Producing Chart Data from Interferometric Sonars on Small AUVs

Abstract

High frequency (100kHz to 500kHz) ‗interferometric‘ or phase measuring sonars are a common tool for boat-mounted hydrographic surveys. Recent improvements in sonar and positioning technology have led to improved data quality: 2005 saw the first interferometric survey accepted for charting by the UK Hydrographic office. In parallel with this there have been significant advances in man-portable autonomous underwater vehicles (AUVs). These technologies can be combined: there are now growing numbers of small AUVs running interferometric bathymetry surveys worldwide. The ability to access hazardous areas, provide cost-effective force-multiplication, and acquire higher resolution data from deeper water has proven very attractive.This paper discusses the influences on data quality when acquiring swath bathymetric data using interferometric sonars on small AUVs, including how the data can be processed and qualified for hydrographic charting. Commercial AUV capabilities are illustrated using data collected by a 7-inch diameter Gavia AUV (Teledyne Gavia, Iceland) carrying a 500kHz GeoSwath sonar (GeoAcoustics, UK). Error budgets are discussed, showing that existing technology is capable of achieving IHO S-44 Ed.5 Special Order surveys, within certain operational limits and using appropriate survey planning and data processing.Possible future improvements in data analysis methods are mentioned, including the use of SLAM (Simultaneous Localisation and Mapping) methods to improve navigation. This is illustrated using sample data processed in CleanSweep software (OIC Inc., Hawaii).Los sonares ―interferométricos‖ de alta frecuencia (100kHz a 500kHz) o que miden las fases son un instrumento común para los levantamientos hidrográficos montados en las barcas. Las mejoras recientes en tecnología han dado como resultado diferencias en la calidad de los datos: en el 2005 se aceptó el primer levantamiento interferométrico para su uso en cartografía por el Servicio Hidrográ-fico del Reino Unido. Paralelamente a esto ha habido mejoras en la tecnología portátil de Vehículos Submarinos Autónomos (AUV - Autonomous Underwater Vehicle). Hay ahora cada vez más cantidades de pequeños AUVs que efectúan levantamientos batimétricos en el mundo entero. La posibilidad de acceso a zonas peligrosas proporciona una multiplicación de las fuerzas rentable, y la adquisición de datos de una resolución mayor procedentes de aguas más profundas ha resultado muy atractiva.Este documento describe la ruta desde el vehículo lanzador a los datos que pueden ser cartografia-dos, concentrándose en el modo en el que los datos batimétricos de banda barrida adquiridos mediante sonares interferométricos en pequeños AUVs pueden ser procesados y aptos para la cartografía hidrográfica. Las capacidades de los AUVs comerciales se ilustran utilizando los datos recogidos con un AUV Gavia (Teledyne Gavia, Islandia) de 7 pulgadas de diámetro que transporta un sonar de barrido de 500kHz (de GeoAcoustics, RU). Se discuten los factores de error, que mues-tran que la tecnología existente puede llevar a cabo levantamientos de una Clase Especial según la Ed. 5 de la Norma S-44 de la OHI, dentro de ciertos límites operativos.Se mencionan las posibles mejoras futuras en los métodos de análisis de datos, incluyendo el uso de métodos de Localización y Cartografía Simultáneas (SLAM - Simultaneous Localisation and Map-ping) para mejorar la navegación. Esto se ilustra utilizando datos de muestras procesados en el pro-grama CleanSweep (OIC Inc., Hawaii).Les sonars ―interférométriques‖ à haute fréquence (de 100kHz à 500kHz) ou de mesure de phases sont un outil répandu pour la réalisation de levés hydrographiques à bord des navires. Des améliora-tions récentes dans le domaine de la technologie ont permis de faire des bonds en avant en matière de qualité des données. En 2005, le premier levé interférométrique a été agréé pour la cartographie par le Service hydrographique du Royaume-Uni. Il y a eu parallèlement des améliorations relatives à la technologie des véhicules sous-marins autonomes portables (AUV). Il existe maintenant un nombre croissant de petits AUV qui réalisent des levés bathymétriques dans le monde entier. La possibilité d‘accéder à des zones dangereuses, de multiplier les forces de façon rentable et d‘acquérir des données à plus haute résolution dans des eaux plus profondes s‘est révélée très intéressante.Ce document décrit le parcours suivi depuis la mise à la mer du véhicule jusqu‘aux données qui sont utilisées pour les cartes et se concentre sur la manière dont les données bathymétriques à large couverture acquises par sonars interférométriques à bord d‘AUV peuvent être traitées et admises pour la reproduction cartographique des données hydrographiques. Les capacités commerciales des AUV sont illustrées par les données recueillies par un AUV Gavia de 7 pouces de diamètre (Teledyne Gavia, Islande) embarquant un sonar GeoSwath de 500 kHz (GeoAcoustics, RU). Les budgets d‘erreur, qui montrent que la technologie existante est capable d‘obtenir des levés d’ordre spécial conformément à la 5ème édition de la publication S-44 de l’OHI dans le cadre de certaines limites opérationnelles, y sont discutés.De futurs progrès éventuels dans les méthodes d‘analyse des données sont mentionnés, y compris l‘utilisation de la méthode SLAM (Cartographie et localisation simultanée) afin d‘améliorer la navigation. Ceci est illustré par l‘exemple du traitement des données à l‘aide du logiciel CleanSweep software (OIC Inc., Hawaï)

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