Sonar'ın Özerk Su Aracı'nda Eleştirel Rolü

Özerk Sualtı Araçları (AUVs) insan çeşitlerinin güvenli bir şekilde girişimde bulunulmasını ve AUV misyonlarının altında çalışabilmelerini sağlar: Temel ve güvenilir navigasyon sualtına doğru yapılan araştırmalar, AUV’ların küresel konumlama sistemine bağlı olarak, bu unvanlı robotlar, deniz suyunun güvenli bir şekilde girişimde bulunamaz.

Sonar Teknolojisini Anlamak

Sonar akustik pullar ileterek çalışır - su ile çalışır ve nesnelerden veya deniz zeminini yansıtmadan sonra geri dönen yankıları analiz eder.Transar, sudaki bilinen ses hızıyla birlikte (yaklaşık 1500 m /s, ancak her türlü uygulama ile değişir, akansiyonun görevine bağlıdır).

Sualtı akustikleri eşsiz fiziksel kısıtlamalara tabidir. Sound absorpsiyon, daha yüksek frekanslarda limitli, daha iyi bir çözüm sunar. Alt frekanslar seyahat eder, ancak koarser detay sağlar. AUV oğlumar tasarımcıları bu nedenle denge aralığı, çözünürlük, ağırlık ve güç tüketimi - tüm araçtan sınırlı ücret yükü içinde. ek olarak, çok fazla sempati yayılımı, deniz yüzeyi ve alttan uzaklaşır, yankıları ve müdahaleleri sağlayabilir. Modern sinyal işleme teknikleri, kirişler ve müdahaleler dahil olmak üzere, bu etkileri azaltmak ve güvenilir bilgiler elde etmek.

Sonar türleri AUVs'ta kullanılır

AUVs tipik olarak birden çok oğlum sistemleri taşır, her biri belirli bir görev için optimize edilmiştir.En yaygın kategoriler aktif oğlumar, pasif oğlumar, multibeam yankıları, kenarlar, sentetik aperture sonar ve ileriye dönük bir sonar.

Aktif Sonar

Aktif oğlum, kontrol edilen bir pulu yayıyor ve yankılarını dinliyor. Bu, sualtı algılamanın ve değişen bir yaralamanın işlerinin yer aldığı. AUVs, engelin ön algılaması ve hedef tanımlaması için aktif bir oğul kullanıyor. Active soner, aracın varlığını doğrudan ortaya koyuyor, askeri uygulamalarda da bir göz önünde bulundurun.

Pasif Sonar

Pasif oğlumar herhangi bir ses çıkarmaz; bunun yerine, deniz memelileri, gemiler, denizaltılar veya jeolojik aktivite gibi diğer kaynaklar tarafından üretilen akustik sinyalleri dinler.AUV navigasyon için, pasif oğlumar biyolojik seslerin veya antropojenik gürültülerin tespit edilmesiyle daha az yaygındır.

Multibeam Sonar

Multibeam yankıları, geri dönüş açılarını ölçerek, sistem yüksek hacimli banyolu haritalar üretir.AUVs, sualtı topografide navigasyon için geniş bir arazi modellerini kapsayan, Hidrotermal vent alanları veya mercan kayalıkları gibi, ortaya çıkan dijital yükseklik modelleri arazi destekli navigasyon için kullanılır.

Sidescan Sonar

Sidescan oğlumar, ince doku ve özellikleri ortaya çıkarmak için bir tonlu veya dikilen bir sistemdir - bu sadece deniz zemininin akustik görüntüleri ile doğrudan aralıksız, yüksek çözünürlüklü görüntünün tüm köşelerine göre doğru bir şekilde ölçülmesine izin verebilir.AUV'lar ve boşluklar, kayalar, enkazlar, boru hatları - bu sadece gerçek zamanlı mozaikte görünmemektedir.

Sental Aperture Sonar (SAS)

Sentetik bir aperture oğlumar, AUV'in fiziksel dizinden daha büyük akustik sentezlemek için harekete geçmesi, ekstraordinly iyi bir karar bağımsız olarak, SAS daha önce toplanan verilere göre görüntü oluşturabilir, AUV, açıklığa sahip bir pozisyonla rakipsiz bir şekilde performansa sahip olabilir.Fortived Maplar, aynı anda yerelleşme ve haritalama için son derece doğru referanslar olarak hizmet eder (SLAM) Gerçek zamanlı olarak, gerçek zamanlı olarak SAS görüntüleyicileri kullanarak, daha önce toplanan verileri toplayabilir, AUV, AUV, daha önce hassas bir şekilde konumlandırılabilir bir şekilde konumlandırılabilir.

İleri-Bakan Sonar (FLS)

İleri görünümlü bir oğul, AUV'nin engelleri tespit etmesi için gerçek zamanlı bir görüntü sunar - bir arabada yüz metreye kadar kayalıklı altyapı veya deniz yaşamı - özellikle düşük seviyeli bir uçuş veya geçiş sırasında, AUV'nın trafik gibi sınırları tespit etmesine izin verir - AUV'nın otopilotu ile entegre ettiği gibi - bu tür bir şekilde manevra kabiliyetine sahip olmak için onlarca metreye kadar önemlidir.

Sonar Nasıl Geliştirilir

Bir AUV için navigasyon üç göreve neden olabilir: yerelleşme (knowing nerede olduğunuzu kabul etmek), haritalama (yaklaşık etrafınızda ne olduğunu bilmek) ve yol planlama (daha sonra nereye gideceği konusunda kararsız). Sonar doğrudan üçe katkıda bulunur.

Obstacle Tespit ve Çlision Kaçınma

Sonar'ın en acil yararı engel tespit edilir. İleri görünümlü bir oğul, aracın yolunu tarar ve tehlikeleri tanımlar - deniz bulut platformlarının veya deniz buzullarının tespit edildiği diğer sualtı yapılarına göre özellikle önemlidir.

Terrain-Aided Navigation (TAN)

Terrain-aided navigasyon, AUV'in önceden yüklenmiş bir dijital yükseliş modeline karşı gözlemlenen deniz zemin profiline (DEM) göre, araçla ilgili derinlikleri haritayla ilişkilendirerek, navigasyon filtre sabit veya özelliksiz olduğunda, TAN degradları, diğer bir GPS sensörlerine veya tek yönlü yankıları elde etmek için bir GPSe güvenen bir şekilde genişletilebilir.

Simultane Localization and Mapping (SLAM)

Sonar tabanlı SLAM algoritmaları, AUV'in önceden ziyaret edilen bölgeleri yeniden inşa etmesine izin verir ve sürüklenme alanındaki görevlerin düzeltilmesi gerekir.Çalışan veya SAS görüntülenmesi gibi - kaya kenarları, boru hatları, ya da enkazlar gibi - AUV daha önce ziyaret edilen bölgeleri yeniden yönlendirebilir ve on dört kilometrelik bir yana dışlanmış bölgelere doğru bir şekilde atlatmasına izin verir.

Sualtı Yerelleştirme ve Pozisyonlama

Arazi ve özellikleri ötesinde, oğlumar akustik beacons ile doğrudan konum sağlar. Uzun temel (LBL) ve kısa bir temel (SBL) sistemleri deniz zemininde veya bir destek gemisinde sabit transtazlar kullanır. AUV pings, aUV zamanları ve gidiş-dönüşümün gidiş-dönüşümün her zaman mevcut olmamasına rağmen - bir ağın dağıtımını gerektirir - santimetre içinde mutlak doğruluk sağlar.

Diğer Navigation Sensörleri ile entegrasyon

Sonar izolasyonda çalışmaz. Güçlü AUV navigasyon sistemi, zaman içinde sabit ölçüm ünitesinden (IMU), DVL, baskı sensörü (derinlemesine), ve bazen bir magnetometre veya akustik Doppler mevcut profilleyicisi (ADCP) sağlar. INS yüksek seviyeli bir yönlendirme ve hızlayıcı verileri sağlar, ancak zaman içinde hızlanan bir ölçüm cihazı veya su sütunu ile doğru filtreleme sağlar.

Önemli bir husus, oğlumar bazlı düzeltmeler sadece birkaç saniye (örneğin, SLAM döngü kapanışları için) veya dakikalar boyunca (örneğin, bu aminkron ölçümlerini ele almak ve oğlunun belirsizliğini karşılamak zorundadır.

Sonar'ın AUV Misyonlarında Uygulamaları

Sonar'ın malumlığı, geniş bir AUV uygulamaları yelpazesine olanak sağlar, her bir avantaj farklı oğlumu modaları.

Deep-Sea Exploration

Oceanographers, AUV'lara multibeam ve sidecan oğlumar'a 6000 metreden fazla bir şekilde haritasız deniz kenarındaki deniz haritalarını ve hidrotermal alanlarını haritaladı. Yüksek çözünürlüklü banyo ve arkascatter görüntülerini ortaya çıkardı. Sonar'ın derinlikleri üzerinde çalışması yeteneği 6000 metreden fazla - hiçbir zaman ulaşamadı - deniz zemini haritalama için birincil aracı yaptı.

Çevresel İzleme

Örneğin, oğlumar ile donatılmış aUVlar deniz ekosistemlerinde değişiklikler takip edebilir. Örneğin, yanlılar deniz hayvanları tespit eder ve iklim araştırmaları için çok sayıda anketler izotuar. Sonar, balık okullarının ve deniz memelilerinin dağıtımını tespit ederek ölçümler yapar. Over time, AUV anketlerini tekrarladı.

Sualtı Altyapısı Muayenesi

Petrol ve gaz boru hatları, telekomünikasyon kabloları, açık hava türbinleri ve alt deniz elektrik kabloları, yıl sonra aynı varlıkları tekrar gözden geçirmenin kritik olduğunu; oğlumar bazlı SLAM, görsel işaretleri tespit edebilir, maruz kalan yaylar, trawl söndürücüler sunar - SAS, korozyon veya biyolojik fouling hakkında ayrıntılı imajlar sağlar.

Askeri ve Savunma Operasyonları

Navies, AUV'ları benim karşıtlığı (MCM), denizaltı tespiti ve istihbarat toplama. MCM'de, yüksek çözünürlüklü taraflarca ve SAS, deniz seviyesinde mayınları tespit etmek ve sınıflandırmak için kullanılır.AUVs'ta transisting bathymetric haritalarını izlemek, aracın hala doğru bir şekilde saklanmasını sağlar.

Arama ve Kurtarma

Uçak kazaları veya kayıp ekipmanları gibi kazalardan sonra, AUVs deniz zemininin geniş alanları arıyor. Sidescan oğlumar, çokça oğlu haritaları arama alanının banyolumetrisi sağlarken, daha yüksek çözünürlüklü bir SAS veya FLS denetimleri yapılabilir.

Sualtı Arkeolojisi

Arkaeologlar gemiyi yıkılmış yerleşimleri araştırmak için AUV'leri kullanırlar. Sidescan ve multibeam oğlumar onları rahatsız etmeden arkeolojik sitelerin ayrıntılı haritaları oluşturabilir. Sonar, kameraların başarısız olduğu, ortaya çıkan yapıların ortaya çıkmasına izin verir. Precise navigasyonu fotomosaics ve 3D rezzislerin georeferans olmasını sağlar, çok yıllık evrim çalışmaları sağlar.

Meydanlar ve Sınırlar

Onun gücüne rağmen, oğlumar transducers ve kullanımları, sığ sudaki çok fazla yansımaları filtreli ses ölçümler ile filtrelenmiş olan yanlış hedefler yaratır.Zamandaki ses hızı profili - termoklines veya yankıları üstlenebilir.

Güç tüketimi sürekli bir kısıtlamadır. Aktif oğlumar, iletim için önemli bir enerji gerektirir ve yüksek frekanslı sistemler daha hızlı piller yüklenmelidir. Ek olarak, işlemenin hesaplama yükü oğlumer verileri - özellikle SAS ve gerçek zamanlı SLAM için - aynı zamanda ısıyı kullanan güçlü talep eder.

Çözüm ve aralık bir ticarete devam ediyor. Derin su haritası için, düşük frekanslı sonar saatte birçok kilometre kaplayabilir, ancak küçük nesneler için sabırsızlanabilir. Tersine, yüksek frekanslılık, yüksek frekanslı planlama ve senkronizasyon gerektirir.

Sonar Teknolojide Geleceği Geliştirme

Sonar-enhanced AUV navigasyonu geleceği, sinyal işleme, yapay zeka ve sensör miniaturizasyonda ilerlemeler tarafından parlaktır.

Yapay Zeka ve Makine Öğrenme

Derin öğrenme, sonlu yorumlamayı devrim eder. Convolutional sinir ağları (CNNs) otomatik olarak nesneleri devre dışı bırakabilir - boru hatlarından taşları ayırt etmek - doğru rakip insan analistleri ile dondurma öğrenme, adaptif bir son parametre ayarını sağlar: AUV, pulsiyon süresini ayarlayabilir veya değişen koşullarda tespit etmek için gerçek zamanlı olarak kazanabilir.

Sentetik Aperture Sonar Advances

SAS kararı, optik kameraların ve yeni algoritmaların tarihsel olarak yüksek çözünürlükte görüntü kalitesi için tahmin hataları azaltmaktadır.Inersal olarak üretilen SAS işleme, DVL ve IMU üreticilerin mikro-boyutlu hareket tahminleri sağlar, şimdi standart. Future SAS sistemleri, AUVs için yeterince küçük bir çözünürlüklü açınca yüksek çözünürlükte bir görüntü oluşturabilir[değiştir | kaynağı değiştir] Ticari sualtı araçları üzerinde gerçek zamanlı SAS işleme, üreticilerden zaten bir gerçeklik sunuyor.

Özerk Karar -Making ve Yol Planlaması

AI ile oğlu birleştirmek, AUV'lerin insan müdahalesi olmadan görev-kahkamet kararları almalarına izin verir. Örneğin, eğer oğlumar deniz seviyesinde aniden yükselişe yol açıyorsa, AUV, yüksek çözünürlükte otomatik olarak yüksek çözünürlükte bulunur ve çarpışmadan kaçınmak için geri dönebilir.

Miniaturizasyon ve Enerji Verimliliği

Yeni transdüser malzemeleri ve elektronik küçültücü paketler performans devam ederken. Küçük, düşük güç sonları AUV konsepti[Dönemli görevler için ayakkabı kutusu büyüklüğüne dair önemli bir vaat ediyor.Bu mikro-AUVs, canlı bir harita oluşturmak için son verileri paylaşıyor.

Gerçek Zamanlı Akustik İletişim

Sualtı iletişim şişe bir şişe kalır, ancak akustik modemlerdeki gelişmeler AUV'lerin sıkıştırılmış oğlum görüntüleri veya tür navigasyon verileri yüzey ağ geçidine göndermesine izin verir.Bu, uzaktan gözetim sağlar ve birçok AUV'nın kanal koşullarına uyum sağlayan bilişsel akustik ağları kullanmasına izin verir.

Sonuç olarak, oğlumar, AUV'lerin dünyayı keşfetmesi, haritayı ve sualtın navigasyon için sensör temelini sağlamak, bu araçların özerk bir şekilde elde edebileceği sınırları zorlamaktır. Basit derinlikten sofistike sentetik aperture görüntülemeye kadar, oğlumar teknolojileri AUV'ların dünyayı keşfetmesi ve incelemesi için AUV'ler sağlar.