O sonar de imagem utiliza impulsos acústicos e o processamento de ecos para produzir imagens subaquáticas em tempo real nos casos em que a turbidez, a escuridão ou os sedimentos em suspensão limitam o desempenho das câmaras óticas. Desde a navegação até ao mapeamento de alta resolução, os modernos sistemas de sonar de imagem 2D e 3D proporcionam uma perceção espacial crucial nestes ambientes.
Esta categoria apresenta os principais fornecedores de sonares de imagem, que disponibilizam sistemas concebidos para integração com ROVs, AUVs, plataformas rebocadas, embarcações de superfície e instalações fixas.
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O sonar de imagem subaquática funciona como um sensor essencial para operações submarinas quando as condições de visibilidade nula tornam as câmaras óticas convencionais ineficazes. Ao projetar impulsos de energia acústica na coluna de água e medir o tempo, a direção e a intensidade dos ecos de retorno, estes sistemas de imagem por sonar convertem dados brutos em imagens de sonar subaquáticas interpretáveis. As regiões claras no ecrã indicam geralmente reflexos acústicos fortes, enquanto as manchas escuras podem indicar sombras acústicas, águas abertas ou áreas que produzem reflexos fracos. A intensidade do reflexo depende também da rugosidade da superfície, da orientação do alvo, do ângulo de incidência, do alcance e do ganho do sistema.
BlueView BV5000 MK2 3D da Teledyne Marine.
Esta tecnologia proporciona uma perceção situacional em tempo real, mapeamento estrutural e classificação do leito marinho em áreas extensas, mesmo em ambientes marinhos turvos. A classificação do leito marinho pode requerer processamento adicional e dados de levantamento de apoio para distinguir entre diferentes materiais e tipos de habitat. A seleção do sistema de imagem por sonar adequado exige um equilíbrio entre a frequência de funcionamento e o alcance máximo, uma vez que as frequências mais elevadas proporcionam, geralmente, um detalhe espacial mais preciso, mas sofrem uma maior atenuação acústica. Em última análise, os operadores submarinos escolhem os sonares de imagem com base no tamanho do alvo, nas restrições de carga útil da plataforma de implantação, na resolução necessária e nas condições ambientais locais.
As infraestruturas submarinas exigem uma avaliação rigorosa que não pode ser realizada de forma fiável apenas com câmaras óticas. Os engenheiros utilizam equipamento especializado de imagem por sonar para inspecionar condutas, cabos, coletores de produção, tubos ascendentes, sistemas de amarração e fundações offshore. A incorporação de um sistema avançado de imagem por sonar subaquático permite aos operadores identificar a posição, a orientação e a geometria visível de um ativo a uma distância segura, antes de mobilizar mergulhadores. Nos Veículos Operados à Distância (ROVs), um sonar de imagem frontal proporciona aos pilotos uma visão imediata das estruturas para além do alcance efetivo das luzes do veículo, facilitando a aproximação segura, a manutenção da posição e a colocação de ferramentas em águas turvas.
Os cientistas oceânicos utilizam a imagem por sonar subaquático para observar processos físicos e biológicos que podem ser difíceis de estudar através da observação ótica. As principais aplicações incluem a caracterização de habitats, o mapeamento do fundo marinho, a monitorização de peixes e a investigação do transporte de sedimentos em torno de recifes sensíveis. Os sistemas de imagem por sonar multifeixe de alta frequência e as câmaras acústicas registam o movimento e o comportamento da vida marinha sem necessidade de luz artificial, ajudando a reduzir perturbações comportamentais induzidas pela luz. Na investigação bentónica, os sistemas de sonar de imagem lateral fornecem um contexto espacial essencial, revelando variações na textura do fundo marinho, no relevo e nos limites dos habitats, embora possam ser necessárias amostras de apoio ou observações óticas para uma classificação definitiva.
As equipas de busca e recuperação utilizam dispositivos de imagem por sonar para localizar veículos submersos, embarcações, aeronaves acidentadas e equipamento desaparecido quando as posições são incertas. As buscas em áreas extensas dependem normalmente de um sonar de imagem rebocado para cobrir grandes áreas do fundo do mar de forma eficiente. Assim que um alvo potencial é identificado, os operadores mudam para um sonar de imagem frontal ou um sistema de varredura de alta resolução para realizar uma investigação detalhada. Esta tecnologia é particularmente valiosa em ambientes perigosos onde os mergulhadores enfrentam visibilidade quase nula, ajudando os operadores a avaliar a posição, a forma e a orientação do alvo antes de o pessoal entrar na água.
Para além das operações offshore e científicas padrão, a imagem por sonar desempenha um papel cada vez mais importante em setores industriais como a aquicultura e a segurança portuária. Os veículos subaquáticos utilizam matrizes de imagem frontal para a deteção de obstáculos, o acompanhamento do terreno e as manobras em espaços restritos. Quando estreitamente integrados com instrumentos de navegação e software de processamento adequado, os dados podem alimentar algoritmos de localização em ambientes sem sinal de GPS. Os estudos arqueológicos também recorrem a estes sistemas para mapear naufrágios históricos sem contacto físico direto, enquanto o setor das energias renováveis confia neles para apoiar levantamentos de instalação, verificação do estado atual e inspeção de infraestruturas.
Omniscan 450 Compact da Cerulean Sonar.
Um sonar de imagem com visão frontal projeta feixes acústicos à frente de uma plataforma e traduz os ecos recebidos numa visão em tempo real do percurso à frente. Normalmente instalado em ROVs e AUVs, as suas funções principais incluem a deteção de obstáculos, a aproximação a alvos e a perceção geral da navegação. Muitos sistemas modernos utilizam feixes formados eletronicamente para cobrir um amplo setor horizontal sem depender de peças físicas móveis, permitindo uma rápida taxa de atualização da imagem. Os operadores devem ter em conta que a largura vertical do feixe é frequentemente mais ampla do que o foco horizontal, o que significa que os sinais de retorno provenientes de diferentes elevações podem aparecer à mesma distância e rumo numa imagem plana de sonar 2D.
Um sonar de imagem multifeixe funciona através da transmissão de um impulso acústico e da captação de sinais num campo de visão definido, utilizando múltiplos feixes de receção estreitos e formados eletronicamente. Um único impulso transmitido pode produzir um conjunto completo de medições com resolução de distância, gerando um quadro instantâneo de imagem 2D do sonar em muitas arquiteturas de sistema. Esta arquitetura eletrónica reduz ou elimina a necessidade de mecanismos de varredura mecânicos, melhorando a fiabilidade e permitindo elevadas taxas de atualização adequadas para o rastreio de alvos em movimento. O desempenho do sistema é fortemente determinado pela frequência de funcionamento, pelo tamanho da matriz, pelo espaçamento entre elementos, pela largura do feixe, pela largura de banda do sinal e pela potência de processamento.
As unidades de varredura mecânica utilizam um feixe acústico estreito e altamente focado, que é deslocado fisicamente através de um setor selecionado ou de um círculo completo de 360 graus. Em muitos sistemas, os elementos transdutores rodam internamente dentro de um invólucro fixo cheio de fluido, permitindo que a estrutura externa permaneça fixa. Este design permite obter imagens panorâmicas detalhadas utilizando uma cabeça de sensor relativamente compacta. No entanto, uma vez que a imagem é montada progressivamente à medida que o motor desloca o feixe, o movimento da plataforma ou do alvo durante a varredura pode introduzir distorção geométrica.
Quando o objetivo é o mapeamento de grandes áreas do leito marinho, os sistemas de varredura lateral oferecem uma capacidade dedicada de sonar de imagem lateral. Normalmente incorporados num corpo rebocado ou integrados ao longo dos flancos de um AUV, esta arquitetura projeta impulsos acústicos em forma de leque, perpendiculares à linha de traço do levantamento. As imagens resultantes revelam variações na refletividade do fundo marinho e na topografia em pequena escala. Superfícies duras, rugosas ou com orientação favorável podem produzir reflexões intensas, enquanto que os objetos que se projetam do fundo projetam sombras acústicas proeminentes que podem ajudar os operadores a estimar a altura do alvo quando a altitude do sonar e a geometria de visualização são conhecidas.
O Sonar de Abertura Sintética (SAS) aproveita o movimento de avanço controlado de um veículo subaquático para combinar de forma coerente os sinais acústicos recebidos sucessivamente, sintetizando uma matriz virtual significativamente mais longa do que o transdutor físico. Ao contrário dos sistemas convencionais de varredura lateral, em que a resolução ao longo da trajetória geralmente se degrada à medida que o alcance aumenta, o processamento de abertura sintética consegue manter uma resolução ao longo da trajetória muito elevada, que é substancialmente menos dependente do alcance ao longo da faixa de operação. Isto torna-o uma ferramenta valiosa para a deteção de pequenos objetos e o mapeamento de condutas em grandes áreas. A contrapartida reside nos exigentes requisitos de navegação e estimativa de movimento, nas restrições de coerência acústica e nos elevados requisitos de processamento.
Os sistemas acústicos padrão dependem de vários subconjuntos interligados para capturar e processar dados subaquáticos.
Em conjunto, estes elementos de hardware influenciam a resolução, a clareza dos dados, a taxa de fotogramas e o alcance acústico. Os limites de profundidade operacional dependem também das classificações de pressão da caixa de proteção, dos conectores, da cablagem e dos componentes mecânicos associados.
Os contínuos desenvolvimentos de engenharia estão a expandir as capacidades dos modernos sistemas de mapeamento acústico.
Estas tendências emergentes apontam para sistemas submarinos cada vez mais autónomos, capazes de se adaptarem ao ambiente em tempo real e de serem utilizados a longo prazo com intervenção humana reduzida.
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