Текущее состояние и направления развития многолучевых эхолотов

Введение

Многолучевые эхолоты, представленные сейчас на рынке, претерпевают постоянное эволюционное развитие по мере развития технологий, а так же, в результате исследований разработчиков в направлении новых способов обработки и использования полученной информации. В статье приводится срез текущих достижений и тенденций развития ведущих разработчиков в области исследовательских гидролокационных решений.

Направление 1 — Повышение разрешения

Основные усилия разработчиков направлены на преодоление физических ограничений в интересах получения более высокого разрешения.
В течение последних нескольких лет ведется борьба за звание лучшего многолучевого эхолота в классе МЛЭ средних глубин между образцами: Teledyne RESON SeaBat 7125, Kongsberg EM 2040/2040C и R2Sonic Sonic 2024. У каждого из образцов есть свои сильные стороны, преимущества и лояльные последователи. Все три образца — первоклассные гидролокаторы, имеющие разрешение около 0,5 × 1,0 градуса. К тому же эти модели гидролокаторов все еще развиваются, и становятся доступны новые опции.

Teledyne RESON 7125 — высококачественное сканирование гавани Плимута, сетка 25 см (данные обследования мелкой воды).

Сравнение результатов сканирования объекта в мелководном районе в Великобритании, Teledyne RESON 7125 слева и KONGSBERG 2040C справа.

R2Sonic только что выпустила свою модель 2026 Sonic, которая предлагает разрешение 0,5 × 0,5 градуса (то есть лучшее разрешение на линейке). Хотя еще не были представлены результаты данных с сонара, но это заявление безусловно является заслуживающим пристального внимания.
Для классе образов для работы на сверх малой дистанции есть несколько вариантов высокого разрешения. Стоит упомянуть о Teledyne BlueView BV5000, который представляет собой гидролокатор, работающий на более высоких частотах (1350-2250 кГц) по сравнению с обычными 400-700 кГц. BV5000 ориентирован на крупномасштабное сканирование (диапазон 10–20 метров) конструкций.

Сканирование гавани в NaviModel, полученного с помощью BlueView 1,35 МГц.

Направление 2 — Миниатюризация

Многие многолучевые эхолоты используются для оперативной съемки на мелководье в гаванях, на водных путях и т. д., где очень важна мобильность, и некоторые производители сосредоточили свои усилия именно в этом направлении — на миниатюризации оборудования, а также комплексировании «все в одном», включая модули навигации: приемники спутниковой системы навигации (GPS) и датчики перемещений.
NORBIT предлагает устройство WMBS/iWBMS, которое имеет исключительно малые габаритные размеры, но при этом реализует разрешение 0,9 × 1,9 градуса. WMBS доступен со встроенными высокопроизводительными приемниками спутниковой системы навигации и инерциальной навигационной системой ИНС (Applanix POS MV). Это устройство иллюстрирует быстрое развитие мобильности гидрографических устройств, рост миниатюризации, без ухудшения разрешения.
Эхолот Teledyne RESON SeaBat T20-P был представлен два года назад и был очень популярен в качестве портативного сонара. Недавно выпущенный эхолот SeaBat T50-P предлагает портативную упаковку со спецификациями (0,5 × 1 градуса), близкими к характеристикам SeaBat 7125. И SeaBat T20-P, и SeaBat T50-P также доступны со встроенными приемниками спутниковой системы навигации и инерциальной навигационной системой, что упрощает мобильность.
Производитель R2Sonic представил образец Sonic 2020 (с разрешением 2 × 2 градуса) — это очень миниатюрный гидролокатор, имеющий хорошие характеристики, а эхолот Sonic 2022 (с разрешением 1 × 1 градус) также позиционируется на рынке как портативный гидролокатор. Оба образца доступны со встроенной инерциальной навигационной системой.
Kongsberg M3 — это еще один многолучевой эхолот класса IHO S-44, зарекомендовавший на конференции Shallow Survey 2015 в Плимуте, Великобритания. M3 является одновременно визуализирующим сонаром и батиметрическим профилографом и предлагает 3-градусный луч для генерации облака точек.
Еще один высокопортативный гидролокатор, обладающий разрешением 2 × 2 градуса с опцией для встроенного ИНС и GPS — это гидрографический локатор Teledyne Odom Hydrographic MB2. Однако, данных с MB2 еще не представлено.

Направление 3 — Комплексирование

Поскольку гидролокатор бокового обзора (ГБО) и многолучевой эхолот базируются на различных технологиях, для действительно хороших результатов вам необходимо как хороший ГБО, так и хороший «многолучевик». Однако физически возможно одновременное получение батиметрии (глубины) и данных интенсивности (гидролокационного изображения). Над созданием совмещенного устройства работают как разработчики многолучевых эхолотов, так и разработчики гидролокаторов бокового обзора.
Разработчики многолучевых эхолотов называют дополнительную опцию «обратным рассеянием», и вы можете найти ее в большинстве продуктов Teledyne RESON, R2Sonic, NORBIT и Kongsberg, где он предлагался в течение нескольких лет вместе со связанной функцией, «фрагментами». Данные обратного рассеяния хотя и не имеют качества гидролокатора бокового обзора, но все же полезны, например, для классификации морского дна, по его типу (песок, камень и т. д.).
Новинки ведущих производителей гидролокаторов бокового обзора — Klein Marine Systems HydroChart 3500 и EdgeTech 6205 — это комбинированные продукты, которые предлагают великолепное изображение гидролокатора бокового обзора с полезным батиметрическим выводом данных. Это определенно интересные образцы из-за их очень высокой полосы (в 8–12 раз глубины) и, следовательно, имеют намного более широкий охват области съемки, чем обычный многолучевой эхолот. Это делает такие продукты идеальными для съемок в реках или просто для съемок на больших площадях — при условии, что вы не ожидаете, что данные о глубине будут сопоставимы с данными лучших многолучевых эхолотов.
GeoSwath и Bathyswath также предлагают образцы с очень большой шириной обзора до 12-кратной глубины. Они обычно используются для исследований рек/каналов.

Направление 4 — Мультиантенные системы

Гонка за более широкое покрытие полосы обзора подводит разработчиков к решениям, включающим работу в нескольких направлениях одновременно.
• Две антенны — Наличие двух антенн дает двойной обзор. Применяя наклон антенны, можно добиться как большей ширины обзора, так и более высокой плотности разрешения, например, для обследования трубопровода с обеих сторон одновременно.
• Три антенны — также применяются для работ по осмотру трубопроводов. При этом, две антенны используются для обследования морского дна по бокам трубы, а высокочастотный гидролокатор (или подводный лазер) используется для съемки центральной части с большой детализацией ,
• Четыре антенны — Уже опробованное ранее решение. Например, Kongsberg EM 2040C поставляется в конфигурации с четырьмя антеннами, где массивы TX и RX разделены для оптимальной производительности/размещения (так на самом деле, гидролокатор с двумя двойными антеннами).

Направление 5 — Повышение возможности обнаружения объектов

Все разработчики ищут новые способы применения оборудования, и используют при этом новые термины.
• Толща воды: многолучевые эхолоты для батиметрических исследований заинтересованы в наиболее интенсивном обратном рассеивании (т.е. эхосигнале от морского дна), поэтому традиционно эхосигналы, образованные в толще воды рассматриваются как шум. Во многих случаях это так и есть, но для некоторых приложений это могут быть полезные данные. Например — струи газа и косяки рыбы (рыболовные гидролокаторы — это, в основном, гидролокаторы водной толщи). Массивы данных из толщи воды имеют внушительные размеры, поэтому их не сохраняют без необходимости в каждом цикле обзора. Обработка записей данных толщи воды также является непростой задачей. Для обнаружения утечки газа, при работе с подвижного носителя необходимо осуществить стационаризацию положения носителя. Данные, полученные в толще воды обычно не используются при работе с подводными аппаратами, так как они позволяют работать непостредственно вблизи обследуемого объекта.
• Множественное обнаружение: возможность получить более одной метки обнаружителя в одном цикле обзора полезна, в случае обследовании района, богатого рыбой в толще воды, когда необходимо получать эхосигнал от морского дна, в случае обследовании затонувшего судна, с выступающими мачтами, где возможно нахождение нескольких отражающих объектов вдоль направления локации.
• Обнаружение/сопровождение трубопровода: возможность обнаружения трубопровода непосредственно в гидролокаторе и возврата аппарата на траекторию вдоль его расположения. Данная опция возможна только когда труба открыта, над поверхностью дна.

Направление 6 — Снижение стоимости

Общая тенденция такова: «Вы получаете то, за что платите», и, говоря о многолучевых эхолотах, вы не пожалеете, что потратили лишние деньги, если позволят бюджеты.
В этой перспективе стоит упомянуть ряд производителей:
• NORBIT — есть серия продуктов среднего класса, которые отличаются от нормы.
• Imagenex — долгое время был на рынке гидролокаторов среднего класса, и у него есть целый ряд систем для специальных целей.
• Tritech — только что анонсировали гидролокатор Gemini 620p (1 × 1 градус) 620 кГц.
• WASSP — производит огромное количество недорогих сонаров для яхтинга / рыбалки и запустил свой новый 224-лучевой сонар, соответствующий стандарту IHO 1a, по очень доступной цене. Начинают поступать первые первые данные от этого эхолота (см. рисунок).

Применение WASSP для картографирования Aliwal Shoal у Дурбана, Южная Африка (точечная сетка 50 см, представленная в NaviModel).

Направление 7 — Использование неакустических технологий: лидар и лазер

Хотя это и не гидролокационная технология, но она находит все большее распространение в телеуправляемых аппаратах при обследовании трубопроводов, фундаментов буровых установок и т. д., И применение подводного лазера/лидара все больше получает популярность.
Такие продукты, как подводные лазерные сканеры 2G Robotics или Cathx Ocean, могут использоваться для тех же целей, что и многолучевые эхолоты, хотя и использую другие физические принципы. Оба продукта создадут набор меток (в координатах дистанция / пеленг) в сверхвысоком (миллиметровом) разрешении — намного выше, чем у любого акустического образца. Проблема заключается в дальности и условиях — подводные лидары/лазеры требуют хорошей прозрачности воды — если вы можете видеть это, вы можете сканировать его. Так что использование лазер имеет физические ограничения, например, при дноуглубительных работах или сканирования мутной реки/гавани. Однако в чистой воде (глубокая, тропическая или северная зима и т. д.), результаты будут просто фантастические.

Многолучевой эхолот SeaBat T20-P

Новый многолучевой эхолот SeaBat T20-P является первой системой новой T-серии ряда многолучевых эхолотов SeaBat. Этот эхолот был разработан с нуля для удовлетворения запросов рынка при съемках на мелководье для пользователей, которым требуется не только простота использования и портативность, но и мощный набор функций и самое высокое качество получаемых данных. SeaBat T20-P построен на гибкой расширяемой технологии нового поколения, позволяющей выполнять модернизацию функциональности системы.

В состав системы SeaBat T20-P входит новый широкополосный приемник сонара, который примерно в два раза меньше приемника SeaBat 7125, а также новый портативный процессор сонара, который является основным компонентом системы, позволяя сохранять синхронизированные по времени данные от всех внешних датчиков при выполении съемки. Процессор имеет класс водозащищенности IP54, что позволяет его устанавливать в более широком спектре мест установки. С этим портативным процессором время развертывания системы существенно сокращается, тем самым давая возможность оператору сконцентрироваться непосредственно на полученной работе.

SeaBat T20-P способен выдерживать самые сложные морские условия эксплуатации и при этом он идеально подходит для использования как на небольших гидрографических катерах, так и на более крупных судах, где портативность для широкого спектра съемочных приложений и задач является очень востребованной.

Для идентификации объектов как на морском дне, так и в толще воды над дном гидрографы теперь имеют возможность одновременно собирать батиметрические данные, сниппет данные и данные бокового сканирования, а также информацию о толще воды. Один гидролокатор может производить до 512 зондирований при скорости передачи акустических посылок (пингов) до 50 раз в секунду, и в тоже время поворачивать с помощью электроники весь сектор обзора в диапазоне от 5 градусов от горизонтали без необходимости физического поворота головы сонара.

Система МЛЭ SeaBat T20-P управляется с помощью программного обеспечения (как правило, PDS2000), установленного на ноутбуке или ПК.

ФУНКЦИИ АППАРАТНОЙ ПЛАТФОРМЫ SeaBat T20-P

Разработчики компании Teledyne RESON создали для SeaBat T20-P мощный набор прикладных функций, чтобы удовлетворить как гидрографов начального уровня, которым необходимо бескомпромиссное качество, так и продвинутых пользователей, которым требуется производительность высочайшего класса. Возможность активации встроенных функций аппаратной платформы SeaBat T20-P дает возможность получить требуемую функциональность системы МЛЭ — то есть система SeaBat T20-P всегда может быть адаптирована под индивидуальные потребности любого пользователя.