Sistema de posicionamiento acústico de línea de base larga

Un sistema de posicionamiento acústico de línea de base larga (LBL) ^{[ 1 ]} es una de las tres clases principales de sistemas de posicionamiento acústico subacuático que se utilizan para rastrear vehículos y buceadores submarinos. Las otras dos clases son los sistemas de línea de base ultracorta (USBL) y los sistemas de línea de base corta (SBL). Los sistemas LBL son únicos porque utilizan redes de transpondedores de línea de base instalados en el fondo marino como puntos de referencia para la navegación. Estos se despliegan generalmente alrededor del perímetro de un área de trabajo. La técnica LBL proporciona una precisión y estabilidad de posicionamiento muy altas, independientes de la profundidad del agua. Generalmente es mejor que 1 metro y puede alcanzar una precisión de unos pocos centímetros. ^{[ 2 ]} Los sistemas LBL se emplean generalmente para trabajos de prospección subacuática de precisión donde la precisión o la estabilidad de posicionamiento de los sistemas de posicionamiento basados ​​en buques (SBL, USBL) no son suficientes.

Los sistemas de línea base larga determinan la posición de un vehículo o buceador midiendo acústicamente la distancia desde el interrogador del vehículo o buceador hasta tres o más transpondedores de línea base desplegados en el fondo marino. Estas mediciones de distancia, que a menudo se complementan con datos de profundidad de los sensores de presión de los dispositivos, se utilizan para triangular la posición del vehículo o buceador. En la figura 1, un interrogador montado en el buceador (A) envía una señal, que es recibida por los transpondedores de línea base (B, C, D). Los transpondedores responden, y las respuestas son recibidas nuevamente por la estación del buceador (A). Las mediciones del tiempo de transmisión de la señal proporcionan las distancias AB, AC y AD, que se utilizan para calcular la posición del buceador mediante algoritmos de triangulación o búsqueda de posición. Las posiciones resultantes son relativas a la ubicación de los transductores de línea base. Estas se pueden convertir fácilmente a un sistema de coordenadas georreferenciadas, como latitud/longitud o UTM, si se establecen previamente las posiciones geográficas de las estaciones de línea base.

Los sistemas de línea base larga reciben su nombre del hecho de que el espaciado de los transpondedores de línea base es largo o similar a la distancia entre el buzo o vehículo y los transpondedores. ^{[ 3 ]} Es decir, los transpondedores de línea base se montan típicamente en las esquinas de un área de trabajo submarina dentro de la cual opera el vehículo o buzo. Este método produce una geometría ideal para el posicionamiento, en la que cualquier error dado en las mediciones de alcance acústico produce solo aproximadamente un error de posición equivalente. ^{[ 4 ]} Esto se compara con los sistemas SBL y USBL con líneas base más cortas, donde perturbaciones de alcance de una magnitud dada pueden resultar en errores de posición mucho mayores. Además, el montaje de los transpondedores de línea base en el fondo marino elimina la necesidad de convertir entre marcos de referencia, como es el caso de los sistemas de posicionamiento USBL o SBL montados en embarcaciones en movimiento. ^{[ 5 ]} Finalmente, el montaje en el fondo marino hace que la precisión del posicionamiento sea independiente de la profundidad del agua. ^{[ 6 ]} Por estas razones, los sistemas LBL se aplican generalmente a tareas en las que el estándar requerido de precisión o confiabilidad de posicionamiento supera las capacidades de los sistemas USBL y SBL.

La búsqueda e inspección del submarino nuclear perdido USS Thresher por el buque oceanográfico de la Armada de los Estados Unidos USNS Mizar en 1963 se considera frecuentemente el origen de los modernos sistemas de navegación acústica submarina. ^{[ 7 ]} Mizar utilizó principalmente un sistema de línea de base corta (SBL) para rastrear el batiscafo Trieste 1. Sin embargo, su capacidad también incluía transpondedores de fondo marino, que junto con los primeros satélites de navegación permitieron mantener la posición con una precisión de unos 300 pies, considerada notable en aquel entonces. ^{[ 8 ]}

A mediados de la década de 1960, y posiblemente antes, los soviéticos estaban desarrollando sistemas de navegación submarina, incluidos transpondedores de fondo marino, para permitir que los submarinos nucleares operaran con precisión mientras permanecían sumergidos. ^{[ 9 ]} Además de navegar a través de cañones y otros terrenos submarinos difíciles, también existía la necesidad de establecer la posición del submarino antes del lanzamiento de un misil nuclear (ICBM). En 1981, se propuso el posicionamiento acústico como parte del sistema de misiles MX del ejército estadounidense . ^{[ 10 ]} Se contempló una red de 150 campos de transpondedores encubiertos. Los submarinos normalmente se guían por sistemas de navegación inercial, pero estos sistemas de estima desarrollan una deriva de posición que debe corregirse mediante correcciones de posición ocasionales de un sistema GNSS. Si el enemigo lograra inutilizar los satélites GNSS, el submarino podría confiar en la red de transpondedores encubiertos para establecer su posición y programar el propio sistema de navegación inercial del misil para el lanzamiento.