Sistemas de detección y reconocimiento de objetos submarinos

La detección y el reconocimiento de objetos submarinos (UOD, por sus siglas en inglés) se utilizan actualmente de forma generalizada en las operaciones marinas. Desde la localización de infraestructuras submarinas y la cartografía de formaciones geológicas hasta el seguimiento de amenazas submarinas y la realización de evaluaciones ecológicas, la capacidad de detectar, clasificar e interpretar con precisión objetos bajo la superficie del agua es esencial. Estas tecnologías permiten a las plataformas, tanto tripuladas como autónomas, funcionar con eficacia en entornos de baja visibilidad, a menudo bajo presiones extremas y corrientes complejas.

Los retos del ámbito submarino, como la visibilidad limitada, la variabilidad del terreno y la interacción del agua salada con las señales acústicas y electromagnéticas, han impulsado el desarrollo de sistemas de detección diversos y altamente especializados. En la actualidad, las tecnologías básicas incluyen sensores acústicos, ópticos, láser, magnéticos y eléctricos, a menudo combinados mediante la fusión de sensores para obtener resultados más fiables. Algunos de los sistemas más avanzados integran múltiples modalidades en tiempo real, lo que permite una clasificación inteligente con una intervención mínima del operador.

Tipos de sistemas de detección de objetos submarinos

Sistemas de detección por sonar

Elsonar es el método de detección subacuática más consolidado, ya que utiliza la propagación de ondas sonoras para localizar y caracterizar objetos sumergidos. Los sistemas de sonar modernos incorporan diversas configuraciones, como sonares multihaz, de barrido lateral, de abertura sintética y orientados hacia delante. Estos sistemas suelen estar equipados con conjuntos de transductores que emiten y reciben impulsos acústicos. Se emplean técnicas de formación de haces para construir representaciones detalladas del fondo marino y detectar anomalías que sugieran la presencia de objetos artificiales o naturales.

Tetrapulse ESENSE 300 de Elwave.

Estos sistemas pueden funcionar en modo activo o pasivo. El sonar activo emite señales y escucha los ecos, mientras que el sonar pasivo detecta los sonidos ambientales, como los emitidos por los motores o la vida marina. Las variantes de alta resolución, como el sonar de apertura sintética, son especialmente útiles para las contramedidas antiminas y la cartografía de los fondos marinos, ya que ofrecen detalles de nivel fotográfico a grandes distancias. Muchos sistemas de sonar se combinan ahora con la navegación inercial y los registradores de velocidad Doppler para geolocalizar objetos con precisión.

Sistemas Lidar y de escaneado láser

El lidar submarino utiliza impulsos láser para detectar y medir objetos submarinos, normalmente en entornos con suficiente claridad del agua. Destaca en los estudios de aguas poco profundas, ya que permite obtener imágenes tridimensionales precisas de estructuras sumergidas. Los escáneres láser lineales, una variante específica, barren un haz de luz coherente a través de una zona objetivo para generar perfiles de alta resolución.

Estos sistemas suelen combinar láseres pulsados, receptores ópticos y unidades avanzadas de procesamiento de señales. Suelen montarse en vehículos teledirigidos (ROV), vehículos submarinos autónomos (AUV) o unidades sostenidas por buzos. Aunque se ven afectados por la turbidez y las partículas en suspensión, su capacidad para producir imágenes detalladas los hace inestimables para los estudios arqueológicos y la inspección de infraestructuras.

Sistemas ópticos y de visión por ordenador

La visión por ordenador se utiliza cada vez más para el reconocimiento de objetos subacuáticos, sobre todo en combinación con cámaras de alta resolución e inteligencia artificial. Estos sistemas se basan en datos visuales captados por cámaras electroópticas o infrarrojas y analizan las imágenes mediante técnicas de reconocimiento de patrones, redes neuronales y clasificación espectral.

Las imágenes ópticas se benefician de las mejoras en la tecnología de iluminación, la sensibilidad de los sensores y los algoritmos de reconocimiento de imágenes basados en inteligencia artificial. Las imágenes hiperespectrales e infrarrojas pueden diferenciar entre materiales y materia biológica, lo que las hace adecuadas para aplicaciones de vigilancia medioambiental y biología marina. Estos sistemas suelen incluir ayudas a la navegación, como INS y software de fotogrametría, para correlacionar las imágenes con las coordenadas espaciales.

Detección de campos electromagnéticos y eléctricos

Los sistemas de detección electromagnética miden las perturbaciones del campo magnético o eléctrico local, lo que suele indicar la presencia de objetos metálicos o conductores. Se trata de magnetómetros, gradiómetros y sistemas de detección eléctrica inspirados en la electrorrecepción biológica de las especies marinas.

Los operadores utilizan estos sensores para detectar variaciones causadas por tuberías, pecios o artefactos, especialmente cuando los métodos acústicos y ópticos pierden eficacia debido a las condiciones ambientales. Un enfoque más avanzado combina estos sensores en un sistema de detección de inspiración biológica que imita la electrorrecepción natural, lo que le permite clasificar objetos en función de su firma eléctrica, incluso cuando están enterrados o camuflados.

Sistemas de detección híbridos e integradores

La detección subacuática moderna se basa cada vez más en la fusión de sensores, que combina la información procedente de varios tipos de sensores para aumentar la fiabilidad y minimizar los falsos positivos. Un ejemplo representativo son los sistemas que integran el sonar, el escáner láser y la detección electromagnética. El sonar detecta a larga distancia, el láser capta la forma y las dimensiones y el sensor electromagnético confirma la composición del material. Todos los datos se procesan en tiempo real mediante algoritmos basados en IA para clasificar automáticamente los objetos detectados.

Este enfoque integrador reduce las limitaciones inherentes a cada modalidad. Por ejemplo, los sistemas ópticos tienen dificultades en aguas turbias, pero el sonar puede proporcionar una pista inicial para la orientación. A la inversa, los métodos electromagnéticos pueden confirmar el tipo de objeto incluso cuando los resultados acústicos son ambiguos. Estos sistemas son ideales para despliegues autónomos, como vehículos no tripulados que realizan misiones de reconocimiento o tareas de desminado sin necesidad de supervisión humana en tiempo real.

Aplicaciones de la detección de objetos submarinos

Investigación marina y vigilancia medioambiental

La detección de objetos submarinos desempeña un papel crucial en los estudios oceanográficos. Los investigadores utilizan sistemas sonar y lidar para cartografiar los fondos marinos, identificar formaciones geológicas y detectar hábitats submarinos. Los sistemas hiperespectrales y ópticos permiten identificar corales, praderas marinas y organismos bentónicos. Estas tecnologías ayudan a seguir los cambios medioambientales, comprender la salud de los ecosistemas e identificar anomalías biológicas, como la proliferación de algas nocivas.

Inspección de infraestructuras y energía en alta mar

Las plataformas petrolíferas, los oleoductos submarinos y los parques eólicos marinos requieren inspecciones periódicas de seguridad y rendimiento. Los sistemas de escaneado láser y sonar detectan deformaciones, corrosión o bioincrustaciones en estructuras críticas. Los sensores EM ayudan a localizar líneas enterradas o a confirmar la integridad de materiales conductores. Los ROV equipados con plataformas de detección multisensor realizan inspecciones autónomas, reduciendo la necesidad de la costosa intervención de buzos.

Defensa y seguridad marítima

Las operaciones navales dependen en gran medida de la detección de objetos submarinos para la identificación de amenazas, contramedidas antiminas y seguimiento de submarinos. El sonar de apertura sintética y los arrays pasivos remolcados detectan objetos silenciosos o enterrados, mientras que los magnetómetros identifican amenazas metálicas. Los sistemas integrados en vehículos submarinos no tripulados pueden detectar y clasificar objetos sumergidos desconocidos en tiempo real, proporcionando inteligencia táctica tanto en escenarios litorales como en mar abierto.

Arqueología subacuática y salvamento

Los sistemas de detección permiten descubrir y catalogar barcos hundidos, estructuras antiguas y artefactos culturales. El sonar de barrido lateral y los perfiladores de fondo revelan elementos enterrados, mientras que los escáneres láser proporcionan reconstrucciones tridimensionales precisas de restos frágiles. Los sistemas ópticos permiten completar la documentación sin perturbar el yacimiento, lo que favorece el archivo y la conservación digitales.

Operaciones de búsqueda y rescate

Cuando se pierden aeronaves, embarcaciones o equipos bajo el agua, el tiempo es esencial. Los sistemas de detección permiten escanear rápidamente grandes áreas para localizar restos o campos de escombros. Lidar y sonar trabajan en tándem para proporcionar cobertura y detalle, mientras que los sistemas EM confirman el contenido metálico. Estas tecnologías reducen la duración de las misiones y aumentan las probabilidades de éxito de la recuperación.

Componentes y arquitectura del sistema

Un sistema de detección subacuática típico se compone de múltiples elementos básicos, cada uno de los cuales contribuye a la adquisición, procesamiento e interpretación de datos. Los componentes clave incluyen:

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  BlueView BV5000 MK2 3D de Teledyne Marine

  .Cargas útiles de sensores: transductores sonar, cabezales lidar, cámaras ópticas, detectores de campos magnéticos o eléctricos.

• Unidades de procesamiento de señales: procesadores en tiempo real que convierten los datos en bruto en datos utilizables.
• Navegación y posicionamiento: sistemas de navegación inercial (INS), registros de velocidad Doppler y posicionamiento acústico como USBL.
• Plataformas de fusión de datos: sistemas que integran varios sensores para comprender el contexto.
• Alimentación y comunicación: sistemas de gestión de la energía, enlaces anclados o telemetría inalámbrica.
• Integración mecánica: carcasas y soportes que soportan la presión y permiten el despliegue en diversas plataformas.

Juntos, estos componentes se adaptan a perfiles de misión específicos, limitaciones medioambientales y plataformas de despliegue como AUV, ROV o sistemas asistidos por buzos.

Superar los sentidos humanos

La detección de objetos submarinos ha evolucionado desde simples señales de sonar hasta complejos sistemas integrados capaces de interpretar y actuar de forma autónoma. Cada tipo de detección ofrece ventajas únicas: los sistemas acústicos proporcionan alcance, los ópticos detalles y los sensores EM identifican objetos ocultos o enterrados. Cuando se combinan mediante fusión inteligente e inteligencia artificial en tiempo real, estas tecnologías ofrecen una precisión sin precedentes, lo que las hace indispensables en las ciencias marinas, las operaciones en alta mar, la defensa nacional y la exploración de los fondos marinos.

A medida que los entornos submarinos siguen desafiando a las técnicas convencionales, el campo avanza hacia sistemas de detección multimodales y bioinspirados que igualan o superan las capacidades humanas para reconocer y clasificar objetos bajo la superficie.