Unterwasser-Akustikortungssysteme dienen der Ortung und Verfolgung von Unterwasserfahrzeugen, Messgeräten, Tauchern und Infrastruktur an Orten, an denen keine GNSS-Signale verfügbar sind. Anhand von Messungen der akustischen Laufzeit, der Phase oder des Winkels berechnen diese Systeme die Entfernung und die Peilung zwischen Unterwasserzielen und bekannten Referenzpunkten.
Auf dieser Seite werden führende Hersteller von akustischen Unterwasser-Ortungssystemen vorgestellt, darunter USBL-, SBL- und LBL-Systeme für Offshore- und ozeanografische Anwendungen.
Lesen Sie den Technologieübersicht
Hochleistungsinstrumente, Sensoren und Technologien für die Erforschung und Überwachung von Unterwasserumgebungen
Hochpräzise Trägheitssensoren und akustische Positionierungssysteme für Anwendungen in der Schifffahrt, auf See und auf hoher See
Modernste Lösungen für die Unterwasserbildgebung und -ortung in der Meeresforschung
Akustische Unterwasser-Ortungs- und Bergungslösungen für unternehmenskritische Unterwasseranlagen
Innovative Lösungen für autonome Unterwasserfahrzeuge für Forschungs-, Wissenschafts- und Sicherheitsanwendungen unter Wasser
Innovative und leistungsstarke Unterwasser-Detektionstechnologien für den maritimen Sektor
Innovative Lösungen für Navigation, Positionierung und Unterwasser- und Seevermessung
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Akustische Unterwasser-Ortungssysteme lokalisieren untergetauchte Fahrzeuge, Instrumente, Bauwerke, Taucher und andere Objekte an Orten, an denen Signale des Globalen Navigationssatellitensystems (GNSS) nicht empfangen werden können. Anhand der akustischen Laufzeit, der Signalphase oder von Winkelmessungen werden Entfernung, Peilung oder beides zwischen bekannten Referenzpunkten und einem Unterwasserziel bestimmt. Daten des Oberflächen-GNSS, zur Lage des Schiffes, zur Tiefe, zur Zeit sowie zur Schallgeschwindigkeit werden anschließend kombiniert, um eine lokale oder georeferenzierte Unterwasserposition zu berechnen.
Ein akustisches Unterwasser-Positionierungssystem kann eine eigenständige Positionsbestimmung liefern oder Abweichungen innerhalb einer umfassenderen Navigationslösung korrigieren. Die Leistung hängt von Geometrie, Entfernung, Ausrichtung, Plattformbewegung, Zeitmessung, Signalqualität, Mehrwegausbreitung, Hindernissen und Schwankungen der Schallgeschwindigkeit ab. Bei der Auswahl sollten Genauigkeit, Tiefe, Aktualisierungsrate, Missionsdauer, Umgebungsbedingungen und die verfügbare Infrastruktur berücksichtigt werden.
Akustische Ortungssysteme werden im Allgemeinen anhand des Abstands und der Anordnung ihrer Wandler, Transponder, Responder oder Referenzpunkte am Meeresboden klassifiziert.
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Unterwasser-Akustikortungssystem „Subsonus USBL“ von Advanced Navigation.[/caption]
Akustische Ortungssysteme mit ultrakurzer Basislinie nutzen ein kompaktes, an einem Schiff montiertes Array, um die Entfernung und Richtung eines Unterwasser-Transponders oder -Responders zu bestimmen. Die Entfernung wird aus der akustischen Laufzeit abgeleitet, während die Richtung aus Phasen- oder Zeitunterschieden über das Array berechnet wird. Die Messungen werden mit der Position an der Oberfläche, dem Kurs und der Lage kombiniert. Kalibrierung, Maststabilität, Hebelarmversätze, Schiffsbewegungen und akustische Bedingungen beeinflussen die Leistung.
Ein akustisches Ortungssystem mit kurzer Basislinie nutzt mehrere Wandler, die über ein Schiff, eine Struktur oder eine Plattform verteilt installiert sind. Durch ihren Abstand lässt sich die Zielposition aus gemessenen Entfernungen oder Zeitdifferenzen berechnen. Die Genauigkeit hängt von den vermessenen Wandlerpositionen, der Basislinienlänge, der Geometrie, der Synchronisation und der Bewegungskompensation ab.
Ein akustisches Längsbasen-Positionierungssystem nutzt mehrere Transponder an vermessenen Positionen auf dem Meeresboden. Ein Fahrzeug oder ein Messgerät misst die Entfernungen zu diesen Referenzpunkten, um seine Position innerhalb oder in der Nähe des Arrays zu berechnen. LBL bietet eine stabile, wiederholbare Positionierung mit geringerer Abhängigkeit vom Standort des Oberflächenschiffs, erfordert jedoch den Einsatz, die Kalibrierung, das Batteriemanagement und die Bergung.
Konfigurationen mit spärlicher LBL-Anordnung reduzieren die Anzahl fester Referenzpunkte am Meeresboden, indem akustische Entfernungsmessungen mit Daten aus Trägheitsmessern, Geschwindigkeits-, Tiefen- oder Fahrzeugbewegungsdaten kombiniert werden. Dies kann die Mobilisierungszeit verkürzen und den Bedarf an Ausrüstung am Meeresboden verringern. Eine geringere geometrische Redundanz erhöht die Abhängigkeit von Fahrzeugtrajektorien, Synchronisation, Sensorfusion, Ausreißerausschluss und Unsicherheitsüberwachung.
Unterwasser-Akustiksysteme unterstützen wissenschaftliche Forschung, Unterwassertechnik, Vermessungsarbeiten, die Verfolgung von Tauchern und die Schiffssteuerung, wann immer die Position eines unter Wasser befindlichen Objekts ermittelt werden muss.
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Hydrographische Teams nutzen die akustische Ortung zur Verfolgung von Schleppgeräten, ferngesteuerten Unterwasserfahrzeugen (ROVs), Probenahmeplattformen und Instrumenten am Meeresboden. Positionsdaten verknüpfen Messwerte mit Koordinaten, erfassen Einsatzorte und unterstützen die Wiederauffindung oder Bergung von Geräten.
Die Wassersäulenforschung kann die Verfolgung von Profilern, Kameras, Netzen, Probenahmegeräten und autonomen Unterwasserfahrzeugen (AUVs) erfordern. Die akustische Ortung rekonstruiert Probenahmepfade und wiederholte Transekte. Aktualisierungsrate, Reichweite, Leistung, Genauigkeit und Unsicherheit sollten auf die jeweilige Plattform und die jeweiligen Ziele abgestimmt sein.
Projekte der Meeresarchäologie nutzen die akustische Positionierung zur Georeferenzierung von Fahrzeugen, Bildgebungssystemen, Tauchern, Werkzeugen und geborgenen Objekten. Bei der Umweltüberwachung kommen ähnliche Methoden zum Einsatz, wenn Lebensräume, Sedimentmessstellen, Kontaminationsstandorte oder Langzeitsensoren erneut untersucht werden. Eine wiederholbare Positionierung hilft dabei, Umweltveränderungen von Abweichungen bei der Vermessung oder Platzierung zu unterscheiden.
Unterwasserbau-Teams nutzen die akustische Positionierung, um Fahrzeuge, Werkzeuge und Sensoren um Kabel, Rohrleitungen, Fundamente, Bohrlöcher und andere Anlagen herum zu führen. Positionsdaten unterstützen die Platzierung, Inspektion, Vermessung, Überwachung der Aufsatzposition sowie Bestandsaufnahmen. Bei hochpräzisen Arbeiten können akustische, inertiale, Doppler-Geschwindigkeits-, Tiefen-, Sonar- und optische Daten kombiniert werden.
Ein akustisches System kann eine relative Referenz zwischen einem Oberflächenschiff und einem festen oder mobilen Unterwassertransponder bereitstellen. Dies kann die dynamische Positionierung (DP) in der Nähe von Unterwasseranlagen unterstützen. Betreiber sollten Kontinuität, Latenz, Geometrie, Redundanz, Interferenzen, Alarmgrenzwerte und unerkannte Abweichungen berücksichtigen.
Ein vollständiges akustisches Unterwasser-Positionierungssystem kann die folgenden Komponenten umfassen:
Die endgültige Genauigkeit hängt zudem von Wandler-Offsets, der Winkelausrichtung, Umkehrverzögerungen, Koordinatensystemen, der Taktsynchronisation und der Verarbeitungsqualität ab.
Die akustische Positionsbestimmung wird häufig mit anderen Navigationssensoren kombiniert, um die Kontinuität, Stabilität und Genauigkeit zwischen den akustischen Aktualisierungen zu verbessern:
Diese Eingaben können durch lose oder eng gekoppelte Sensorfusion kombiniert werden. Robuste Systeme überwachen Residuen, verwerfen ungültige Messungen, schätzen Unsicherheiten und definieren das Verhalten bei Ausfall von Aktualisierungen.
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Die Konfiguration eines akustischen Ortungssystems muss die Fahrzeuggröße, die Leistung, die Einsatztiefe, die Bewegung, das akustische Sichtfeld und die Kommunikationsarchitektur berücksichtigen.
Ferngesteuerte Fahrzeuge (ROVs) sind üblicherweise mit einem Transponder oder Responder für Inspektions-, Probenahme-, Interventions- und Bauarbeiten ausgestattet. Akustische Daten können das Trägheitsnavigationssystem (INS) des Fahrzeugs aktualisieren. Bei der Integration sollten Zugkräfte des Verbindungskabels, Abschattungen, Geräusche der Antriebe, Lage, Sensorabweichungen und Koordinatensysteme berücksichtigt werden.
Autonome Unterwasserfahrzeuge (AUVs) nutzen akustische Aktualisierungen, um Abdrift zu korrigieren, ohne zur GNSS-Signalempfang an die Oberfläche auftauchen zu müssen. Sie können relativ zu Bodenmarkierungen, einem Begleitschiff oder einer unbemannten Oberflächenplattform navigieren. Die Aktualisierungsrate muss unter Berücksichtigung von Energieverbrauch, Kanalzugang, Reichweite, Geschwindigkeit und INS-Leistung abgewogen werden.
Unbemannte Oberflächenfahrzeuge (USVs) können GNSS, Lagesensoren und akustische Sende-Empfangsgeräte mitführen, um untergetauchte Objekte zu verfolgen. Durch Neupositionierung lassen sich die Geometrie verbessern, ein AUV verfolgen oder die Abdeckung erweitern. Kooperative Einsätze erfordern Synchronisation, zuverlässige Kommunikation, Kollisionsvermeidung und gemeinsame Koordinatensysteme.
Geschleppte Fahrzeuge bewegen sich aufgrund der Kabelform, der Strömung, der Tiefe und der Manöver unabhängig vom Schiff. Die direkte akustische Positionsbestimmung ist zuverlässiger als Schätzungen allein auf Basis der Kabellänge. Die Kombination aus Schiffsnavigation, Schleppmessungen, Tiefe, Kabelrücklauf und akustischen Positionsbestimmungen verbessert die Positionsaufzeichnung.
Der aktuelle Entwicklungsschwerpunkt liegt auf der Reduzierung fester Infrastruktur, der Verbesserung der Navigationskontinuität und der Gewinnung weiterer Informationen aus jeder akustischen Übertragung:
Diese Entwicklungen erweitern die Systemfähigkeiten und erhöhen gleichzeitig die Bedeutung von Synchronisation, Kalibrierung, Cybersicherheit, Unsicherheitsschätzung und effizientem Management akustischer Kanäle.
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