Эхо зондирование

Зонд МТВЗА, принятый со спутника Метеор М2-2 любительской станцией

Эхолотирование или зондирование глубины — это использование гидролокатора для определения дальности , обычно для определения глубины воды ( батиметрия ). Он предполагает передачу акустических волн в воду и регистрацию временного интервала между испусканием и возвратом импульса; Полученное время полета вместе со знанием скорости звука в воде позволяет определить расстояние между гидролокатором и целью. Эта информация затем обычно используется в целях навигации или для определения глубины для построения карт .

Эхолотирование также можно использовать для определения дальности до других целей, например, косяков рыбы . При гидроакустических оценках традиционно использовались мобильные исследования с лодок для оценки биомассы и пространственного распределения рыбы. И наоборот, методы фиксированного местоположения используют стационарные датчики для наблюдения за проходящей рыбой.

Слово «звучание» используется для всех типов измерений глубины, включая те, которые не используют звук , и по происхождению не связано со словом « звук» в смысле шума или тонов. Эхолотирование — более быстрый метод измерения глубины, чем предыдущий способ опускания троса до касания дна.

История

немецкому изобретателю Александру Бему был выдан немецкий патент № 282009 на изобретение эхолота (устройства для измерения глубины моря, расстояний и курсов кораблей или препятствий с помощью отраженных звуковых волн) . 22 июля 1913 года ^{[ 1 ]}^{[ 2 ]}^{[ 3 ]} Тем временем во Франции физик Поль Ланжевен (связанный с Марией Кюри ), более известный своими исследовательскими работами в области ядерной физики, был завербован лабораториями французского военно-морского флота в начале Второй мировой войны и проводил (тогда секретные) исследования активных гидролокаторов для противолодочной обороны. военное дело (с использованием пьезоэлектрического передатчика ). Его работа была разработана и реализована другими учеными и техническими специалистами, такими как Чиловски, Флориссон и Пьер Марти. Хотя полностью работоспособный эхозонд (гидролокатор) не был готов к использованию в военное время, успешные испытания как у Тулона, так и в Манше (Ланш) состоялись еще в 1920 году, и были получены французские патенты для гражданского использования. Океанографические корабли и французские суда помощи рыболовству в открытом море были оснащены записывающими гидролокаторами Langevin-Florisson и Langevin Marti еще в середине-конце 20-х годов. ^{[ 4 ]}

Одним из первых коммерческих эхолотов был Fessenden Fathometer, который использовал генератор Fessenden для генерации звуковых волн. Впервые он был установлен компанией Submarine Signal Company в 1924 году на лайнере M&M SS Berkshire. ^{[ 5 ]}

Техника

Расстояние измеряется путем умножения половины времени от исходящего импульса сигнала до его возвращения на скорость звука в воде , которая составляет примерно 1,5 километра в секунду [T÷2×(4700 футов в секунду или 1,5 км в секунду)] Для В точных приложениях эхолотирования, таких как гидрография , скорость звука также обычно необходимо измерять путем помещения зонда скорости звука в воду . Эхолотирование – это, по сути, специальное применение гидролокатора , используемое для определения местоположения дна. Поскольку традиционной до появления системы СИ единицей глубины воды была сажень , прибор, используемый для определения глубины воды, иногда называют саженцем .

В большинстве картографированных глубин океана используется средняя или стандартная скорость звука. Там, где требуется более высокая точность, к регионам океана можно применять средние и даже сезонные стандарты. На глубинах с высокой точностью, обычно ограничивающихся специальными или научными исследованиями, датчик можно опустить для измерения температуры, давления и солености. Эти коэффициенты используются для расчета фактической скорости звука в местной толще воды. Последний метод регулярно используется Управлением береговой службы США для навигационных исследований прибрежных вод США. ^{[ 6 ]}

Типы

Одиночный луч

Однолучевой эхолот — один из самых простых и фундаментальных типов подводных гидролокаторов. Они повсеместно распространены в мире судостроения и используются на различных морских роботизированных транспортных средствах. Он работает с помощью преобразователя, который излучает импульс через воду и слушает возвращающееся эхо. Используя эти данные, он может определить расстояние до самого сильного эха, которым может быть морское дно, бетонная конструкция или другое более крупное препятствие. ^{[ 7 ]} Эхолот — это эхолот, используемый как любительскими, так и коммерческими рыболовами.

Многолучевой

Многолучевой эхолот (MBES) — это тип гидролокатора , который используется для картографирования морского дна . Он излучает акустические волны в форме веера под приемопередатчиком . Время , необходимое звуковым волнам для отражения от морского дна и возвращения в приемник, используется для расчета глубины воды. В отличие от других гидролокаторов и эхолотов , MBES использует формирование луча для извлечения информации о направлении из возвращающихся звуковых волн, создавая серию измерений глубины из одного импульса.

Общее использование

Помимо вспомогательного средства навигации (большинство крупных судов имеют хотя бы простой эхолот), эхолот обычно используется для рыбной ловли . Перепады высот часто представляют собой места скопления рыбы. Стаи рыб также будут зарегистрированы. ^{[ 8 ]}

Гидрография

В районах, где требуется детальная батиметрия , для гидрографических работ можно использовать точный эхолот. При оценке такой системы необходимо учитывать множество факторов, не ограничивающихся вертикальной точностью, разрешением, шириной акустического луча передающего/приемного луча и частотой преобразователя акустической .

Большинство гидрографических эхолотов являются двухчастотными, что означает, что низкочастотный импульс (обычно около 24 кГц) может передаваться одновременно с высокочастотным импульсом (обычно около 200 кГц). Поскольку две частоты дискретны, два отраженных сигнала обычно не мешают друг другу. Двухчастотное эхолотирование имеет множество преимуществ, включая возможность определить слой растительности или слой мягкой грязи поверх слоя породы.

В большинстве гидрографических операций используется преобразователь с частотой 200 кГц, который подходит для прибрежных работ на глубине до 100 метров. На большей глубине требуется преобразователь более низкой частоты, поскольку акустический сигнал более низких частот менее подвержен затуханию в толще воды. Обычно используемые частоты для глубоководного зондирования — 33 кГц и 24 кГц.

Ширина луча преобразователя также имеет значение для гидрографа, поскольку для получения наилучшего разрешения собранных данных предпочтительна узкая ширина луча. Чем выше рабочая частота, тем уже ширина луча. Поэтому это особенно важно при зондировании на глубокой воде, поскольку результирующий след акустического импульса может быть очень большим, когда он достигает далекого морского дна.

Многоспектральный многолучевой эхолот представляет собой расширение двухчастотного эхолота с вертикальным лучом, а также позволяет измерять два зондирования непосредственно под гидролокатором на двух разных частотах; он измеряет несколько зондирований на разных частотах, под разными углами обзора и в разных местах морского дна. Эти системы подробно описаны в разделе « Многолучевой эхолот» .

Эхолоты используются в лабораторных условиях для мониторинга переноса отложений, процессов размыва и эрозии в масштабных моделях (гидравлические модели, лотки и т. д.). Их также можно использовать для создания графиков 3D-контуров.

Нормативы гидрографического эхолотирования

Требуемая точность и точность гидрографического эхолота определяется требованиями Международной гидрографической организации (МГО) к исследованиям, проводимым по стандартам МГО. ^{[ 9 ]} Эти значения содержатся в публикации МГО S44.

Чтобы соответствовать этим стандартам, геодезист должен учитывать не только вертикальную и горизонтальную точность эхолота и преобразователя, но и геодезическую систему в целом. Можно использовать датчик движения, в частности компонент качки (при однолучевом эхолоте), чтобы уменьшить шумы при движении судна на поверхности воды. После того как все неопределенности каждого датчика установлены, гидрограф составит бюджет неопределенностей , чтобы определить, соответствует ли система съемки требованиям, установленным МГО.

Различные гидрографические организации будут иметь свой собственный набор полевых процедур и руководств, которые помогут их геодезистам соблюдать требуемые стандарты. Двумя примерами являются публикация Инженерного корпуса армии США EM110-2-1003: ^{[ 10 ]} и «Руководство по полевым процедурам» NOAA. ^{[ 11 ]}

См. также

Ссылки

^ Салус, Сана (2013). Измерение распространения радиоволн и моделирование каналов . Джон Уайли и сыновья . п. 424. ИСБН 9781118502327 .
^ Сюй, Гочан (2010). Науки геодезии - I: достижения и будущие направления . Издательство Спрингер . п. 281. ИСБН 9783642117411 .
^ Вернер Шнайдер. «Александр Бем — изобретатель эхолота» . Проверено 9 апреля 2014 г.
^ https://www.academia.edu/1182631/Paul_Langevin_et_la_detection_sous-marine_1914-1929._Un_phycien_acteur_de_l_innovation_industrial_et_militaire_Epistemologique_2001_
^ «Усилитель Fessenden Fathometer — Submarine Signal Company» . Архивы Subchaser . 20 марта 2007 года . Проверено 12 апреля 2018 г.
^ См. Руководство по полевым процедурам NOAA, веб-сайт Управления береговой съемки ( http://www.nauticalcharts.noaa.gov/hsd/fpm/fpm.htm. Архивировано 10 августа 2011 г. на Wayback Machine ).
^ «Понятное руководство для оператора подводных гидролокаторов и акустических устройств» . Синяя робототехника . Проверено 12 января 2024 г.
^ «Руководство для эхолотов» (на немецком языке) . Проверено 16 февраля 2017 г.
^ Международное гидрографическое бюро (февраль 2008 г.). «Стандарты МГО для гидрографических исследований» (PDF) (5-е издание). Архивировано из оригинала (PDF) 8 октября 2011 года. {{cite journal}}: Для цитирования журнала требуется |journal= ( помощь )
^ «ЭМ 1110-2-1003 (01 янв 02)» . Архивировано из оригинала 20 июля 2011 года . Проверено 9 июня 2011 г. , публикация USACE EM 1110-2-1003.
^ [1] Архивировано 16 мая 2011 г. в Wayback Machine , Руководство по полевым процедурам NOAA.

Внешние ссылки

СМИ, связанные с звучанием «Эха», на Викискладе?

«Как эхо сообщает глубину воды под кораблем», Popular Mechanics Monthly , июль 1930 г. - рисунок деталей первых эхолотов, использующих эхо.
ELAC (1982) Введение в эхолотирование . Honeywell-ELAC-Nautik GmbH, Киль, 88 стр. (pdf, 27,5 МБ)

[1] Салус, Сана (2013). Измерение распространения радиоволн и моделирование каналов . Джон Уайли и сыновья . п. 424. ИСБН 9781118502327 .

[2] Сюй, Гочан (2010). Науки геодезии - I: достижения и будущие направления . Издательство Спрингер . п. 281. ИСБН 9783642117411 .

[3] Вернер Шнайдер. «Александр Бем — изобретатель эхолота» . Проверено 9 апреля 2014 г.

[4] ttps://www.academia.edu/1182631/Paul_Langevin_et_la_detection_sous-marine_1914-1929._Un_phycien_acteur_de_l_innovation_industrial_et_militaire_Epistemologique_2001_

[5] «Усилитель Fessenden Fathometer — Submarine Signal Company» . Архивы Subchaser . 20 марта 2007 года . Проверено 12 апреля 2018 г.

[6] См. Руководство по полевым процедурам NOAA, веб-сайт Управления береговой съемки ( http://www.nauticalcharts.noaa.gov/hsd/fpm/fpm.htm. Архивировано 10 августа 2011 г. на Wayback Machine ).

[7] «Понятное руководство для оператора подводных гидролокаторов и акустических устройств» . Синяя робототехника . Проверено 12 января 2024 г.

[8] «Руководство для эхолотов» (на немецком языке) . Проверено 16 февраля 2017 г.

[9] Международное гидрографическое бюро (февраль 2008 г.). «Стандарты МГО для гидрографических исследований» (PDF) (5-е издание). Архивировано из оригинала (PDF) 8 октября 2011 года. {{cite journal}}: Для цитирования журнала требуется |journal= ( помощь )

[USACE_Hydrographic_Manual-10] «ЭМ 1110-2-1003 (01 янв 02)» . Архивировано из оригинала 20 июля 2011 года . Проверено 9 июня 2011 г. , публикация USACE EM 1110-2-1003.

[NOAA_Field_Procedures_Manual-11] [1] Архивировано 16 мая 2011 г. в Wayback Machine , Руководство по полевым процедурам NOAA.

[ 1 ]

[ 2 ]

[ 3 ]

[ 4 ]

[ 5 ]

[ 6 ]

[ 7 ]

[ 8 ]

[ 9 ]

[ 10 ]

[ 11 ]

v т и Гидроакустика
Сонар	Активная акустика Перегородки (подводная лодка) Бистатический гидролокатор Эхо зондирование Осциллятор Фессендена Гидролокатор бокового обзора GLORY Многолучевой эхолот Пассивная акустика Научный эхолот Гидролокатор бокового обзора Формирование луча сонара Гидроакустический буй Система датчиков буксируемой антенной решетки наблюдения Гидролокатор с синтезированной апертурой Гидролокатор с буксируемой решеткой Сонар, смотрящий вверх
Акустика океана	Акустическая сеть Акустический релиз Акустический доплеровский профилировщик тока Акустическая классификация морского дна Акустическая океанография гидрофон Система акустического позиционирования с длинной базой Акустическая томография океана Система акустического позиционирования с короткой базовой линией Диван-бомба Канал ГНФАР Градиент скорости звука Датчик скорости звука Система акустического позиционирования со сверхкороткой базовой линией Подводная акустика Подводная акустическая связь Система подводного акустического позиционирования
Акустическая экология	Акустическая съемка на рыбалке Акустическая метка Эхолокация животных Выброшенный на берег кит Глубокий рассеивающий слой Рыболокатор Рыболовная акустика Диапазон слуха морских млекопитающих Морские млекопитающие и гидролокатор Песня кита
Связанные темы	Акустическая подпись Биоакустика Биофония Геофизический МАСИНТ Гидрографические исследования Карта шума Звуковой ландшафт

v т и Физическая океанография
Волны	Теория волн Эйри Баллантайнская шкала Нестабильность Бенджамина – Фейра Приближение Буссинеска Разрывная волна Притирка Кноидальная волна Пересечь море Дисперсия Краевая волна Экваториальные волны Принести Гравитационная волна Закон Грина Инфрагравитационная волна Внутренняя волна Номер Ирибара волна Кельвина Кинематическая волна Береговой дрейф Вариационный принцип Люка Уравнение с мягким наклоном Радиационный стресс Волна-убийца Волна Россби Россби-гравитационные волны Состояние моря Каракатица Значительная высота волны Солитон Пограничный слой Стокса Стокса дрейф Волна Стокса Зыбь Трохоидальная волна Цунами мегацунами Отлив Номер Урселла Волновое действие Волновая база Высота волны Волновая нелинейность Волновая мощность Волновой радар Настройка волны Обмеление волн Волновая турбулентность Взаимодействие волны и тока Волны и мелководье одномерные уравнения Сен-Венана уравнения мелкой воды Настройка ветра Ветровая волна модель
Тираж	Атмосферная циркуляция бароклинность Граничный ток сила Кориолиса Сила Кориолиса – Стокса Вихревая сила Крейка – Лейбовича Даунвеллинг Эдди Слой Экмана Спираль Экмана Экман транспорт Эль-Ниньо – Южное колебание Модель общей циркуляции Исследование геохимических разрезов океана Геострофическое течение Глобальный проект анализа океанических данных Гольфстрим Галотермическая циркуляция Гумбольдтовское течение Гидротермальная циркуляция Ленгмюровское кровообращение Береговой дрейф Ток в контуре Модульная модель океана Океанское течение Динамика океана Океанский динамический термостат Океанский круговорот Переполнение Модель океана Принстона Разрывной ток Подземные течения Баланс Свердрупа Термохалинная циркуляция неисправность Апвеллинг Генерируемый ветром ток джакузи Эксперимент по циркуляции мирового океана
Приливы	Амфидромная точка Земной прилив Глава прилива Внутренний прилив Лунитидный интервал Перигейский весенний прилив Отлив Правило двенадцатых Слабый прилив Приливная волна Приливная сила Приливная сила Приливная гонка Приливный диапазон Приливный резонанс Датчик прилива линия прилива Теория приливов и отливов
Формы рельефа	Абиссальный фургон Абиссальная равнина Атолл Батиметрическая карта Прибрежная география Холодное просачивание Континентальная окраина Континентальный подъем Континентальный шельф Контурит Гайот Гидрография Нолл Океанический бассейн Океаническое плато Океанический желоб Пассивная маржа Морское дно Подводная гора Подводный каньон Подводный вулкан
Тарелка тектоника	Сходящаяся граница Расходящаяся граница Зона перелома Гидротермальное жерло Морская геология Срединно-океанический хребет Разрыв Мохоровичича Гипотеза Вайна – Мэтьюза – Морли Океаническая кора Внешнее вздутие траншеи Ридж толчок Распространение морского дна тяга плиты Всасывание плит Окно плиты Субдукция Преобразовать ошибку Вулканическая дуга
Океанские зоны	бентосный Глубокая океанская вода Глубокое море Прибрежный Мезопелагический океанический Пелагический Фотический серфинг Сваш
Уровень моря	Глубоководная оценка и отчетность о цунами Будущий уровень моря Глобальная система наблюдения за уровнем моря Оперативная океанографическая система Северо-Западного шельфа Кривая уровня моря Повышение уровня моря Падение уровня моря Мировая геодезическая система
Акустика	Глубокий рассеивающий слой Гидроакустика Акустическая томография океана Диван-бомба Канал ГНФАР Подводная акустика
Спутники	Джейсон-1 Джейсон-2 (Миссия по топографии поверхности океана) Джейсон-3
Связанный	Подкисление Арго Бентический посадочный модуль Цвет воды ДСВ Элвин Окраинное море Морская энергетика Загрязнение морской среды Причал Национальный центр океанографических данных Океан Исследования Наблюдения Реанализ Топография поверхности океана Температура океана Преобразование тепловой энергии океана Океанография Очерк океанографии Пелагические отложения Микрослой морской поверхности Температура поверхности моря Морская вода Наука на сфере Стратификация Термоклин Подводный планер Водяной столб Атлас Мирового океана
Портал океанов Категория Коммонс