ADCPとDVL：最近の技術開発

REMUS車両は、従来の4要素DVL配列を示しています（Photo Courtesy Hydroid）

コンパクトなECO ADCP（写真提供：Nortek）

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すべての船乗りは海の動きを知っています。風と波に乗って成長する人もいれば、顔を少し緑色にした風下のレールを探す人もいます。しかし、水の動き、または水を通る物体の動きを測定することは、多くの海洋技術とアプリケーションの重要な側面です。ドップラー効果と呼ばれる音波の原理を使用して、水中の動きを測定することができます。音波は、遠ざかるときよりも自分に近づくときの方が高い周波数またはピッチを持ちます。パトカーのサイレンが速度を過ぎて通過するときにドップラー効果が作動すると、車が通過するときにフェードする音の強度が増加するという特徴があります。

ドップラー効果は、音響ドップラー電流プロファイラー（ADCP）として知られる主要な海洋機器を有効にします。この装置は、それを通過する水の動きを測定します。固定ブイまたは海底に取り付けると、水流の測定値が得られます。あるいは、海中車両などの移動プラットフォームに取り付けられた場合、機器は水または海底に対する動きを測定できます。これは、ドップラー速度ログ（DVL）として知られています。最も高性能なブロードバンドADCPの最初の特許は1997年に発行されました。この機能は、電流測定の現代の時代を解き放ちました。それから数十年、海洋学者と海洋技術者はさまざまな構成でこれらのツールを使用し、数千人が納入されてきました。しかし、ここ数年は何をフィールドにもたらしましたか？

FusionビークルのインラインDVL（写真提供：Nortek）

ADCP / DVLエコシステムが成熟するにつれて、多くの革新がありました。最近、大手メーカーがこの分野に創造的な発展をもたらしています。 ADCPを最初に商品化した後継企業であるTeledyne RDIは、海底車両向けの重要な技術、特にDVLを引き続き提供しています。使用中の最も一般的な無人の海中車両の1つは、HydroidのREMUSです。この車両は通常、リングに取り付けられた4つのトランスデューサーの元の構成でテレダインのコンパクトDVLを採用しています。これらの車両のDVLは、地表で記録されたGPS位置を補強し、多くの場合、慣性運動測定により、車両がその位置を追跡して「推測航法」を改善します。

4つのトランスデューサーアレイがDVLの唯一の構成ではなく、UUVが唯一の受益者でもありません。別の構成はフェーズドアレイです。これは、単一のトランスデューサー面のように見えますが、実際には、異なる方向を指す一連の音響「ビーム」を作成するトランスデューサー要素の電子コンピューター制御アレイです。最近、テレダインは6000メートルと評価された最初のフェーズドアレイDVL、パイオニア300を導入しました。所定のサイズとパフォーマンスに対して、フェーズドアレイテクノロジーは、この場合、海底から275メートルまでの範囲で従来のDVLよりも大きなトラッキング範囲を提供します。パイオニアDVLは、太平洋での第二次世界大戦の難破船の発見を数多く行ったため、R / V PetrelがサポートするVulcan Incの深い定格ROVに搭載されました。現在、この同じ構成がテレダインの最新のDVLであるタスマンで使用されています。現場で交換可能なフェーズドアレイトランスデューサーの設計により、位置精度が向上し、音補正の速度が不要になり、海中車両の抵抗が減少します。この機器はイーサネット接続も提供し、これは今日のより洗練された海中車両に役立ちます。

SPRINT-NAVは、極端な角度でも機能します（写真提供：Sonardyne）

一方、ソナダインでは、Syrinx DVLが革新的なソリューションであるハイブリッド音響慣性ナビゲーターSPRINT-Navに組み込まれました。ここでは、DVLトランスデューサー、慣性運動ユニット、深度センサーが一緒に収納されており、多くの利点があります。たとえば、個々のDVLビームを使用してINSソリューションを更新し、DVL速度ベクトルも計算します。その結果、INSは個々のビーム測定値を破棄し、一部のDVLビームがボトムロックを失った場合でも持続できる、より正確で堅牢な音響慣性ソリューションです。異なるセンサー間のアライメントオフセットは工場で計算されるため、システムを迅速に動員でき、GPSアライメントの実行は不要です。展開は非常に柔軟であるため、極端な角度でもシステムを取り付けることができます。

この分野で革新的なもう1つのメーカーはNortekです。ほとんどのDVLは円筒形のフォームファクタを採用していますが、これは一部のアプリケーションに常に適しているとは限りません。あるケースでは、SRSのFusionである新しい海底車両が異なる形状を要求しました。 Fusionは、AUVおよびROV機能とダイバーナビゲーションおよび推進を1つのシステムに組み合わせたハイブリッド水中ビークルです。 Nortekは、この車両用の小型のトランスデューサーと電子機器、および独自のインライントランスデューサー装置を提供しました。さらに、計器スイートは、車両の真下でより正確な高度測定を行うための専用の高度計を追加しました。 DVLの進化により、ナビゲーションに依存する海底車両のさらなる革新が可能になります。

DVLは海中の乗り物とともに急速に進化していますが、ADCPのいとこも進化しています。 Nortekは別の例をここで提供します。運用効率を改善し、現在の測定コストを削減するために、最近ECOプラットフォームを導入しました。 ECOは浅い水プロファイリング用のNortekのミニADCPで、2019年後半に販売が発表されました。スマートフォンアプリでプログラムされた、ワイヤレスで充電されるハンドヘルドの1MHz ADCPが特徴です。データ処理と品質保証は、自動クラウドベースのサービスを通じて提供されます。機器自体へのこれらの適応に加えて、Nortekは開発をさらに一歩進め、浅い海での展開を簡素化するためにコンパクトなブイと時限放出システムを設計しました。

ADCPとDVLは、おそらく海洋学と海底ロボットの両方を実現する最も重要な要素の1つです。それらは新しい技術ではありませんが、近年、その進化は急速に進んでいます。新しいアレイ設計、周波数範囲の多様性の増加、および新しい構成がすぐに登場しました。アプリやクラウドコンピューティングなど、現在の消費者向け技術に触発されたイノベーションは、海洋計装ではあまり見られない刺激的な開発です。しかし、水の動きの測定に対する需要は非常に大きく、同様に重要な革新を推進しています。次の10年間の動きは刺激的です。

タスマンDVLは、単一のフェーズドアレイを採用しています（写真提供：Teledyne Marine）