Los sistemas de posicionamiento acústico submarino localizan y rastrean vehículos sumergidos, instrumentos, buceadores e infraestructuras en lugares donde no se dispone de señales GNSS. Mediante mediciones del tiempo de propagación acústica, la fase o el ángulo, estos sistemas calculan la distancia y el rumbo entre los objetivos submarinos y puntos de referencia conocidos.
En esta página se presentan los principales fabricantes de sistemas de posicionamiento acústico submarino, incluidos los sistemas USBL, SBL y LBL para aplicaciones marítimas y oceanográficas.
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Sensores inerciales y sistemas de posicionamiento acústico de alta precisión para aplicaciones marinas, marítimas y de alta mar
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Los sistemas de posicionamiento acústico submarino localizan vehículos, instrumentos, estructuras, buzos y otros activos sumergidos en lugares donde no llegan las señales del Sistema Global de Navegación por Satélite (GNSS). Las mediciones del tiempo de propagación acústica, la fase de la señal o el ángulo determinan la distancia, el rumbo o ambos entre puntos de referencia conocidos y un objetivo submarino. A continuación, se combinan los datos del GNSS en superficie, la actitud de la embarcación, la profundidad, la sincronización y la velocidad del sonido para calcular una posición submarina local o georreferenciada.
Un sistema de posicionamiento acústico submarino puede proporcionar una posición independiente o corregir la deriva dentro de una solución de navegación más amplia. El rendimiento depende de la geometría, la distancia, la alineación, el movimiento de la plataforma, la sincronización, la calidad de la señal, las trayectorias múltiples, las obstrucciones y la variación de la velocidad del sonido. La selección debe tener en cuenta la precisión, la profundidad, la frecuencia de actualización, la duración de la misión, las condiciones ambientales y la infraestructura disponible.
Los sistemas de posicionamiento acústico se clasifican generalmente según la separación y la disposición de sus transductores, transpondedores, respondedores o puntos de referencia del lecho marino.
Sistema de posicionamiento acústico submarino USBL de Subsonus, de Advanced Navigation.
Los sistemas de posicionamiento acústico de línea de base ultracorta utilizan una matriz compacta montada en la embarcación para determinar la distancia y la dirección de un transpondedor o un respondedor submarino. La distancia se calcula a partir del tiempo de propagación acústica, mientras que la dirección se determina a partir de las diferencias de fase o de tiempo a lo largo del conjunto de transductores. Las mediciones se combinan con la posición en superficie, el rumbo y la actitud. La calibración, la estabilidad del poste, las desviaciones del brazo de palanca, el movimiento de la embarcación y las condiciones acústicas afectan al rendimiento.
Un sistema de posicionamiento acústico de línea de base corta utiliza varios transductores instalados a lo largo de una embarcación, una estructura o una plataforma. Su separación permite calcular la posición del objetivo a partir de las distancias medidas o de las diferencias de tiempo. La precisión depende de la ubicación de los transductores, la longitud de la línea de base, la geometría, la sincronización y la compensación del movimiento.
Un sistema de posicionamiento acústico de línea de base larga utiliza múltiples transpondedores situados en posiciones del lecho marino previamente topografiadas. Un vehículo o instrumento mide las distancias a estas referencias para calcular su posición dentro de la red o cerca de ella. El sistema LBL proporciona un posicionamiento estable y repetible con menor dependencia de la ubicación de la embarcación de superficie, pero requiere su despliegue, calibración, gestión de la batería y recuperación.
Las configuraciones LBL dispersas reducen el número de referencias fijas en el lecho marino combinando las distancias acústicas con datos inerciales, de velocidad, de profundidad o de movimiento del vehículo. Esto puede reducir el tiempo de movilización y el equipo instalado en el lecho marino. Una menor redundancia geométrica aumenta la dependencia de las trayectorias del vehículo, la sincronización, la fusión de sensores, el rechazo de valores atípicos y la supervisión de la incertidumbre.
Los sistemas acústicos submarinos prestan apoyo a la investigación científica, la ingeniería submarina, las operaciones de prospección, el seguimiento de buzos y el control de embarcaciones siempre que sea necesario determinar la posición de un activo sumergido.
Sistema de posicionamiento acústico, nodo sensor Subsea Sentinel, de Cellula Robotics.
Los equipos hidrográficos utilizan el posicionamiento acústico para realizar el seguimiento de dispositivos de arrastre, vehículos teledirigidos (ROV), plataformas de muestreo e instrumentos de fondo marino. Los datos de posición vinculan las mediciones con las coordenadas, registran las ubicaciones de despliegue y facilitan la reubicación o recuperación de los equipos.
La investigación de la columna de agua puede requerir el seguimiento de perfiladores, cámaras, redes, muestreadores y vehículos submarinos autónomos (AUV). El posicionamiento acústico reconstruye las trayectorias de muestreo y los transectos repetidos. La frecuencia de actualización, el alcance, la potencia, la precisión y la incertidumbre deben ajustarse a la plataforma y a los objetivos.
Los proyectos de arqueología marina utilizan el posicionamiento acústico para georreferenciar vehículos, sistemas de imagen, buceadores, herramientas y objetos recuperados. La vigilancia medioambiental emplea métodos similares al volver a visitar hábitats, estaciones de sedimentos, emplazamientos contaminados o sensores a largo plazo. El posicionamiento repetible ayuda a distinguir los cambios medioambientales de las diferencias debidas al levantamiento o a la ubicación.
Los equipos de construcción submarina utilizan el posicionamiento acústico para guiar vehículos, herramientas y sensores en torno a cables, tuberías, cimientos, pozos y otros activos. Los datos de posicionamiento sirven de apoyo para la colocación, la inspección, la metrología, la supervisión del contacto con el fondo y los levantamientos topográficos de obra terminada. Los trabajos de alta precisión pueden combinar datos acústicos, inerciales, de velocidad Doppler, de profundidad, de sonar y ópticos.
Un sistema acústico puede proporcionar una referencia relativa entre una embarcación de superficie y un transpondedor submarino fijo o móvil. Esto puede facilitar el posicionamiento dinámico (DP) cerca de activos submarinos. Los operadores deben tener en cuenta la continuidad, la latencia, la geometría, la redundancia, las interferencias, los límites de alarma y los sesgos no detectados.
Un sistema completo de posicionamiento acústico submarino puede incluir los siguientes componentes:
La precisión final depende también de las desviaciones de los transductores, la alineación angular, los retrasos de respuesta, los sistemas de coordenadas, la sincronización de relojes y la calidad del procesamiento.
El posicionamiento acústico suele integrarse con otros sensores de navegación para mejorar la continuidad, la estabilidad y la precisión entre las actualizaciones acústicas:
Estos datos pueden combinarse mediante una fusión de sensores con acoplamiento flexible o estrecho. Los sistemas robustos supervisan los residuos, rechazan las mediciones no válidas, estiman la incertidumbre y definen el comportamiento cuando se pierden las actualizaciones.
Sistema de posicionamiento acústico submarino, USBL DAT, de Teledyne Marine.
La configuración de un sistema de posicionamiento acústico debe tener en cuenta el tamaño del vehículo, su potencia, la profundidad de funcionamiento, el movimiento, el campo de visión acústico y la arquitectura de comunicaciones.
Los vehículos teledirigidos (ROV) suelen llevar un transpondedor o un respondedor para realizar tareas de inspección, muestreo, intervención y construcción. Los datos acústicos pueden actualizar el sistema de navegación inercial (INS) del vehículo. La integración debe tener en cuenta las fuerzas del cable de conexión, el sombreado, el ruido de los propulsores, la actitud, las desviaciones de los sensores y los sistemas de coordenadas.
Los vehículos submarinos autónomos (AUV) utilizan actualizaciones acústicas para corregir la deriva sin necesidad de salir a la superficie para acceder al GNSS. Pueden navegar en relación con balizas del lecho marino, un buque de apoyo o una plataforma de superficie no tripulada. La frecuencia de actualización debe equilibrarse con la potencia, el acceso al canal, el alcance, la velocidad y el rendimiento del INS.
Las embarcaciones de superficie no tripuladas (USV) pueden llevar a bordo GNSS, sensores de actitud y transceptores acústicos para rastrear activos sumergidos. El reposicionamiento puede mejorar la geometría, seguir a un AUV o ampliar la cobertura. Las operaciones cooperativas requieren sincronización, comunicaciones fiables, prevención de colisiones y marcos de coordenadas compartidos.
Los vehículos remolcados se desplazan de forma independiente de la embarcación debido a la forma del cable, la corriente, la profundidad y las maniobras. El posicionamiento acústico directo es más fiable que las estimaciones basadas únicamente en la longitud del cable. La combinación de la navegación de la embarcación, las mediciones del remolque, la profundidad, el retroceso y las posiciones acústicas refuerza el registro de la posición.
El desarrollo actual se centra en reducir la infraestructura fija, mejorar la continuidad de la navegación y obtener más información de cada transmisión acústica:
Estos avances amplían la capacidad del sistema al tiempo que aumentan la importancia de la sincronización, la calibración, la ciberseguridad, la estimación de la incertidumbre y la gestión eficiente de los canales acústicos.
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