Usuario:Izan04/Taller/Ecosonda con múltiples haces

El sonar multihaz se utiliza para mapear el fondo del océano.

Las ecosondas multihaz (MBES) son un tipo de sonar utilizado para cartografiar el fondo marino. Emite ondas sonoras en forma de abanico por debajo del transceptor. El tiempo que tardan las ondas sonoras en reflejarse en el fondo marino y volver al receptor se utiliza para calcular la profundidad del agua. A diferencia de otros sonares y ecosondas, el MBES utiliza la formación de haces para extraer información direccional de las ondas sonoras de vueltas y medir una amplia gama de profundidades de agua a partir de un solo pulso.

Historia y progresión

Una imagen multihaz del naufragio del USS Susan B. Anthony (AP-72) frente a las costas de Francia.

Los sistemas de sonar multihaz, también conocidos como swathe (inglés británico) o swath (inglés americano), se desarrollaron para uso militar. La idea surgió del sistema de radar del avión de vigilancia de gran altitud Lockheed U-2, pero el proyecto fracasó cuando el avión pilotado por Gary Powers fue derribado por un misil soviético en mayo de 1960. Estaba fabricado para la Marina. Los datos de cada sonar se procesaron automáticamente, haciendo correcciones por la velocidad del sonido y los efectos de refracción del movimiento del barco y la profundidad del transductor, pero la capacidad de almacenamiento de datos digitales no es suficiente en este momento, por lo que los datos se convierten a profundidad. mapa de líneas . y conservado en película continua. El Sonar Array Sounding System (SASS) fue desarrollado a principios de la década de 1960 por la Marina de los EE. UU. en colaboración con General Instrument para mapear grandes áreas del fondo del océano para ayudar a las fuerzas submarinas en la navegación submarina. SASS se probó en el USS Compass Island (AG-153). El sistema de ensamblaje final, que consta de sesenta y una vigas de un solo grado con un ancho de franja de aproximadamente 1,15 veces la profundidad del agua, se instaló en el USNS Bowditch (T-AGS-21), el USNS Dutton (T-AGS-22) y el USNS . Michelson (T-AGS - 23).​

Al mismo tiempo, Harris ASW también desarrolló una ecosonda de haz estrecho (NBES) que utiliza 16 haces estrechos y la instaló en los Survey Ships Surveyor, Discoverer e Researcher. Esta tecnología eventualmente se convertiría en Sea Beam. Durante las operaciones topográficas solo se registraron los datos del haz central vertical.​

A partir de la década de 1970, empresas como General Instrument (ahora SeaBeam Instruments, parte de L3 Klein) en Estados Unidos, Krupp Atlas (ahora Atlas Hydrographic) y Elac Nautik (ahora parte de Wärtsilä Corporation) en Alemania, Simrad (ahora Kongsberg Maritime) en Noruega y RESON ahora Teledyne RESON A/S en Dinamarca desarrollaron sistemas que podían montarse en el casco de barcos grandes, así como en botes pequeños (a medida que la tecnología mejoró, las ecosondas multihaz se volvieron más compactas y livianas, y las frecuencias de operación aumentaron).

El primer multihaz comercial se conoce ahora como SeaBeam Classic y se puso en servicio en mayo de 1977​ en el buque de investigación australiano HMAS Cook. Este sistema produjo hasta 16 haces en un arco de 45 grados. El término (retrónimo) "SeaBeam Classic" se acuñó después de que el fabricante desarrollara sistemas más nuevos como el SeaBeam 2000 y el SeaBeam 2112 a finales de los años 1980.

La segunda instalación de SeaBeam Classic se realizó en el buque de investigación francés Jean Charcot. Los conjuntos SB Classic del Charcot resultaron dañados en una toma a tierra y el SeaBeam fue reemplazado por un EM120 en 1991. Aunque parece que la instalación original de SeaBeam Classic no se utilizó mucho, las demás sí lo fueron y se realizaron instalaciones posteriores en muchos buques.

Posteriormente, los sistemas SeaBeam Classic se instalaron en los buques oceanográficos académicos estadounidenses USNS Thomas Washington (T-AGOR-10) (Instituto Scripps de Oceanografía, Universidad de California), el USNS Robert D. Conrad (Observatorio Terrestre Lamont-Doherty de la Universidad de Columbia) y el RV Atlantis II (Institución Oceanográfica de Woods Hole).

A medida que la tecnología mejoró en las décadas de 1980 y 1990, se desarrollaron sistemas de mayor frecuencia que proporcionaban cartografía de mayor resolución en aguas poco profundas, y hoy en día dichos sistemas se utilizan ampliamente para levantamientos hidrográficos en aguas poco profundas en apoyo de las cartas de navegación. Las ecosondas multihaz también se utilizan habitualmente para investigaciones geológicas y oceanográficas y, desde la década de 1990, para la exploración de petróleo y gas en alta mar y el tendido de cables en el fondo marino. Más recientemente, las ecosondas multihaz también se utilizan en el sector de las energías renovables, como por ejemplo en los parques eólicos marinos.

En 1989, Atlas Electronics (Bremen, Alemania) instaló un multihaz de segunda generación para aguas profundas llamado Hydrosweep DS en el buque de investigación alemán Meteor. El Hydrosweep DS (HS-DS) produjo hasta 59 haces en una franja de 90 grados, lo que supuso una gran mejora y estaba inherentemente reforzado con hielo. Los primeros sistemas HS-DS se instalaron en el RV Meteor (1986) (Alemania), la RV Polarstern (Alemania), la RV Maurice Ewing (EE.UU.) y el ORV Sagar Kanya (India) en 1989 y 1990 y posteriormente en varios otros buques, incluido el RV Thomas G. Thompson (EE.UU.) y RV Hakurei Maru (Japón).

A medida que las frecuencias acústicas multihaz han aumentado y el coste de los componentes ha disminuido, el número mundial de sistemas de franjas multihaz en funcionamiento ha aumentado significativamente. El tamaño físico requerido de un transductor acústico utilizado para desarrollar múltiples haces de alta resolución disminuye a medida que aumenta la frecuencia acústica del multihaz. En consecuencia, los aumentos en las frecuencias operativas de los sonares multihaz han dado como resultado disminuciones significativas en sus características de peso, tamaño y volumen. Los sistemas de sonar multihaz de baja frecuencia, más antiguos y más grandes, que requerían mucho tiempo y esfuerzo para montarlos en el casco de un barco, utilizaban elementos transductores convencionales del tipo tonpilz, que proporcionaban un ancho de banda utilizable de aproximadamente 1/3 de octava. Los sistemas de sonar multihaz de mayor frecuencia, más nuevos y más pequeños, se pueden conectar fácilmente a una lancha de reconocimiento o a un barco auxiliar. Las ecosondas multihaz para aguas poco profundas, como las de Teledyne Odom, R2Sonic y Norbit, que pueden incorporar sensores para medir el movimiento del transductor y la velocidad del sonido localmente al transductor, están permitiendo a muchas empresas de estudios hidrográficos más pequeñas pasar de las ecosondas tradicionales de un solo haz a las ecosondas multihaz. Los pequeños sistemas de franjas multihaz de baja potencia ahora también son adecuados para montar en un vehículo submarino autónomo (AUV) y en un buque de superficie autónomo (ASV).

Los datos de la ecosonda multihaz pueden incluir datos de batimetría, retrodispersión acústica y columna de agua. (Las columnas de gas que ahora se identifican comúnmente en los datos multihaz en aguas profundas se denominan llamaradas).

Se están empleando elementos transductores piezocompuestos de tipo 1-3​ en una ecosonda multiespectral multihaz para proporcionar un ancho de banda utilizable superior a 3 octavas. En consecuencia, los estudios multiespectrales con ecosonda multihaz son posibles con un solo sistema de sonar, que durante cada ciclo de ping recopila datos de batimetría multiespectrales, datos de retrodispersión multiespectrales y datos de columna de agua multiespectrales en cada franja.​

Una ecosonda multihaz que muestra el conjunto de transmisión (rectángulo negro más grande) y el conjunto de recepción (rectángulo más estrecho) - Odom MB1

Teoría de funcionamiento

Una ecosonda multihaz es un dispositivo utilizado habitualmente por los hidrográficos para determinar la profundidad del agua y la naturaleza del fondo marino. La mayoría de los sistemas modernos funcionan transmitiendo un pulso acústico amplio en forma de abanico desde un transductor especialmente diseñado a lo largo de toda la vía con una vía estrecha y luego formando múltiples haces de recepción (conformación de haces) que son mucho más estrechos en la vía transversal (alrededor de 1 grado dependiendo del sistema). A partir de este haz estrecho, se establece un tiempo de viaje en dos direcciones del pulso acústico utilizando un algoritmo de detección del fondo. Si se conoce la velocidad del sonido en el agua para todo el perfil de la columna de agua, la profundidad y posición de la señal de retorno se pueden determinar a partir del ángulo de recepción y el tiempo de viaje en ambos sentidos.

Para determinar el ángulo de transmisión y recepción de cada haz, una ecosonda multihaz requiere una medición precisa del movimiento del sonar en relación con un sistema de coordenadas cartesianas. Los valores medidos suelen ser oleaje, cabeceo, balanceo, guiñada y rumbo.

Para compensar la pérdida de señal debido a la dispersión y la absorción, se diseña en el receptor un circuito de ganancia variable en el tiempo.

Para sistemas de aguas profundas, se requieren vigas de transmisión orientables para compensar el cabeceo. Esto también se puede lograr mediante la formación de haces.