Sistemas de baterías de sonares (baterías de hidrófonos) para aplicaciones industriales, científicas y militares

Un conjunto sonar consta de varios hidrófonos (sensores acústicos submarinos) dispuestos en geometrías específicas, lineales, planas, esféricas, cilíndricas y conformadas, para muestrear las ondas acústicas del entorno submarino. Al procesar las diferencias de tiempo y los desfases de las señales acústicas que llegan a cada hidrófono, el sistema realiza la formación de haces, mejorando las señales procedentes de direcciones específicas y suprimiendo al mismo tiempo el ruido.

Matriz frente a un solo hidrófono

Aunque un solo hidrófono capta la presión sonora, no puede determinar la dirección de la fuente ni suprimir las interferencias. Un array de hidrófonos ofrece:

• Direccionalidad gracias a la formación de haces, lo que permite la estimación del rumbo, el seguimiento de objetivos y el seguimiento de embarcaciones.
• Mejora de la relación señal/ruido gracias a la combinación coherente de varios sensores.
• Ampliación del alcance mediante el uso de emisiones más fuertes en los modos activos y la combinación de matrices largas.

Tipos de arrays de sonar para uso no comercial

Arrays lineales y remolcados

• Arreglos lineales/horizontales: hidrófonos en línea o en cilindro; se utilizan a babor en buques o boyas para la vigilancia del medio ambiente, la detección de submarinos y la vigilancia de mamíferos marinos.
• Sonar remolcado: se arrastra detrás de un buque mediante un cable de remolque; profundidad variable para la detección y vigilancia desde buques o submarinos. Requiere ingeniería de conjunto de sonar remolcado y sensores inerciales para el posicionamiento.

Arreglos planares, conformes y esféricos

• Arrays planares: rejillas planas utilizadas en AUV o instalaciones en el lecho marino; adecuados para la navegación submarina, la evitación de obstáculos y los estudios hidrográficos.
• Arrays conformados: se integran en cascos de buques, ROV o ASV y se adaptan a las superficies; son óptimos para contramedidas antiminas, prospecciones de petróleo y gas e inspecciones en alta mar.
• Arrays esféricos: Orientación 3D con detección casi omnidireccional; ideal para comunicaciones acústicas, arqueología subacuática, cartografía de fondos marinos y estudios batimétricos.

Arrays cilíndricos, SOSUS, de flanco, de proa y de línea vertical

Ecosonda multihaz para aguas poco profundas, SeaBat, de Teledyne Marine

• Antenas cilíndricas: envuelven estructuras como boyas o torres; se utilizan en cartografía de fondos marinos, inspección de oleoductos y vigilancia portuaria.
• Baterías de hidrófonos SOSUS: redes fijas de sensores del fondo marino a gran escala para la vigilancia de zonas amplias y la lucha antisubmarina.
• Baterías de flancos o de proa: montadas en los costados o en el casco de un buque, se utilizan en los sistemas de baterías de sonares activos para la detección de submarinos.
• Arrays verticales: desplegados desde buques de superficie para detectar objetivos estratificados en profundidad y reflejos del fondo; útiles para la investigación hidroacústica.

Sonar multihaz y de apertura sintética

• Sonar multihaz: emite señales en forma de abanico para cartografiar la topografía del fondo marino (estudios batimétricos). Se utiliza con sistemas de navegación precisos para obtener mapas 3D exactos.
• Sonar deapertura sintética (SAS): combina el movimiento del barco o del AUV con datos formados por haces para producir imágenes 3D de alta resolución de las características del fondo marino. Se utiliza en inspecciones de tuberías, infraestructuras submarinas, detección de minas y vigilancia marítima.

Componentes clave de los sistemas de sonar

• Hidrófono/transductor: sensores acústicos centrales.
• Amplificador y receptor: aumentan la intensidad de la señal.
• Multiplexor: gestiona las señales de varios hidrófonos que llegan al DSP.
• DSP y procesador digital de señales: necesarios para la formación de haces y el procesamiento de matrices.
• Sistemas de adquisición de datos y unidades de telemetría: registran los datos y permiten la supervisión en tiempo real.
• Módulos de control y telemetría: supervisan los ajustes, la navegación y la comunicación.
• Sensores inerciales y GNSS/GPS: garantizan el posicionamiento y la orientación precisos del sistema.

Aplicaciones de los Sistemas de Array Sonar

Vigilancia medioambiental y científica

Los arrays en boyas e instalaciones en el fondo marino sirven de apoyo a la vigilancia de mamíferos marinos, la cartografía del fondo oceánico y la investigación acústica a largo plazo.

Vigilancia de redes de arrastre e investigación pesquera

Las redes de sonar, en particular las configuraciones lineales y planas, se utilizan en la vigilancia de las redes de arrastre para seguir en tiempo real el comportamiento de las redes, la densidad de los bancos de peces y la identificación de las especies. Estos sistemas ayudan a optimizar la eficacia de las capturas minimizando el impacto ambiental, y a menudo se integran con sensores acústicos y procesadores digitales de señales para la recogida precisa de datos en la investigación y gestión pesquera.

Inspección e infraestructura en alta mar

Sistema de sonar multihaz, Norbit Winghead, de Norbit Subsea

Los sistemas conformados y multihaz instalados en ROVs y AUVs realizan inspecciones de tuberías, estudios del lecho marino y evaluaciones de infraestructuras con imágenes de alta resolución y conocimiento de la navegación en el lugar.

Cartografía submarina y estudios hidrográficos

Los sistemas multihaz y SAS proporcionan mapas batimétricos detallados para cartas de navegación, trazado de cables y estudios científicos.

Comunicación y navegación submarinas

Los arrays permiten la comunicación acústica entre vehículos sumergidos o con buques en superficie. Las antenas de navegación de AUV, ROV o sumergibles evitan las colisiones y garantizan un posicionamiento preciso.

Seguridad de buques y puertos

Las baterías de sonares permiten la detección pasiva de buques o submarinos, mientras que las baterías activas remolcadas y montadas en el casco proporcionan una cobertura de seguridad completa. Los sonares de profundidad variable (VDS) y los sonares de inmersión son esenciales para las misiones ASW y de seguridad portuaria.

Militar y defensa

Los arrays fijos SOSUS y los arrays móviles remolcados apoyan la guerra antisubmarina, la detección de submarinos y la vigilancia marítima. Los arrays de proa y flanco permiten la detección activa de buques de guerra.

Usos especializados

• Arqueología subacuática: imágenes no invasivas mediante SAS o multihaz para cartografiar artefactos.
• Investigación pesquera: los arrays detectan y rastrean bancos de peces.
• Vigilancia de oleoductos y gasoductos: detección de fugas, daños o golpes de ancla mediante redes ancladas cerca de activos críticos.

Detección, navegación, imagen y comunicación superiores

Los sistemas de arrays de sonar, que van desde simples arrays lineales de cables hasta sofisticadas configuraciones conformadas y esféricas, forman parte integral de las operaciones marítimas. Mediante la integración de múltiples hidrófonos, electrónica avanzada y procesadores digitales de señales (DSP) de formación de haces, estos sistemas consiguen unas capacidades superiores de detección, navegación, imagen y comunicación. Sus aplicaciones se extienden a los ámbitos de defensa, offshore, científico y medioambiental, proporcionando información acústica precisa y esencial para las operaciones submarinas.