Профилографы дна предназначены для поиска заглубленных на дне объектов, например трубопроводов или кабелей, нахождения заиленных подводных объектов, исследования и классификации состава грунта дна, например при планировании строительства подводных объектов или прокладки трубопроводов, разведки полезных ископаемых и экологического мониторинга.
По своей сути донные профилографы представляют собой практически тот же эхолот, но с очень низкой частотой излучаемого сигнала ППА, менее 12 Кгц. За счет физических особенностей проникновения низкочастотных звуковых волн в твёрдых средах и большой мощности сигналов акустический сигнал проникает в донный грунт на глубину более 100 метров, чем меньше частота сигнала, тем больше проникающая способность.
По способу размещения ППА различают буксируемые и стационарные профилографы. Очень часто в одном буксируемом аппарате совмещается гидролокатор бокового обзора и профилограф дна.
Наибольшую популярность на сегодняшний день имеют многолучевые профилографы компаний Innomar, SeaBeam.
Гидроакустические системы позиционирования
Гидроакустические системы позиционирования (ГСП). ГСП предназначены для определения точных координат подводных объектов, а также для отслеживания траектории движения и текущей глубины нахождения подводных аппаратов и водолазов в реальном масштабе времени. ГСП представляют собой один или несколько стационарных передающих гидроакустических маяков, установленных на морском дне или судне носителе, маяк-ответчик на перемещающемся или стационарном объекте, ППА или гидрофон на судне-носителе и систему обработки и выдачи информации на борту судна-носителя. ГСП по своей сути является относительной системой координат с судном-носителем в центре отсчёта, при использовании системы GPS возможно позиционирования в абсолютных географических координатах.
В основе определения координат маяка-ответчика под водой лежат геометрические законы нахождения координат какой-либо точки по известным координатам трёх других точек, так называемых базисных точек. Расстояние между двумя точками базиса называется базисной линией. Длина базисной линии определяет алгоритм подсчёта координат и тип ГСП.
При практическом применении оказывается, что, чем меньше базисная линия, тем сильнее физическое воздействие качки и крена судна-носителя на точность определения координат, поэтому для каждого типа ГСП существуют свои ограничения и рекомендуемые варианты использования. Ниже приводятся основные типы ГСП, и кратко поясняются основные принципы их работы.
Различают следующие типы ГСП:
1) ГСП с длинной базисной линией (LBL системы).
2) ГСП с короткой базисной линией (SBL системы).
3) ГСП с ультракороткой базисной линией (USBL, иногда SSBL системы)
4) ГСП комбинированного типа, например LUSBL система.
LBL системы
Для построения ГСП используются три или более маяков (transponder) стационарно устанавливаемых на морском дне, на расстоянии примерно 500 метров друг от друга в заданных точках с известными географическими координатами. ППА (transducer) на борту судна получает гидроакустические сигналы от каждого базисного маяка и маяка-ответчика. С помощью геометрических и математических преобразований блок обработки определяет абсолютные координаты маяка-ответчика. При перемещении подводного объекта на мониторе выводиться траектория движения в реальном масштабе времени. Достоинства таких систем высокая точность определения координат (субметровая точность), отсутствие влияния на точность системы степени волнения моря и типа судна-носителя, практически неограниченная глубина использования. Основные недостатки это громоздкость системы, необходимость точной выставки базисных маяков на морском дне, необходимость подъёма базисных маяков по окончанию работ. Основное применение таких систем - длительные работы по обследованию каких-либо подводных объектов, строительство и эксплуатация нефтедобывающих платформ, прокладка трубопроводов.
SBL системы
Такие системы имеют несколько (от трёх и более) разнесённых друг от друга гидрофонов, расположенных в нижней части судна-носителя. Блок обработки, используя гидроакустические сигналы дистанции маяка-ответчика, выдаёт относительные и координаты подводного объекта в реальном масштабе времени. Достоинства такой системы, это её мобильность и достаточно высокая точность (около метра) определения координат объекта. Рабочая глубина ограничена 1000 метров. К основным недостаткам следует отнести требования к минимально длине судна-носителя, необходимость точной калибровки системы. А так же большая чувствительность системы к волнению моря, которая в несколько раз уменьшает точность позиционирования. Для уменьшения влияния качки используется специальный блок компенсации влияния качки (VRU) на изменение гидроакустических сигналов с маяка-ответчика. Благодаря их низкой стоимости такие системы широко использовались и используются для выполнения задач позиционирования подводных аппаратов и водолазов, хотя в последнее время они постепенно вытесняются более простыми и технически развитыми USBL системами. В настоящее время одним из производителей портативных SBL систем является американская компания Dessert Star.
USBL системы
В основе построения USBL систем лежит принцип определения координат маяка-ответчика по дистанции и углу.
Типичная ГСП такого типа состоит из ППА (transduser) c множеством приёмо-передающих элементов расположенных в виде сферы, блока обработки и блока компенсации влияния качки. Дальность действия таких систем доходит до 4000м. Степень точности зависит от положения маяка-ответчика относительно ППА и выражается в процентах от дистанции и угла.
Обычно, при работах до 1000м, точность определения координат не хуже 10м. Этого достаточно для определения местоположения перемещающегося объекта, например подводного аппарата или водолаза, однако не достаточно для выполнения сложных подводных работ по бурению, строительству и т.п.
LUSBL системы
Представляют собой комбинацию LBL и USBL систем, объединяя в себе все их достоинства. Такие ГСП обладают повышенной (сантиметровой) точностью, работают с большим количеством подводных объектов и применяются для выполнения наиболее сложных подводно-технических работ, как, например, постройка и обслуживание нефтедобывающих комплексов.
GIB ситема
В последние годы на рынке гидроакустических систем появилась принципиально новая система позиционирования, которая использует основные принципы построения стандартных ГСП LBL и SBL типа с одновременным сопоставлением координат с сигналами DGPS (DGPS или дифференциальная система GPS выдаёт координаты объекта с точностью до 0,5м, за счет корректировки сигналов GPS от стационарной наземной станции). Её нельзя отнести к какому-либо вышеописанному типу, хотя в чём-то она напоминает LBL и SBL системы.
Французская компания ACSA предложила использовать несколько плавающих буев с гидроакустическими ППА и приёмниками DGPS для получения координат маяка-ответчика. Она назвала свою систему - GIB система, от английского GPS Intelligent Buoys. ППА и приёмник DGPS на каждом буе работают в строгой синхронизации по времени и посылают полученные данные, в УКВ диапазоне на центральный модуль, обычно установленный на судне носителе, для их дальнейшей обработки. Успешные испытания такой системы в последние годы привлекло к ней большое внимание гидрографических, спасательных и военных служб.
К основным достоинствам GIB системы можно отнести очень высокую точность определения абсолютных координат подводного объекта (до 0,5 м), мобильность (расстановка буёв занимает менее 30 минут и выполняется с резиновой лодки), возможность быстрой транспортировки и установки на различных типах судов-носителей, возможность работать на малых глубинах (5-15 метров), стоимость сравнимая с USBL системами.
Диапазон применение такой ГСП велик. Благодаря своей мобильности, высокой скорости развёртывания и нетребовательности к типу судна обеспечения, такая система идеальна для выполнения спасательных и поисковых работ, причём при проведении работ в прямой видимости от берега, возможно размещение центрального поста управления непосредственно на берегу. В сочетании с водолазами или подводными аппаратами такая система позволяет в короткие сроки обнаруживать и определять координаты затонувших объектов, а также осуществляет слежение за перемещениями водолазов или подводных аппаратов при обследовании этих объектов. Специальный модуль, прилагаемый к данной системе, позволяет пеленговать акустические сигналы с чёрных ящиков потерпевших аварию самолётов или вертолётов и осуществлять вывод на них водолазов или подводных аппаратов.
Заключение
Возможности гидроакустики постоянно расширяются и не заканчиваются на применении, которое рассматривается в реферате. Существуют большие гидроакустические комплексы и станции, применяемые в гражданских и военных целях, гидроакустические системы передачи информации, батиметрические гидроакустические комплексы, гидроакустические комплексы, применяющиеся в биологических целях и т.п.
Повышенный интерес к изучению внутренних водоёмов, морских и океанских просторов стимулирует появлению на рынке всё новых и новых гидроакустических приборов и устройств, и автор надеется, что Россия с её огромными внутренними и внешними водными пространствами не останется в стороне от столь перспективного и бурно развивающегося направления.
Если Вы желаете более глубоко изучить приведенные гидроакустические приборы или больше узнать о развитии гидроакустики, советую прочитать подробно приведенную ниже литературу.
Список литературы
1. Из истории отечественной гидроакустики. СПб., 1998.
2. 50 лет ЦНИИ "Морфизприбор". СПб, 1999.
3. Дайджест зарубежной прессы по вопросам кораблестроения. Вып.4. СПб.: Элмор, 1993.
4. Гурвич А.А., Гусев Н.М., Яковлев Г.В. Гидроакустические системы с гибкими протяженными буксируемыми антеннами // Судостроение за рубежом. 1984. № 10 (214). С.34-53.
5. Бородин В.И., Смирнов Г.Е., Толстякова Н.А., Яковлев Г.В. Гидроакустические навигационные средства. Л.: Судостроение, 1983.
6. Корякин Ю.А. и др. Гидроакустические системы // Сб. "Наука Санкт-Петербурга и морская мощь России", СПб: Наука, 2002. С.388-416.
7. Корякин Ю.А., Смирнов С.А., Яковлев Г.В. Корабельная гидроакустическая техника. СПб: Наука, 2004.