長基線音響測位システム

長基線（LBL）音響測位システム^{[ 1 ]}は、水中車両やダイバーの追跡に使用される3つの主要な水中音響測位システムの1つです。他の2つのクラスは、超短基線システム（USBL）と短基線システム（SBL）です。LBLシステムは、海底に設置された基線トランスポンダのネットワークをナビゲーションの基準点として使用するという点で独特です。これらは通常、作業現場の周囲に配置されます。LBL技術は、水深に依存しない非常に高い測位精度と位置安定性をもたらします。一般的に1メートルより優れており、数センチメートルの精度に達することができます。^{[ 2 ]} LBLシステムは、船舶ベースの（SBL、USBL）測位システムの精度または位置安定性が不十分な精密水中測量作業に一般的に使用されます。

ロングベースラインシステムは、車両またはダイバーの質問装置から海底に設置された3つ以上のベースライントランスポンダまでの距離を音響的に測定することで、車両またはダイバーの位置を特定します。これらの距離測定値は、多くの場合、装置の圧力センサーからの深度データによって補完され、車両またはダイバーの位置を三角測量するために使用されます。図1では、ダイバーが装着した質問装置（A）が信号を送信し、ベースライントランスポンダ（B、C、D）がそれを受信します。トランスポンダは応答し、その応答はダイバーステーション（A）によって再び受信されます。信号伝送時間測定により、距離AB、AC、ADが得られ、これらを使用して三角測量または位置探索アルゴリズムによってダイバーの位置を計算します。得られた位置は、ベースライントランスデューサの位置に対する相対位置です。ベースラインステーションの地理的位置が最初に確立されていれば、これらの位置を緯度/経度やUTMなどの地理参照座標系に容易に変換できます。

ロングベースラインシステムは、ベースライントランスポンダの間隔が、ダイバーや潜水艇とトランスポンダ間の距離とほぼ同じか、それよりも長いことからその名が付けられています。^{[ 3 ]} つまり、ベースライントランスポンダは通常、潜水艇やダイバーが作業する水中作業現場の隅に設置されます。この方法により、測位に理想的なジオメトリが得られ、音響距離測定における任意の誤差は、ほぼ同等の位置誤差しか生じません。^{[ 4 ]} これは、ベースラインが短いSBLおよびUSBLシステムとは対照的です。SBLおよびUSBLシステムでは、一定量の測距擾乱によって、はるかに大きな位置誤差が生じる可能性があります。さらに、ベースライントランスポンダを海底に設置することで、移動する船舶に搭載されたUSBLまたはSBL測位システムの場合のように、基準座標系間の変換が不要になります。^{[ 5 ]}最後に、海底に設置することで、測位精度は水深に依存しなくなります。^{[ 6 ]} これらの理由から、LBLシステムは一般的に、必要な測位精度または信頼性の基準がUSBLおよびSBLシステムの能力を超えるタスクに適用されます。

1963年にアメリカ海軍の海洋調査船USNSミザールが行った、行方不明になった原子力潜水艦USSスレッシャーの捜索と調査は、現代の水中音響航法システムの起源としてしばしば挙げられる。 ^{[ 7 ]} ミザールは主に短基線（SBL）システムを使用して深海潜水艇トリエステ1号を追跡した。しかし、その機能には海底トランスポンダも含まれており、初期の航法衛星と組み合わせることで、当時としては驚異的とされた約300フィートの精度で定位置を維持することができた。^{[ 8 ]}

1960年代半ば、あるいはそれ以前から、ソ連は原子力潜水艦が潜航したまま正確に運用できるように、海底トランスポンダを含む水中航法システムを開発していた。^{[ 9 ]}峡谷やその他の困難な水中地形を航行することに加えて、核ミサイル（ICBM）の発射前に潜水艦の位置を確立する必要もあった。1981年、音響測位が米軍のMXミサイルシステムの一部として提案された。^{[ 10 ]} 150の秘密トランスポンダフィールドのネットワークが構想された。潜水艦は通常、慣性航法システムによって誘導されるが、これらの推測航法システムは位置ドリフトが発生するため、GNSSシステムからの時折の位置修正によって修正する必要がある。敵がGNSS衛星を破壊した場合、潜水艦は秘密トランスポンダネットワークに頼って位置を確立し、ミサイルの慣性航法システムを発射用にプログラムすることができる。