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Bathyswath2 インターフェロメトリーソーナー 

ITER Systems
Bathyswath2 インターフェロメトリーソーナー Bathyswath2-Std
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Bathyswath2は、低価格でありながら高密度の測深データとサイドスキャン海底画像データを水深の15~20倍の広範囲にわたって計測する、PCベースの最新世代インターフェロメトリ音響測深システムです。システムは初期の導入コスト低減を実現するのみでなく、システムの設置、使用に要する時間が短縮できます。
また専用のソフトウェアと統合水路測量ソフトウェアHYPACKを用いることで、測量と後処理に要する時間を大幅に短縮することができるため、浅海における高精度水路測量のトータルコスト低減が実現されます。

またBathyswath2はAUVなどの海中プラットフォームへの搭載を可能にするオプションも用意されています。船上からの深深度測深では実現できない非常に高分解能の深海底測深データと高精度サイドスキャンイメージの収録・出力ができます。

※:
測深可能なスワス幅は実際の計測時の海中環境に依存します。

特長

・最大水深400m
・直下深度の15~20倍、最大スワス幅800m(117kHz使用時)の広範囲・高精度な測深とサイドスキャンデータを提供
・周波数117kHz、234kHz、468kHzの3種類のモデルを用意
・IHO S-44 第5版におけるSpecial Orderに準拠
・Stdは小型船の舷側・船首あるいは、船舶の船底への固定装備が容易
・マルチビーム測深機で使用する各種センサー(音速度計、動揺センサなど)が共通で使用可能
・専用後処理ソフトウェアを標準で装備
・グリッドベースのキャリブレーション
・1ppsタイムタグ付きのデータ記録
・リアルタイムおよび後処理時にフィルタが容易
・リアルタイムの3D計測表示
 

テクノロジー

インターフェロメトリ測深技術について

インターフェロメトリ(位相干渉方式)測深というのは、送波器から放射された音波が、海底に到達して後方散乱し、その音波を複数の受波器(受波アレイ)で受信したときに、それぞれの受波器での音波の到達時刻が到来角によって微妙に違うことを利用して、その到来角と散乱点までの往復距離を算出することで測深点の情報を得る方式です。

どうやって測深するの?
インターフェロメトリソナーでは、まず送波器から両舷方向に、進行方向に対して細い音波(送波ビーム)を放射します。この音波は時間とともに広がっていき、順次海底に到達していきます。

海底に到達すると、その到達点を原点とする散乱波が発生します。この散乱波が受波器に戻っていく時には平面波に近い振る舞いとなり、受波器に到達します。

※:
本来散乱点で発生する音波は点音源からの放射のため、散乱波は球面拡散していきますが、散乱点と送受波器との距離がある程度長いと、波面はほぼ平面に近い形状になります。
これは「平面波近似」といって、ソナーのアレイ信号処理においては重要な考え方のひとつです。


このとき、受波器では、「(音波放射後の)受信時間=往復伝播時間」と、「到来方向」がわかれば、その散乱点の位置が2次元的(深度ースワス方向)に特定できることになります。
このうち往復伝播時間は、受波器側で時間波形を取り続けることで容易に取得できます。


では、どうやって到来方向を決めるの?
人間は、2つの耳で、音のする方向を探知することができます。これは、音のする方向からの音波が、両耳に入ってくる時間がわずかに違うためです。

ソナーでも、最低限受波器が2つあればいろいろな到来方向からの後方散乱波の位相差を検出できるわけです。
が、到達時刻が大きく違う2つの音波に関しては、正しく分けることができません。

これは、音波の波形が1周期(音波の1つの山と谷)ごとに同じ形状をしているためです。
これを2π位相の任意性と呼びます。

これが受波器3つの場合は、2つの受波器間の位相差が1周期変わっていたとしても、もうひとつの受波器との位相差を正しく捕らえられるようになります。

このように、位相差の2π任意性を排除するために、複数の受波器を用いて到来方向の精度を上げていくことができます。

BathySwath2では、4つの受波ハイドロホンで1つの受波器を構成しており、最大88°間でのスワス角(両舷で176°)の範囲で、到来方向を検出できます。

インターフェロメトリソナーの弱点はあるの?
インターフェロメトリソナーは、広いスワス角において到来方向と時間を検出する能力の高いソナーですが、直下付近での音波を取ることが得意ではありません。
これは、位相差を高い精度で見る際に、直下付近に放射された音波が戻ってくるためには位相差が小さすぎるためです。
通常、この幅を補うために、小型のマルチビーム測深機などを使用して(ギャップフィラー: Gap-Filler)計測することがあります。

どんなマルチビームが使えるの?
東陽テクニカでは、用途に応じて様々なマルチビームソナーを用意しています。
まず、インターフェロメトリソナーに対して周波数の干渉が無い(=同じ周波数帯を使用しない)ことが最も重要です。
また、送信パワーが強すぎると、インターフェロメトリソナーに対して海底反射波の干渉が生じることがあります。
このため、ギャップフィラーソナーには周波数を任意で変更でき、弱い出力でもよく海底を検出できるマルチビーム測深機をお勧めします。

・お勧めのマルチビーム測深機:R2Sonic社製ワイドバンドマルチビーム測深機
               Sonic 2020Sonic2022Sonic2024Sonic2026

仕様

センサー仕様
周波数 117kHz 234kHz 468kHz
最大測深深度 600m 300m 150m
最大スワス幅 774m 335m 140m
最大レンジ 海底高度の15~20倍 海底高度の15~20倍 海底高度の15~20倍
水平分解能 5cm 2cm 1cm
往復ビーム幅(アジマス方向) 0.85° 0.55° 0.55°
送波パルス幅 17~8500μs 8.5~4300μs 4.3~2100μs
ピングレート      
50mスワス設定 30Hz 30Hz 30Hz
150mスワス設定 10Hz 10Hz 10Hz
300mスワス設定 5Hz 5Hz -
600mスワス設定 2.5Hz - -
 
送受波器寸法 256×145×145mm 256× -
 
送受波器仕様 117kHz 234kHz 468kHz
送受波器寸法 550×200×70mm 340×100×55mm 230×60×40mm
送受波器重量 8.6kg(空中)/1.3kg(水中) 5kg(空中)/0.8kg(水中) 1kg(空中)/0.1kg(水中)
 
技術仕様  
送受波器ケーブル最大長 最大50m
デッキユニット寸法重量 256×145×145mm、4.2kg
電源容量 20W未満 (AC125V)
デッキユニットの環境条件 IP67(水深15cm~1mまでの水圧耐水)
インターフェイス イーサネットによりPCと接続

オプション

表面音速度計:AML社製表面恩速度計「MicroX-SV

AML Oceanographic社による小型水中音速度センサーです。ソナーにおいてリアルタイムに位相差を計算するために使用します。
Bathyswath2をAUVに搭載する場合には、深海で使用可能なチタン製の耐圧6000mモデルもあります。

統合型水路測量ソフトウェア「HYPACK MAX

Bathyswath2で収録したデータは、そのままBathyswath2のデータ処理ソフトウェアで編集→成果物を出力することもできますが、HYPACKで後処理を行うことも可能です。
スワス測深データ処理において国内最多のユーザー数を誇るHYPACKを使用することで、測深処理結果を様々な用途に応用することができるようになります。

 

比較表

測深レンジ 品名 方式 周波数 ビーム幅
~50m Bathyswath2 468kHz インターフェロメトリ方式 468kHz 0.55°、スワス方向はパルス分解能に依存
~100m Bathyswath2 234kHz インターフェロメトリ方式 234kHz 0.55°、スワス方向はパルス分解能に依存
~200m Bathyswath2 117kHz インターフェロメトリ方式 125kHz 0.85°、スワス方向はパルス分解能に依存
75m以上 Sonic2020 クロスファンビーム方式 200~400kHz 400kHz : 2°× 2°
200kHz : 4°× 4°
400m以上 Sonic2022 クロスファンビーム方式 170~450kHz, 700kHz 700kHz : 0.6× 0.6°
450kHz : 0.9°× 0.9°
200kHz : 2°× 2°
400m以上 Sonic2024 クロスファンビーム方式 170~450kHz, 700kHz 700kHz : 0.3°× 0.6°
400kHz : 0.45°× 0.9°
200kHz : 1°× 2°
600m以上 Sonic2026 クロスファンビーム方式 100kHz,
170~450kHz,
450kHz : 0.45°× 0.45°
200kHz : 1°× 1°
100kHz: 2°×2°
~450m SeaBat7125 クロスファンビーム方式 200, 400kHz 400kHz : 0.5°× 1°
200kHz : 1°× 2°

~500m

SeaBat7101 クロスファンビーム方式 240kHz 1.5°× 1.8°

~1000m

SeaBat7111 クロスファンビーム方式 100kHz 1.5°× 1.9°

~3000m

SeaBat7160 クロスファンビーム方式 50kHz 2°× 1.5°

~3000m

SeaBeam3050 クロスファンビーム方式 50kHz 1°,1.5°,
3°×1°もしくは2°

~7000m

SeaBeam3030 クロスファンビーム方式 30kHz 1°,1.5°,
3°×1°もしくは2°

~7000m

SeaBeam3020 クロスファンビーム方式 20kHz 1°もしくは2°

~11000m

SeaBeam3012 クロスファンビーム方式 12kHz 2°× 2°

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