Os sistemas de posicionamento acústico subaquático localizam e rastreiam veículos submersos, instrumentos, mergulhadores e infraestruturas em locais onde os sinais GNSS não estão disponíveis. Através de medições do tempo de propagação acústica, da fase ou do ângulo, estes sistemas calculam a distância e a direção entre alvos submarinos e pontos de referência conhecidos.
Esta página apresenta os principais fabricantes de sistemas de posicionamento acústico subaquático, incluindo sistemas USBL, SBL e LBL para aplicações offshore e oceanográficas.
Leia o Visão geral da tecnologia
Instrumentos, sensores e tecnologias de alto desempenho para exploração e monitorização de ambientes submarinos
Sensores inerciais e sistemas de posicionamento acústico de alta precisão para aplicações marítimas, marítimas e offshore
Soluções de ponta em imagem e posicionamento subaquáticos para exploração submarina
Soluções de rastreio e recuperação acústica subaquática para activos submarinos de missão crítica
Soluções inovadoras de veículos submarinos autónomos para aplicações submarinas de investigação, ciência e segurança
Tecnologias de deteção submarina inovadoras e de alto desempenho para o setor marítimo
Soluções inovadoras de navegação, posicionamento e topografia submarina e marítima
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Os sistemas de posicionamento acústico subaquático localizam veículos, instrumentos, estruturas, mergulhadores e outros recursos submersos em locais onde os sinais do Sistema Global de Navegação por Satélite (GNSS) não conseguem chegar. As medições do tempo de propagação do som, da fase do sinal ou do ângulo determinam a distância, a direção ou ambas entre pontos de referência conhecidos e um alvo subaquático. Os dados do GNSS de superfície, a atitude da embarcação, a profundidade, a temporização e a velocidade do som são, em seguida, combinados para calcular uma posição submarina local ou georreferenciada.
Um sistema de posicionamento acústico subaquático pode fornecer uma determinação de posição independente ou corrigir o desvio no âmbito de uma solução de navegação mais abrangente. O desempenho depende da geometria, do alcance, do alinhamento, do movimento da plataforma, da temporização, da qualidade do sinal, do efeito multipath, de obstruções e da variação da velocidade do som. A seleção deve ter em conta a precisão, a profundidade, a frequência de atualização, a duração da missão, as condições ambientais e a infraestrutura disponível.
Os sistemas de posicionamento acústico são geralmente classificados de acordo com o espaçamento e a disposição dos seus transdutores, transponders, respondedores ou pontos de referência no leito marinho.
Sistema de Posicionamento Acústico Subaquático Subsonus USBL da Advanced Navigation.
Os sistemas de posicionamento acústico de linha de base ultracurta utilizam um conjunto compacto montado na embarcação para determinar a distância e a direção de um transponder ou respondedor submarino. A distância é calculada a partir do tempo de propagação do sinal acústico, enquanto a direção é calculada a partir das diferenças de fase ou de tempo ao longo do conjunto de transdutores. As medições são combinadas com a posição à superfície, o rumo e a atitude. A calibração, a estabilidade do poste, os desvios do braço de alavanca, o movimento da embarcação e as condições acústicas afetam o desempenho.
Um sistema de posicionamento acústico de base curta utiliza vários transdutores instalados ao longo de uma embarcação, estrutura ou plataforma. A sua separação permite que a posição do alvo seja calculada a partir dos alcances medidos ou das diferenças de tempo. A precisão depende das localizações dos transdutores levantadas, do comprimento da base, da geometria, da sincronização e da compensação do movimento.
Um sistema de posicionamento acústico de linha de base longa utiliza múltiplos transponders em posições levantadas no leito marinho. Um veículo ou instrumento mede as distâncias até estas referências para calcular a sua posição dentro ou próximo da rede. O LBL proporciona um posicionamento estável e repetível com menor dependência da localização da embarcação de superfície, mas requer a implantação, a calibração, a gestão das baterias e a recuperação.
As configurações LBL esparsas reduzem o número de referências fixas no fundo marinho, combinando distâncias acústicas com dados inerciais, de velocidade, de profundidade ou de movimento do veículo. Isto pode reduzir o tempo de mobilização e o equipamento no fundo marinho. Uma menor redundância geométrica aumenta a dependência das trajetórias do veículo, da sincronização, da fusão de sensores, da rejeição de valores atípicos e da monitorização da incerteza.
Os sistemas acústicos subaquáticos apoiam a investigação científica, a engenharia submarina, as operações de levantamento, o rastreio de mergulhadores e o controlo de embarcações sempre que seja necessário determinar a posição de um ativo submerso.
Sistema de posicionamento acústico, Subsea Sentinel Sensor Node, da Cellula Robotics.
As equipas hidrográficas utilizam o posicionamento acústico para rastrear dispositivos rebocados, Veículos Operados à Distância (ROVs), plataformas de amostragem e instrumentos no fundo do mar. Os dados de posição associam as medições às coordenadas, registam os locais de implantação e facilitam a relocalização ou a recuperação do equipamento.
A investigação da coluna de água pode exigir o rastreio de perfiladores, câmaras, redes, amostradores e Veículos Subaquáticos Autónomos (AUVs). O posicionamento acústico reconstrói percursos de amostragem e transectos repetidos. A taxa de atualização, o alcance, a potência, a precisão e a incerteza devem corresponder à plataforma e aos objetivos.
Os projetos de arqueologia marinha utilizam o posicionamento acústico para georreferenciar veículos, sistemas de imagem, mergulhadores, ferramentas e objetos recuperados. A monitorização ambiental recorre a métodos semelhantes ao revisitar habitats, estações de sedimentos, locais de contaminação ou sensores de longo prazo. O posicionamento repetível ajuda a distinguir as alterações ambientais das diferenças decorrentes do levantamento ou da colocação.
As equipas de construção submarina utilizam o posicionamento acústico para orientar veículos, ferramentas e sensores em torno de cabos, condutas, fundações, poços e outros ativos. Os dados de posicionamento apoiam a colocação, a inspeção, a metrologia, a monitorização da aterragem e os levantamentos «as-built». Trabalhos de alta precisão podem combinar dados acústicos, inerciais, de velocidade Doppler, de profundidade, de sonar e óticos.
Um sistema acústico pode fornecer uma referência relativa entre uma embarcação de superfície e um transponder submarino fixo ou móvel. Isto pode apoiar o Posicionamento Dinâmico (DP) na proximidade de ativos submarinos. Os operadores devem ter em conta a continuidade, a latência, a geometria, a redundância, a interferência, os limites de alarme e o desvio não detetado.
Um sistema completo de posicionamento acústico subaquático pode incluir os seguintes componentes:
A precisão final depende também dos desvios dos transdutores, do alinhamento angular, dos atrasos de resposta, dos sistemas de coordenadas, da sincronização dos relógios e da qualidade do processamento.
O posicionamento acústico é frequentemente integrado com outros sensores de navegação para melhorar a continuidade, a estabilidade e a precisão entre as atualizações acústicas:
Estes dados podem ser combinados através de fusão de sensores com acoplamento flexível ou estreito. Os sistemas robustos monitorizam os resíduos, rejeitam medições inválidas, estimam a incerteza e definem o comportamento quando se perdem atualizações.
Sistema de posicionamento acústico subaquático, USBL DAT, da Teledyne Marine.
A configuração de um sistema de posicionamento acústico deve ter em conta o tamanho do veículo, a potência, a profundidade de operação, o movimento, o campo de visão acústico e a arquitetura de comunicações.
Os veículos operados remotamente (ROVs) transportam normalmente um transponder ou um respondedor para fins de inspeção, amostragem, intervenção e construção. Os dados acústicos podem atualizar o Sistema de Navegação Inercial (INS) do veículo. A integração deve ter em conta as forças do cabo de ligação, o sombreamento, o ruído dos propulsores, a atitude, os desvios dos sensores e os sistemas de coordenadas.
Os veículos subaquáticos autónomos (AUV) utilizam atualizações acústicas para corrigir o desvio sem terem de emergir para obter sinais GNSS. Podem navegar em relação a balizas no fundo do mar, a uma embarcação de apoio ou a uma plataforma de superfície não tripulada. A taxa de atualização deve ser equilibrada em função da potência, do acesso ao canal, do alcance, da velocidade e do desempenho do INS.
As embarcações de superfície não tripuladas (USV) podem transportar GNSS, sensores de atitude e transceptores acústicos para rastrear ativos submersos. O reposicionamento pode melhorar a geometria, seguir um AUV ou alargar a cobertura. As operações cooperativas requerem sincronização, comunicações fiáveis, prevenção de colisões e sistemas de coordenadas partilhados.
Os veículos rebocados movem-se independentemente da embarcação devido à forma do cabo, à corrente, à profundidade e às manobras. O posicionamento acústico direto é mais fiável do que as estimativas baseadas apenas no comprimento do cabo. A combinação da navegação da embarcação, das medições de reboque, da profundidade, do recuo e das determinações acústicas reforça o registo de posição.
O desenvolvimento atual centra-se na redução da infraestrutura fixa, na melhoria da continuidade da navegação e na obtenção de mais informação a partir de cada transmissão acústica:
Estes desenvolvimentos estão a ampliar a capacidade do sistema, ao mesmo tempo que aumentam a importância da sincronização, da calibração, da cibersegurança, da estimativa de incertezas e da gestão eficiente dos canais acústicos.
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