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を追跡するために使用される水中音響測位システムの3つの大まかなクラスの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、海底に取り付けら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参照ポイント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技術により、水深に関係なく、非常に高い測位精度と位置安定性が得られます。通常、1メートルよりも優れており、数センチメートルの精度に達することもあります。^[2] LBLシステムは、船舶ベース（SBL、USBL）の測位システムの精度や位置安定性が十分でない精密な水中調査作業に一般的に採用されています。

長基線システムは、車両またはダイバーのインタロゲータから海底に配置された 3 つ以上の基線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。これらの距離測定は、デバイス上の圧力センサーからの深度データによって補完されることが多く、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、ダイバーに搭載されたインタロゲータ (A) が信号を送信し、それが基線トランスポンダ (B、C、D) によって受信されます。トランスポンダが応答し、その応答が再びダイバー ステーション (A) によって受信されます。信号実行時の測定によって距離 AB、AC、および AD が得られ、これらを使用して三角測量または位置検索アルゴリズムによってダイバーの位置が計算されます。結果として得られる位置は、基線トランスデューサの位置に対する相対位置です。基線ステーションの地理的位置が最初に確立されていれば、これらは緯度/経度や UTM などの地理参照座標系に簡単に変換できます。

ロングベースラインシステムという名前は、ベースライントランスポンダーの間隔が長いか、ダイバーまたは車両とトランスポンダー間の距離と同程度であることに由来しています。^[3] つまり、ベースライントランスポンダーは通常、車両または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、音響距離測定の誤差がほぼ同等の位置誤差しか生じない、理想的な測位ジオメトリが得られます。^[4] これに対し、SBL および USBL システムはベースラインが短く、一定量の測距妨害によって位置誤差がはるかに大きくな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ーを海底に設置すると、移動中の船舶に搭載された USBL または SBL 測位システムの場合のように、基準フレーム間の変換を行う必要がなくなります。^[5]最後に、海底に設置すると、測位精度が水深に依存しなくなります。^[6] これらの理由から、LBL システムは一般に、USBL および SBL システムの能力を超える測位精度または信頼性の基準が求められ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ミザールが行方不明の原子力潜水艦スレッシャーの捜索と調査を行ったことは、現代の水中音響航法システムの起源とよく言われています。 ^[7] ミザールは主に短基線（SBL）システムを使用してバチスカーフトリエステ1を追跡しました。しかし、その機能には海底トランスポンダーも含まれており、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ていた約300フィートの精度で位置保持をサポートしました。^[8]

1960年代半ば、あるいはそれ以前に、ソ連は原子力潜水艦が水中に潜ったまま正確に航行できるように、海底トランスポンダー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以外に、核ミサイル（ICBM）の発射前に潜水艦の位置を特定する必要もあった。1981年、米軍のMXミサイルシステムの一部として音響測位が提案された。^[10] 150の秘密のトランスポンダー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を生じ、GNSSシステムからの位置修正を定期的に受けて修正する必要がある。敵がGNSS衛星を破壊した場合、潜水艦は秘密のトランスポンダーネットワークを利用して位置を特定し、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。