От крупногабаритных подводных лодок до дайверов-одиночек безопасный переход на мелководье представляет собой распространенную навигационную проблему. Но недавно исследователи из Японии добились сантиметровой точности в акустическом позиционировании подводного объекта. Путем цифрового удаления сигналов отраженных волн можно уменьшить влияние многолучевых помех. Эта работа может помочь ускорить торговлю, разрешив подводную навигацию в портах и других мелководных районах.
Акустическое позиционирование похоже на сонар, но вместо того, чтобы один и тот же объект посылал и принимал звуковые импульсы, как при эхолокации, здесь движущийся объект, которым может быть подводное транспортное средство или водолаз, посылает только звуковые волны. Волны принимаются гидрофонами (т. е. подводными подслушивающими устройствами) в воде с известными местоположениями, поэтому точное положение движущегося объекта можно рассчитать на основе времени прихода импульсов. Однако этот метод может быть ненадежным в гаванях или других районах с мелководьем, поскольку звуковые волны могут отражаться по нескольким путям, прежде чем достигнуть гидрофонов. Необходим новый подход, который не отбрасывается многолучевыми помехами.
Теперь группа исследователей из Университета Цукуба и компании Aomi Construction в Токио, Япония, предложила новый подход, который позволяет точно позиционировать подводные объекты даже на мелководье. Однако, их подход не основан на простом приеме самого громкого сигнала.
«Амплитуда отраженной волны на самом деле может быть больше, чем у прямой волны из-за интерференционных эффектов, поэтому наш метод необходим», — говорит автор, профессор Тадаси Эбихара. Вместо этого база данных сигналов предварительно собирается путем расчета времени прибытия звука, полученного, когда источник находится в одной из точек 2D «сетки» под водой. Это обеспечивает приблизительное позиционирование путем сопоставления нового сигнала с ближайшим образцом в базе данных. Затем можно найти более точное местоположение, используя эту информацию для выборочного удаления отраженной волны, оставив только прямую волну. Этот метод может работать до тех пор, пока известна глубина излучателя. В экспериментах с использованием испытательного резервуара местоположение объектов можно было определить с точностью до нескольких сантиметров.
«Наш процесс можно легко внедрить, используя существующие гидрофонные установки», — говорит профессор Эбихара. Команда надеется, что эта работа может быть распространена на другие приложения, такие как отправка исследовательских подводных лодок в узкие подводные каналы. Их исследование опубликовано в японском журнале прикладной физики.
Теги: вода, корабль
