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Advanced Canadian sonar technology takes crystal-clear pictures of arctic sea floor during the 2014 Franklin search


Posted by in The Polar Blog on Monday, October 20, 2014



The Arctic Explorer autonomous underwater vehicle, which produces high-resolution sonar images, was successfully tested during this year’s Franklin hunt. (Photo: Nick Walker)

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Harsh arctic conditions, such as those that defeated Sir John Franklin, are exactly what David Hopkin needed this summer to test some sophisticated Canadian undersea technology. Hopkin, a scientist with Defence Research and Development Canada, tried out some cutting-edge sonar imaging equipment in Nunavut as part of the 2014 Victoria Strait Expedition. His experiments met with resounding success.

With more ships going to the North every year, accurate maps are needed for Canada’s mostly uncharted Arctic waters. To make these maps, cartographers rely on pictures of the sea bottom, and the more detailed these are the better. High-quality images also make it easier to find objects on the sea floor, whether a historic shipwreck or the flight data recorder from a downed aircraft.

Hopkin and his team were testing what turned out to be a potent combination: the Arctic Explorer autonomous underwater vehicle and its onboard interferometric synthetic aperture sonar, which takes crystal-clear pictures using sound. “Synthetic aperture sonar takes very high-resolution images,” explains Hopkin, “but this system had never been tried in conditions where 100 metres down you have sub-zero water temperatures.”

The yellow, torpedo-shaped Arctic Explorer, which is 7.4-metres long, can travel under the ice for several days, covering distances of hundreds of kilometres. It navigates its programmed course independently — operators have no control over the vehicle during the mission — looking for particular features or objects by taking high-resolution sonar images of the sea bottom. Then it returns to base. This is straightforward when the base is stationary, but challenging when it’s on floating ice, which may have drifted far from its original position. This is where precise sonar comes in, and it’s a bit like whistling for a dog. The operators send out an audible signal that the sonar system “hears” and homes in on as it guides Arctic Explorer back to the base in its new location.

Though Hopkin and his team weren’t the ones to find the Franklin shipwreck (their search area was far north of where it lies), they were nonetheless delighted with the results of their part in the expedition. “This is the only technology of its kind in the world and it performed flawlessly in Arctic conditions,” says Hopkin. “Thanks to the new system we now have the clearest, most exciting imagery of this part of the world to date. We showed that with the Arctic Explorer and synthetic aperture sonar, both made in Canada, we can now explore unknown, uncharted areas of the Arctic Ocean floor under the harshest conditions.”


This is the latest in a continuing blog series on polar issues and research presented by Canadian Geographic in partnership with the Canadian Polar Commission. The polar blog will appear online every two weeks at cangeo.ca/blog/polarblog, and select blog posts will be featured in upcoming issues. For more information on the Canadian Polar Commission, visit polarcom.gc.ca.



 

Une technologie sonar canadienne de pointe permet de prendre des images d'une clarté cristalline des fonds marins de l'arctique durant la recherche des navires de l'expédition Franklin en 2014

Le véhicule sous-marin autonome de Arctic Explorer, qui produit des imageries sonar à haute résolution, a été testé avec succès pendant la recherche des bateaux de Franklin cette année. (Photo: Nick Walker)

Les conditions difficiles de l'arctique, comme celles qui ont mené Sir John Franklin à sa perte, sont exactement ce dont avait besoin David Hopkin l’été dernier pour mettre à l’essai une technologie sous-marine canadienne sophistiquée. Hopkin, chercheur de Recherche et développement pour la défense Canada, a test un équipement de pointe d’imagerie par sonar au Nunavut, dans le cadre de l’expédition de 2014 dans le détroit de Victoria. Ses expériences ont été couronnées de succès.

Comme de plus en plus de navires se rendent dans le Nord chaque année, il est nécessaire d’établir des cartes précises pour les eaux de l’Arctique canadien, qui restent en grande partie inexplorées. Pour préparer ces cartes, les cartographes ont besoin d’images des fonds marins, les plus détaillées possibles. Des images de grande qualité facilitent aussi la recherche d’objets sur les fonds marins, qu’il s’agisse d’épaves historiques ou de l’enregistreur de données de vol d’un avion qui s’est écrasé.

Hopkin et son équipe ont mis à l’essai ce qui s’est avéré être une combinaison efficace : le véhicule sous-marin autonome Arctic Explorer et son sonar interférométrique à synthèse d’ouverture embarqué, qui prend des images d’une clarté cristalline au moyen d’émissions sonores. « Le sonar interférométrique à synthèse d’ouverture prend des images à très haute résolution », explique Hopkin, « mais ce système n’avait jamais été mis à l’essai dans des conditions où, à 100 mètres sous la surface, la température est inférieure à zéro. »

L’Arctic Explorer, un appareil en forme de torpille de couleur jaune de 7,4 mètres de longueur, peut circuler sous la glace pendant plusieurs jours, parcourant des centaines de kilomètres. Il suit son parcours préprogrammé de façon entièrement indépendante — les opérateurs n’ont aucun contrôle sur le véhicule pendant la durée de la mission — recherchant des caractéristiques particulières ou des objets en prenant des images du fond marin grâce à son sonar à haute résolution, avant de revenir à sa base. Le retour est simple lorsque la base est stationnaire, mais présente un défi lorsque la base se trouve sur des glaces flottantes, qui peuvent avoir dérivé loin de leur point de départ. C’est là que la précision du sonar entre en jeu, un peu comme siffler pour rappeler un chien. L’opérateur envoie un signal audible que le sonar « entend » et utilise comme repère pour guider l’Arctic Explorer vers l’endroit où se trouve maintenant sa base.

Si Hopkin et son équipe ne sont pas ceux qui ont retrouvé l’épave du navire de Franklin (leur zone de recherche se situant beaucoup plus au nord), ils n’en sont pas moins très heureux des résultats de leur partie de l’expédition. « C’est la seule technologie de ce type au monde, et elle a fonctionné à la perfection », a dit Hopkin. « Grâce à ce nouveau système, nous disposons de l’imagerie la plus claire et excitante de cette partie du monde jusqu’ici. Nous avons démontré qu’avec l’Arctic Explorer et le sonar à synthèse d’ouverture, tous les deux conçus et construits au Canada, nous étions maintenant en mesure d’explorer les régions inconnues et inexplorées du plancher océanique de l’Arctique dans les conditions les plus difficiles. »




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