Tổng quan về định vị thủy âm

ĐỊNH VỊ THỦY ÂM

1. Khái niệm về định vị thủy âm

Theo từ điển Bách Khoa Toàn Thư Việt Nam thì định vị thuỷ âm được định nghĩa như sau “ Định vị thuỷ âm là  xác định vị trí và các tham số chuyển động của các đối tượng dưới nước nhờ các tín hiệu âm thanh lan truyền trong nước, được phát xạ hoặc phản xạ bởi chính các đối tượng đó. Gồm có ĐVTA chủ động, ĐVTA thụ động. ĐVTA được dùng để phát hiện tàu nổi, tàu ngầm, thuỷ lôi, các luồng cá, nghiên cứu đáy biển, v.v….”

Sóng Radio không thể truyền qua nước tới mọi độ sâu yêu cầu và không thể sử dụng để định vị dưới nước. Sử dụng sóng âm là một cách để xác định vị trí dưới nước. Định vị dưới nước là một hệ thống trong đó bao gồm mặt cơ sở xác định toạ độ, các thiết bị thuỷ âm đặt dưới đáy biển, đặt ở đáy tầu hoặc trên các thiết bị di động phục vụ cho công tác khảo sát lắp đặt thiết bị làm việc dưới đáy biển. Định vị thuỷ âm là lĩnh vực rộng trong việc xác định vị trí động của các công trình thăm dò và khai thác trên biển như dàn khoan, các robot thám hiểm đáy biển.

2. Phân loại định vị thủy âm

Định vị thuỷ âm được chia làm 3 phương pháp:

– Định vị thuỷ âm đường đáy siêu ngắn – Ultra Short Base Line -USBL

– Định vị thuỷ âm đường đáy ngắn – Short Base Line – SBL

– Định vị thuỷ âm đường đáy dài – Long Base Line – LBL

Bảng 1. Chiều dài cạnh đáy, loại trị đo của các phương pháp định vị thuỷ âm:

    Tuỳ thuộc vào điều kiện khu đo,  yêu cầu độ chính xác và chi phí, người ta có thể lựa chọn phương pháp định vị phù hợp.

3. Ưu nhược điểm của các phương pháp định vị thủy âm.

* Định vị thuỷ âm đường đáy siêu ngắn:

     + Ưu điểm :

– Hệ thống dễ triển khai trong thực tế , dễ sử dụng.

– Hệ thống toạ độ đầu phát biến làm cơ sở , không cần hệ thống các mốc tín hiệu hoặc bộ ứng đáp gắn dưới đáy biển ( Toạ độ tầu được xác định bằng GPS).

– Chỉ cần một bộ ứng đáp trên bề mặt, trên thiết bị lặn hoặc công trình .

– Độ chính xác cao trên các đối tượng động.

+ Nhược điểm :

– Hệ thống yêu cầu hiệu chỉnh chi tiết các tham số môi trường.

– Độ chính xác phụ thuộc vào các thiết bị phụ trợ như bộ hiệu chỉnh con quay hoặc các trạm cải chính độ cao.

– Trị đo thừa ít nên độ tin cậy còn hạn chế.

– Bộ phát biến lớn , giá thành bộ phát biến cao.

* Định vị thuỷ âm đường đáy ngắn:

      + Ưu điểm:

– Hệ thống dễ triển khai trong thực tế , dễ sử dụng.

– Khả năng nâng cấp tốt với các mốc tín hiệu.

– Độ chính xác cao đối với các đối tượng động.

– Không gian dự phòng được xây dựng ngay bên trong hệ thống.

– Lấy hệ toạ độ tầu làm cơ sở, không cần các mốc tín hiệu hay bộ truyền phát  gắn cố định dưới đáy biển( toạ độ tầu được xác định bằng GPS).

– Bộ phát biến nhỏ, giá thành mỗi bộ phát biến rẻ

+  Nhược điểm:

– Hạn chế về độ chính xác ở vùng nước sâu ( > 30m).

– Cần xưởng sửa chữa tầu hoặc cảng để hiệu chỉnh hệ thống.

– Hệ thống yêu cầu hiệu chỉnh chi tiết các tham số môi trường .

– Độ chính xác phụ thuộc vào các thiết bị phụ trợ như bộ hiệu chỉnh con quay hoặc các trạm cải chính độ cao.

– Cần ít nhất 3 bộ phát biến cho một thiết bị.

*  Định vị thuỷ âm đường đáy dài

     + Ưu điểm:

– Độ chính xác không phụ thuộc vào độ sâu .

– Có nhiều trị đo thừa.

– Cung cấp độ chính xác cao trong khu vực lớn.

– Không cần thêm các hệ thống phụ trợ như bộ tham chiếu độ cao , la bàn.

– Bộ phát biến nhỏ, chỉ cần một bộ phát biến cho một thiết bị

+ Nhược điểm:

– Hệ thống phức tạp đòi hỏi người sử dụng chuyên nghiệp.

– Yêu cầu các hệ thống thiết bị đắt tiền.

– Chi phí nhiều thời gian cho việc triển khai và khôi phục hệ thống.

– Mỗi hệ thống LBL đều yêu cầu kiểm định trước mỗi lần triển khai sử dụng

4. Độ chính xác của định vị thuỷ  âm và các nguồn sai số.

a. Nguồn sai số và độ chính xác của định vị thuỷ âm:

    * Nguồn sai số của định vị thuỷ âm.

1. Lắc dọc và lắc ngang của tàu.
2. Độ lệch offset của dàn đối với điểm quy chiếu , ví dụ như trọng tâm (COG).
3. Độ dịch chuyển do sự kết hợp của độ lệch dàn và chuyển động lắc dọc và lắc ngang của tầu.
4. Độ lệch của bộ ứng đáp /bộ đáp/mốc tín hiệu âm dưới biển so với mục tiêu chỉ định.

* Độ chính xác của định vị thuỷ âm.

– Độ chính xác của hệ thống định vị thuỷ âm được quyết định bởi độ chính xác của hệ thống mốc tín hiệu thuỷ âm.

– Độ chính xác phụ thuộc vào việc xác định và hạn chế các hiệu ứng khúc xạ âm. Điều này đặc biệt chú ý trong vùng có các thiết bị cố định đang hoạt động như hệ thống dàn khoan ngầm, độ chính xác của hệ thống LBL trong khu vực này cao hơn hệ thống USBL và SBL.

– Phụ thuộc vào việc xác định và hệ số khúc xạ.

– Phụ thuộc vào các tần số được sử dụng, độ chính xác tăng khi tần số tăng nhưng giảm hiệu năng.

– Sự tiên tiến của hệ thống phần mềm sử dụng để tính toán dữ liệu định vị.

– Mối quan hệ hình học giữa các thiết bị thuỷ âm.

b. Các nguồn nhiễu.

Định vị thuỷ âm chịu ảnh hưởng của các nguồn nhiễu như:

1. Nhiễu âm thanh do môi trường
2. Nhiễu âm thanh do chính thiết bị
3. Nhiễu của sự phản xạ âm thanh

5. Ứng dụng trong thực tiễn

– Ứng dụng chủ yếu trong trắc địa công trình biển ( Định vị đế giàn khoan, định vị đường ống dẫn dầu, lắp đặt cáp …)

– Ứng dụng trong công tác hải dương học ( Nghiên cứu về biển, tìm các rặng san hô, xác định các luồng cá … )

– Khảo sát biển

– Xây dựng lưới khống chế đáy biển phục vụ công tác đo đạc biển và công tác xây dựng các công trình dưới biển…

 Tác giả bài viết: Văn Thành
Nguồn tin: https://tracdiapro.com