I sistemi di posizionamento acustico subacqueo consentono di localizzare e tracciare veicoli, strumenti, subacquei e infrastrutture sommersi laddove i segnali GNSS non siano disponibili. Utilizzando misurazioni del tempo di percorrenza acustico, della fase o dell’angolo, tali sistemi calcolano la distanza e la direzione tra i bersagli sottomarini e punti di riferimento noti.
Questa pagina presenta i sistemi di posizionamento acustico subacqueo dei principali produttori, compresi i sistemi USBL, SBL e LBL per applicazioni offshore e oceanografiche.
Leggi il Panoramica tecnologica
Strumenti, sensori e tecnologie ad alte prestazioni per l'esplorazione e il monitoraggio degli ambienti sottomarini
Sensori inerziali e sistemi di posizionamento acustico ad alta precisione per applicazioni marine, marittime e offshore
Soluzioni all'avanguardia per l'imaging e il posizionamento subacquei nell'ambito dell'esplorazione sottomarina
Soluzioni di localizzazione e recupero acustico subacqueo per le attività sottomarine più critiche
Soluzioni innovative di veicoli subacquei autonomi per applicazioni subacquee di ricerca, scienza e sicurezza
Tecnologie di rilevamento subacqueo innovative e ad alte prestazioni per il settore marino
Soluzioni innovative per la navigazione, il posizionamento e la topografia subacquea e marittima
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I sistemi di posizionamento acustico subacqueo individuano veicoli, strumenti, strutture, subacquei e altre risorse sommerse in luoghi non raggiungibili dai segnali del Sistema Globale di Navigazione via Satellite (GNSS). Le misurazioni del tempo di propagazione acustica, della fase del segnale o dell’angolo determinano la distanza, la direzione o entrambe tra punti di riferimento noti e un bersaglio subacqueo. I dati relativi al GNSS di superficie, all’assetto dell’imbarcazione, alla profondità, alla temporizzazione e alla velocità del suono vengono quindi combinati per calcolare una posizione sottomarina locale o georeferenziata.
Un sistema di posizionamento acustico subacqueo può fornire una posizione indipendente o correggere la deriva nell’ambito di una soluzione di navigazione più ampia. Le prestazioni dipendono dalla geometria, dalla distanza, dall’allineamento, dal movimento della piattaforma, dalla temporizzazione, dalla qualità del segnale, dai percorsi multipli, dagli ostacoli e dalla variazione della velocità del suono. La scelta dovrebbe tenere conto della precisione, della profondità, della frequenza di aggiornamento, della durata della missione, delle condizioni ambientali e delle infrastrutture disponibili.
I sistemi di posizionamento acustico sono generalmente classificati in base alla distanza e alla disposizione dei loro trasduttori, transponder, risponditori o punti di riferimento sul fondale marino.
Sistemadi posizionamento acustico subacqueo Subsonus USBL di Advanced Navigation.
I sistemi di posizionamento acustico a base ultra-corta utilizzano un array compatto montato su imbarcazione per determinare la distanza e la direzione di un transponder o di un risponditore sottomarino. La distanza viene ricavata dal tempo di percorrenza del segnale acustico, mentre la direzione viene calcolata in base alle differenze di fase o di tempo rilevate dall’array. Le misurazioni vengono combinate con la posizione in superficie, la rotta e l’assetto. La calibrazione, la stabilità del palo, gli scostamenti del braccio di leva, il movimento dell’imbarcazione e le condizioni acustiche influenzano le prestazioni.
Un sistema di posizionamento acustico a base corta utilizza diversi trasduttori installati su un’imbarcazione, una struttura o una piattaforma. La loro distanza reciproca consente di calcolare la posizione del bersaglio in base alle distanze misurate o alle differenze temporali. La precisione dipende dalle posizioni rilevate dei trasduttori, dalla lunghezza della base, dalla geometria, dalla sincronizzazione e dalla compensazione del movimento.
Un sistema di posizionamento acustico a linea di base lunga utilizza più transponder collocati in posizioni rilevate sul fondale marino. Un veicolo o uno strumento misura le distanze da questi punti di riferimento per calcolare la propria posizione all’interno o in prossimità della rete. Il sistema LBL garantisce un posizionamento stabile e ripetibile con minore dipendenza dalla posizione dell’imbarcazione di superficie, ma richiede l’installazione, la calibrazione, la gestione delle batterie e il recupero.
Le configurazioni LBL a densità ridotta riducono il numero di riferimenti fissi sul fondale marino combinando le distanze acustiche con dati inerziali, di velocità, di profondità o relativi al movimento del veicolo. Ciò può ridurre i tempi di mobilitazione e la quantità di apparecchiature sul fondale marino. Una minore ridondanza geometrica aumenta la dipendenza dalle traiettorie del veicolo, dalla sincronizzazione, dalla fusione dei sensori, dal rifiuto dei valori anomali e dal monitoraggio dell’incertezza.
I sistemi acustici subacquei supportano la ricerca scientifica, l’ingegneria sottomarina, le operazioni di rilevamento, il tracciamento dei subacquei e il controllo delle imbarcazioni ogni volta che sia necessario stabilire la posizione di un bene sommerso.
Sistema di posizionamento acustico, nodo sensore Subsea Sentinel, di Cellula Robotics.
I team idrografici utilizzano il posizionamento acustico per tracciare i dispositivi trainati, i veicoli telecomandati (ROV), le piattaforme di campionamento e gli strumenti sul fondale marino. I dati di posizione collegano le misurazioni alle coordinate, registrano i punti di dispiegamento e facilitano il riposizionamento o il recupero delle attrezzature.
La ricerca sulla colonna d’acqua può richiedere il tracciamento di profilatori, telecamere, reti, campionatori e veicoli subacquei autonomi (AUV). Il posizionamento acustico ricostruisce i percorsi di campionamento e i transetti ripetuti. La frequenza di aggiornamento, la portata, la potenza, la precisione e l’incertezza devono essere adeguate alla piattaforma e agli obiettivi.
I progetti di archeologia marina utilizzano il posizionamento acustico per georeferenziare veicoli, sistemi di imaging, sommozzatori, strumenti e oggetti recuperati. Il monitoraggio ambientale impiega metodi simili in occasione di nuove ispezioni di habitat, stazioni di campionamento dei sedimenti, siti contaminati o sensori a lungo termine. Il posizionamento ripetibile aiuta a distinguere i cambiamenti ambientali dalle differenze dovute alle indagini o al posizionamento.
I team di costruzione sottomarina utilizzano il posizionamento acustico per guidare veicoli, attrezzature e sensori in prossimità di cavi, condotte, fondazioni, pozzi e altre infrastrutture. I dati di posizionamento supportano il posizionamento, l’ispezione, la metrologia, il monitoraggio dell’atterraggio e i rilievi as-built. Le operazioni di alta precisione possono combinare dati acustici, inerziali, di velocità Doppler, di profondità, sonar e ottici.
Un sistema acustico può fornire un riferimento relativo tra un’imbarcazione di superficie e un transponder sottomarino fisso o mobile. Ciò può supportare il posizionamento dinamico (DP) in prossimità di strutture sottomarine. Gli operatori devono tenere in considerazione continuità, latenza, geometria, ridondanza, interferenze, limiti di allarme e deviazioni non rilevate.
Un sistema completo di posizionamento acustico subacqueo può includere i seguenti componenti:
La precisione finale dipende anche dagli offset dei trasduttori, dall’allineamento angolare, dai ritardi di risposta, dai sistemi di coordinate, dalla sincronizzazione degli orologi e dalla qualità dell’elaborazione.
Il posizionamento acustico viene spesso integrato con altri sensori di navigazione per migliorare la continuità, la stabilità e la precisione tra un aggiornamento acustico e l’altro:
Questi dati possono essere combinati tramite una fusione dei sensori con accoppiamento debole o forte. I sistemi robusti monitorano i residui, scartano le misurazioni non valide, stimano l’incertezza e definiscono il comportamento in caso di perdita degli aggiornamenti.
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La configurazione di un sistema di posizionamento acustico deve tenere conto delle dimensioni del veicolo, della potenza, della profondità operativa, del movimento, del campo visivo acustico e dell’architettura di comunicazione.
I veicoli telecomandati (ROV) sono solitamente dotati di un transponder o di un risponditore per l’ispezione, il campionamento, gli interventi e la costruzione. I dati acustici possono aggiornare il sistema di navigazione inerziale (INS) del veicolo. L’integrazione deve tenere conto delle forze esercitate dal cavo di collegamento, dell’oscuramento, del rumore dei propulsori, dell’assetto, degli scostamenti dei sensori e dei sistemi di riferimento delle coordinate.
I veicoli subacquei autonomi (AUV) utilizzano aggiornamenti acustici per correggere la deriva senza dover risalire in superficie per il GNSS. Possono navigare in relazione a radiofari sul fondale marino, a una nave di supporto o a una piattaforma di superficie senza equipaggio. La frequenza di aggiornamento deve essere bilanciata in base alla potenza, all’accesso al canale, alla portata, alla velocità e alle prestazioni dell’INS.
Le imbarcazioni di superficie senza equipaggio (USV) possono trasportare sistemi GNSS, sensori di assetto e ricetrasmettitori acustici per tracciare risorse sommerse. Il riposizionamento può migliorare la geometria, seguire un AUV o estendere la copertura. Le operazioni cooperative richiedono sincronizzazione, comunicazioni affidabili, prevenzione delle collisioni e sistemi di coordinate condivisi.
I veicoli trainati si muovono indipendentemente dall’imbarcazione a causa della forma del cavo, della corrente, della profondità e delle manovre. Il posizionamento acustico diretto è più affidabile rispetto alle sole stime basate sulla lunghezza del cavo. La combinazione di navigazione dell’imbarcazione, misurazioni del traino, profondità, inclinazione del cavo e rilevamenti acustici rafforza la registrazione della posizione.
Lo sviluppo attuale è incentrato sulla riduzione delle infrastrutture fisse, sul miglioramento della continuità di navigazione e sull’ottenimento di maggiori informazioni da ciascuna trasmissione acustica:
Questi sviluppi stanno ampliando le capacità del sistema, aumentando al contempo l’importanza della sincronizzazione, della calibrazione, della sicurezza informatica, della stima dell’incertezza e di una gestione efficiente del canale acustico.
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