نظرة شاملة لأنظمة Acoustic Positioning Systems

[Mohamed Hashem]

نستكمل معا باقى القصة ..
انظمة تحديد الموقع تحت الماء تعتمد على قياس المسافة والأتجاه من خلال نقطة مرجعية هى السفينة إلى الهدف المراد تحديد موقعه وبالطبع هذا الهدف مثبت عليه البيكون




فى الشكل السابق المسافة المائلة R تحسب عن طريق معرفة الزمن الذى أستغرقته الموجه الصوتية فى رحلتها بدءا من السفينة أو Transducer وحتى الهدف Transponder ثم العودة ثانية للسفينة وذلك بمعرفة العمق Z
سنعود مرة أخرى لتفصيل ذلك ولكن بعد أن نستعرض مكونات الجهاز وبعض التعاريف الهامة
المكونات العامة لتركيب تلك الأنظمة :
1- بيكون أو مصدر لإنشاء الموجات الصوتية عالية التردد يمكنه أن يثبت على الهدف (SSS tow fish or ROV ..etc) ويكون بمثابة المرسل فى المنظومة
2- مستقبل لإستقبال الاشارات التى يرسلها بيكون الهدف وسنطلق عليها هيدروفون Hydrophone وبالطبع لابد من تثبيته بجانب السفينة بشرط أن يكون مغمورا فى الماء (راجع الفيديو السابق)
3- وحدة معالجة البيانات تسمى surface control unite وتثبت على السطح ويتم توصيلها بواسطة كابل مع الهيدروفون وهو بمثابة القلب فى المنظومة حيث يحتوى على المعالج وكروت الفلترة ومحول الطاقة ويستطيع التعامل (تتبع) حتى أربعه أهداف فى نفس الوقت ويوضع فى غلاف يحميه من الماء
4- برنامج مساحى مرافق على كمبيوتر منفصل .. وفى أحيان كثيرة يكون البرنامج المساحى والحاسوب ووحده معالجة البيانات جهازا واحدا
التعريف الهامة
البيكون الذى يتم توصيله على الهدف قد يكون من النوع Responder أى المستجيب ويستخدم بشكل أساسى مع انظمة الـ ROV وهو يظل فى حالة "إستماع" حتى يتلقى الإستثارة من خلال اشارة كهربية تصله عبر كابل الاتصال بالمركبة ROV umbilical فيقوم بالرد عليها باشارة صوتية acoustic wave تمر فى الماء حتى تصل للهيدروفون المثبت بجانب السفينة



وقد يكون من النوع Transponder وهو يختلف عن النوع السابق فى أنه يظل فى حالة الإستماع أيضا إلى أن تصله الإستثارة عن طريق موجه صوتية من الهيدروفون فيقوم بالرد عليها بموجه صوتية أيضا ذات تردد مختلف
وقد يكون من النوع البنجر Pinger وهو يقوم بإرسال موجات صوتية ذات تردد معين بإستمرار وعلى فترات زمنية قصيرة

عامل المفاضلة بين الأنواع الثلاث السابقة - كأهداف – تتحدد فى ضوء الدقة المطلوبة فى المشروع والتكلفة فمثلا دقة الريسبوندر تفوق الانواع كلها بينما لا يصلح للعمل مع أجهزة SSS وفى حين أن البنجر أقلهم فى الدقة إلا أنه يصبح ذو فائدة كبيرة فى إستعادة ROV فى حالة قطع كابل الاتصال والتحكم بهم !!

الشكل التالى يوضح رسم تخطيطى لأحد الاجهزة موصلا بالهيدروفون ووحدة السطح وحاسوب




هناك العديد من القواعد والاحتياطات التى يجب اتباعها أثناء تركيب تلك النوعية من الاجهزة سنتناولها بعد قليل .. ولكن دعنا الآن نتحدث مرة أخرى عن ماهية النظام ..أو ماذا داخل الهيدروفون ؟
تستخدم تلك الأجهزة تقنية الكريستالات sound transdusing elements وهى عناصر مذبذبة تقوم بارسال اشارة كهربية اذا ما تعرضت لضغط نتيجة الموجات الصوتية وبالعكس
يتركب الهيدروفون من ثلاث عناصر كل عنصر مثبت على رأس مثلث متساوى الاضلاع طول ضلعه أقل من نصف الطول الموجى وتسمى بالمصفوفة
وعندما تكون الموجة الصوتية القادمة للهيدروفون على وشك الارتطام بالمصفوفة فانها تضرب أحد عناصر المصفوفة أولا ثم أقرب جار له ثم الثالث انظر الشكل التالى



بهذه الطريقة "يشعر" كل عنصر فى المصفوفة بالموجة الصوتية بشكل منفرد مما يؤدى إلى أن تكون الإشارة المتولدة فى أى عنصر مختلفة فى الطور عن الإشارة المتولدة فى العنصر الآخر

هذا الفرق فى الطور – الفروقات فى زمن الوصول - يمدنا بالمعلومات لحساب متجه ثلاثى الابعاد من المصفوفة إلى البيكون أو بمعنى آخر لرسم هرم فى الفراغ قاعدته مثلث متساوى الاضلاع مكون من three transducing elements وقمته هى الهدف ومن هنا يمكن تحديد مسافة واتجاه الهدف النسبى

هذا ليس كل شئ .. فتلك البداية فقط .. فلابد من معرفة أنواع النظام المختلفة LBL, SBL, USBL
وللحديث بقية ..