표 작성을 지원하는 얕은 물 수문 측정에 널리 사용되고 있다. 멀티빔 에초하운드어는 지질학 및 해양학 연구에도 흔히 사용되며, 1990년대 이후 해상 석유 및 가스 탐사, 해저 케이블 라우팅에도 사용된다. 최근에는 해상 풍차 등 신재생에너지 분야에서도 멀티빔 ecchsounder가 활용되고 있다.

1989년 아틀라스 일렉트로닉스(독일 브레멘)는 독일 연구선 유성호에 하이드로스위프 DS라는 2세대 심해 멀티빔을 설치했다. 하이드로스위프 DS(HS-DS)는 90도 면적에 걸쳐 최대 59개의 보를 생산했는데, 이는 엄청난 개선이었고, 본래는 얼음으로 강화되었다. 초기 HS-DS 시스템은 1989년과 1990년에 RV Metal (1986) (독일), RV Polarstern (독일), RV Maurice Ewing (미국), ORV Sagar Kanya (인도)에 설치되었고, 이후 RV Thomas G를 포함한 다수의 선박에 설치되었다. 톰슨(미국)과 RV 하쿠레 마루(일본).

멀티빔 음향 주파수가 증가하고 부품 비용이 감소함에 따라 전 세계적으로 작동 중인 멀티빔 스왓 시스템의 수가 크게 증가했다. 다중 고해상도 빔 개발에 사용되는 음향 변환기의 필요한 물리적 크기는 멀티빔 음향 주파수가 증가함에 따라 감소한다. 결과적으로, 다품종 소나기의 작동 빈도 증가는 무게, 크기 및 부피 특성을 크게 감소시켰다. 선박의 선체에 탑재하는 데 상당한 시간과 노력이 필요했던 구형 및 대형 저주파 멀티빔 음파 탐지 시스템은 기존 톤플리즈형 변환기 소자를 사용했으며, 이 소자는 약 1/3 옥타브의 가용 대역폭을 제공했다. 보다 새롭고 작은 고주파 멀티빔 음파 탐지 시스템은 조사 발사나 연약한 선박에 쉽게 부착될 수 있다. 변환기의 국부적인 음속과 변환기 동작 측정을 위한 센서를 통합할 수 있는 텔리디네 오돔, R2Sonic 및 Norbit의 것과 같은 얕은 물 멀티빔 에초산더들은 기존의 단일 빔 에초산더에서 멀티빔 에초산더로 많은 소규모의 수중 조사 회사들이 이동할 수 있도록 허용하고 있다. 소형 저출력 멀티빔 스왓 시스템도 이제 자율 수중 차량(AUV)과 자율 표면 선박(ASV)에 장착하기에 적합하다.

멀티빔 echoshunder 데이터는 배스 측정, 음향 백스캐터 및 물 칼럼 데이터를 포함할 수 있다. (현재 중간수중간 멀티빔 데이터에서 일반적으로 식별되는 가스 플럼은 플레어라고 불린다.)

타입 1-3 피에조 복합 변환기 소자는 3 옥타브를 초과하는 가용 대역폭을 제공하기 위해 다중 스펙트럼 멀티빔 echoshunder에 채택되고 있다. 따라서 다중 스펙트럼 다면체 조사(multispectral multibeam echoshunder survey)는 단일 음파탐지 시스템으로 가능하며, 이 시스템은 매 ping 사이클 동안 다중 스펙트럼 스와테 욕실 측정 데이터, 다중 스펙트럼 백스캐터 데이터, 다중 스펙트럼 물 칼럼 데이터를 수집한다. [5]

전송 배열(검은색 직사각형)과 수신 배열(더 좁은 직사각형)을 보여주는 멀티빔 echoshounder - Odom MB1

운영이론

멀티빔 에초하운드(multibeam echoshounder)는 일반적으로 수력 측량사가 물의 깊이와 해저의 성질을 결정하기 위해 사용하는 장치다. 대부분의 현대식 시스템은 좁은 궤도를 따라 특수 설계된 변환기에서 전체 궤도를 가로질러 넓은 음향 팬 모양의 펄스를 전송한 다음 궤도에서 훨씬 더 좁은 다중 수신 빔(빔폼)을 형성하여 작동한다(계통에 따라 약 1도). 이 좁은 빔으로부터, 음향 펄스의 양방향 이동 시간이 하단 감지 알고리즘을 이용하여 설정된다. 만수기둥 프로필에 대해 물에서 음속의 속도가 알려진 경우, 수신각과 양방향 이동 시간에서 복귀 신호의 깊이와 위치를 결정할 수 있다.

각 빔의 송수신 각도를 결정하기 위해 멀티빔 echoshounder는 데카르트 좌표계에 상대적인 음파탐지기의 움직임을 정확하게 측정할 필요가 있다. 측정된 값은 일반적으로 히브, 피치, 롤링, 요 및 헤딩이다.

확산 및 흡수로 인한 신호 손실을 보상하기 위해 수신기에 시간 연산 이득 회로를 설계한다.

심층수 시스템의 경우 피치를 보상하기 위해 조향 가능한 송신 빔이 필요하다. 이것은 빔포밍을 통해서도 이루어질 수 있다.

참조

  1. ^ a b Albert E. Theberge Jr. and Norman Z. Cherkis (22 May 2013). "A Note on Fifty Years of Multi-beam". Hydro International. Archived from the original on 14 July 2014. Retrieved 30 June 2014.
  2. ^ U.S. Naval Research Laboratory/Marine Physics Branch (Code 7420). "GOMaP GLOBAL OCEAN MAPPING PROJECT". U.S. Naval Research Laboratory. Archived from the original on 2 July 2014. Retrieved 30 June 2014.
  3. ^ 해롤드 파르, 마린 지오디, 제4권, 제2권 1980, 페이지 77 – 93
  4. ^ 우치노, K, (편집자), (2016), 첨단 피에조 일렉트릭 재료: 과학기술, 제2판, ISBN 9780081014851
  5. ^ Brown, C. J, Brissett, M, Gazzola, V, (2019), 해저 특성 개선 도구인 Multispectral Multibeam Echo Sounder 백스캐터, Geoscience, 9(3)

외부 링크