Doppler-Geschwindigkeitsmesssysteme (DVL) sind akustische Unterwassersensoren, die die dreiachsige Geschwindigkeit eines Fahrzeugs relativ zum Meeresboden oder zum umgebenden Wasser messen. Sie kommen bei AUVs, ROVs und anderen unbemannten Unterwasserfahrzeugen zum Einsatz und unterstützen die Bodenverfolgung, die Höhenmessung, das Geländefolgen sowie präzises Manövrieren bei niedrigen Geschwindigkeiten.
Auf dieser Seite werden führende Hersteller von DVL-Systemen für AUVs und ROVs vorgestellt, die kompakte, hochpräzise Lösungen für die Unterwassernavigation und -positionierung anbieten.
Lesen Sie den Technologieübersicht
Fortschrittliche Lösungen für die Unterwasserbildgebung und -ortung für unbemannte und autonome Wasserfahrzeuge
Tracking-, Navigations-, Positionierungs- und Kommunikationssensoren für AUV, ROV, USV
Wenn Sie entwerfen, bauen oder liefern Doppler-Geschwindigkeitsmessgeräte (DVL), Erstellen Sie ein Profil, um Ihre Kompetenzen zu präsentieren und mit Besuchern in Kontakt zu treten, die einen konkreten Bedarf an Ihren Lösungen haben.
Ein Doppler-Geschwindigkeitslogger (DVL) ist ein Unterwasser-Akustiksensor, der die dreidimensionale Geschwindigkeit eines Fahrzeugs relativ zum Meeresboden oder zu einem bestimmten Volumen der umgebenden Wassersäule misst. Das Gerät arbeitet nach dem Prinzip der akustischen Dopplerverschiebung: Es sendet hochfrequente akustische Impulse entlang mehrerer schräg ausgerichteter Strahlen aus und analysiert die Frequenzverschiebung in den zurückkehrenden Echos, um die Relativbewegung zu berechnen. Die meisten Standardsysteme nutzen eine Vier-Strahl-Janus-Konfiguration zur Ermittlung dieser Bewegung. Dies bietet eine integrierte Messredundanz und ermöglicht in Systemen, die den Dreistrahlbetrieb unterstützen, dass eine dreiachsige Geschwindigkeitsbestimmung weiterhin verfügbar bleibt, falls ein Strahl vorübergehend blockiert ist oder ein ungültiges Echosignal liefert.
Für autonome Unterwasserfahrzeuge (AUVs) und ferngesteuerte Unterwasserfahrzeuge (ROVs) liefert ein DVL die kontinuierlichen, hochfrequenten Geschwindigkeitsaktualisierungen, die erforderlich sind, um die Positionsdrift eines Trägheitsnavigationssystems (INS) zu begrenzen und die automatische Positionshaltung zu unterstützen. Obwohl es sich um einen hochpräzisen Relativbewegungssensor handelt, ist ein DVL kein absolutes Positionierungsinstrument, was bedeutet, dass die kumulative Positionsabweichung weiterhin regelmäßig mithilfe von GNSS-Oberflächenpositionen (Global Navigation Satellite System), geländebezogener Navigation oder akustischen Positionierungsnetzwerken korrigiert werden muss.
Syrinx DVL (Doppler-Geschwindigkeitslog) und akustischer Doppler-Strömungsprofiler von Sonardyne International
Die Bodenverfolgung ist der primäre Betriebsmodus für die Unterwassernavigation, bei dem die Geschwindigkeit des Fahrzeugs über dem Boden relativ zum als stationär angenommenen Meeresboden gemessen wird. Dies ermöglicht es dem Navigationscomputer, die Geschwindigkeit über die Zeit zu integrieren und die räumliche Verschiebung zu berechnen. Die Verfügbarkeit der Bodenverfolgung hängt davon ab, dass sich der Meeresboden innerhalb der akustischen Reichweite des Geräts befindet und ausreichende akustische Echos empfangen werden.
Wenn der Meeresboden zu tief liegt, um ihn zu erreichen, erfasst der Sensor suspendierte Partikel und Biomasse in der Wassersäule, um die Geschwindigkeit relativ zur umgebenden Wassermasse abzuschätzen. Zwar kann die Wasserverfolgung einen kontinuierlichen Geschwindigkeitsstrom liefern, der Trägheitsfilter unterstützt, doch führt die Verwendung dieser Messung für die Koppelnavigation ohne Berücksichtigung von Meeresströmungen im Laufe der Zeit zu kumulativen Positionsfehlern. Die Navigationssoftware muss sorgfältig zwischen diesen Referenzmodi unterscheiden, um eine korrekte Fehlermodellierung anzuwenden.
Durch die Kombination von Messungen aus mindestens drei in unterschiedliche Richtungen verlaufenden akustischen Strahlen zerlegt das DVL komplexe Bewegungen in Längs-, Quer- und Vertikalgeschwindigkeitsvektoren. Diese mathematische Umrechnung erfordert eine präzise physikalische Ausrichtung während der Systeminstallation. Nicht ausgeglichene Montageversätze können dazu führen, dass der Navigationsfilter Vorwärtsbewegung fälschlicherweise als Quer- oder Vertikalverschiebung interpretiert.
Zusätzlich zur Geschwindigkeit misst das DVL die akustische Laufzeit entlang jedes Strahls, um die schräge Entfernung zur Grenze zu bestimmen. Der bordeigene Prozessor nutzt diese Entfernungswerte und die bekannte Strahlgeometrie, um eine Höhenmessung zu berechnen, die den Abstand über dem Meeresboden angibt. Diese Höhendaten ergänzen die auf die Meeresoberfläche bezogene Druck-Tiefe, um sichere Landungen und geländegeleitete Manöver zu ermöglichen.
Um eine Bodenverankerung herzustellen, muss der Sensor ein stabiles akustisches Echosignal vom Meeresboden identifizieren und seine Verarbeitungsfenster entsprechend anpassen. Das DVL verfolgt aktiv Höhenänderungen und führt gleichzeitig Such- und Validierungsroutinen durch, um eine Verfolgung falscher Ziele zu vermeiden. Wird die Verankerung aufgrund von steilem Gelände, schwachen Echos oder Belüftung verloren, muss der Navigationscomputer nahtlos auf alternative Sensoreingaben umschalten.
Ein Trägheitsnavigationssystem (INS) liefert hochfrequente Bewegungs- und Lageabschätzungen, doch seine Positionsfehler summieren sich im Laufe der Zeit. Indem das INS regelmäßig mit hochpräzisen Geschwindigkeitsaktualisierungen versorgt wird, sobald eine gültige Bodenverfolgung verfügbar ist, hilft ein UUV-DVL dabei, geschwindigkeitsbedingte Abweichungen zu begrenzen. Diese Integration ermöglicht es UUVs, Langstreckenmissionen durchzuführen, ohne so häufig an die Oberfläche auftauchen zu müssen, um GPS-Aktualisierungen zu erhalten.
Die Einhaltung eines Sicherheitsabstands zum Meeresboden ist für die Unterwasserkartierung, Bildgebung und bathymetrische Vermessungen von entscheidender Bedeutung. Der Autopilot nutzt Echtzeit-Aktualisierungen der Höhe und der vertikalen Geschwindigkeit vom DVL, um die Triebwerke anzupassen und den Konturen des Meeresbodens zu folgen. Diese Regelung im geschlossenen Regelkreis minimiert das Kollisionsrisiko und hält gleichzeitig die Sensoren der Nutzlast innerhalb ihrer optimalen Betriebsbereiche.
Ein ROV-DVL erfasst kleine Fahrzeugbewegungen, die durch Strömungen, den Widerstand des Verbindungskabels oder Manipulatorbewegungen verursacht werden. Der Flugcontroller des Fahrzeugs nutzt diese hochauflösenden Geschwindigkeitsdaten, um einen Gegenschub zu steuern, wodurch die Plattform in Kombination mit Kurs-, Tiefen- und Navigationsschätzungen eine stabile Position relativ zum Meeresboden beibehält. Diese automatische Positionshaltung bietet den Piloten die erforderliche Stabilität für komplexe Wartungsarbeiten unter Wasser.
Die Ausführung heikler Aufgaben wie das Andocken oder die Inspektion von Pipelines erfordert eine äußerst präzise, langsame Fortbewegung. Der DVL liefert direkte, rauscharme Rückmeldungen zu seitlichen und vertikalen Geschwindigkeiten, wodurch Autopilotsysteme feine räumliche Anpassungen vornehmen können. Diese automatisierte Präzision unterstützt sichere Einsätze in der Nähe sensibler Unterwasserinfrastruktur.
Wenn schlechte Sichtverhältnisse oder ein strukturloser Meeresboden den Steuerleuten visuelle Bezugspunkte vorenthalten, liefern DVL-Daten in Echtzeit unverzichtbare Informationen zur räumlichen Orientierung. Die Anzeige von Geschwindigkeit, Driftrichtung und Höhe hilft den Bedienern, in anspruchsvollen Umgebungen die Kontrolle zu behalten. Darüber hinaus kann ein Doppler-Geschwindigkeitslogger (DVL) für autonome Schiffe präzises Anlegen und Manövrieren im Hafen unterstützen, sofern sich der Meeresboden innerhalb der Reichweite der Bodenverfolgung befindet.
Tracker 650 DVL von Cerulean Sonar
Um ein zuverlässiges, hochpräzises Navigationssystem aufzubauen, muss ein DVL zusammen mit einer Reihe ergänzender Unterwasserinstrumente integriert werden.
Durch die Kombination dieser vielfältigen Sensorströme können Unterwasserfahrzeuge eine robuste Navigationsabdeckung in wechselnden Umgebungen und Einsatztiefen aufrechterhalten.
Bei der Bewertung der Angebote verschiedener Hersteller von Doppler-Geschwindigkeitsloggen (DVL) müssen Ingenieure mehrere sich überschneidende technische Spezifikationen analysieren. Die folgende übersichtliche Tabelle hebt die entscheidenden Parameter hervor, die die Betriebsleistung bestimmen:
| Spezifikation | Technische Bedeutung | Bedeutung für die Integration |
| Geschwindigkeitsgenauigkeit | Wie genau die gemeldete Geschwindigkeit der tatsächlichen Geschwindigkeit entspricht; wird häufig als Prozentsatz der gemessenen Geschwindigkeit zuzüglich eines festen Offsets angegeben. | Bestimmt die Rate der Positionsabweichung bei der Koppelnavigation. |
| Geschwindigkeitspräzision | Statistische Zufallsschwankung, die bei wiederholten Messungen unter stationären Bedingungen beobachtet wird. | Beeinflusst die Laufruhe von Flugregelkreisen und die Abstimmung von INS-Filtern. |
| Reichweite der Meeresbodenverfolgung | Mindest- und Höchsthöhengrenzen für die Aufrechterhaltung der Meeresbodenverfolgung. | Definiert den vertikalen Einsatzbereich des Fahrzeugs. |
| Mindestverfolgungshöhe | Der geringste Abstand zu einer Grenze, bei dem die Geschwindigkeit zuverlässig berechnet werden kann. | Entscheidend für Landungen, Andockvorgänge und Einsätze in beengten Räumen. |
| Aktualisierungsfrequenz | Die Rate, mit der neue Geschwindigkeitsdatenpakete übermittelt werden. | Hohe Übertragungsraten verbessern die Stabilität und Reaktionsfähigkeit des Autopiloten. |
| Messverzögerung | Zeitverzögerung zwischen der physikalischen akustischen Messung und der Verfügbarkeit der Daten. | Eine nicht kompensierte Latenz kann Hochgeschwindigkeits-Regelkreise destabilisieren. |
| Tiefengrenze | Maximaler hydrostatischer Druck, dem das Sensorgehäuse standhalten kann. | Definiert die physikalischen Grenzen des Tauchprofils des Fahrzeugs. |
Jüngste technische Fortschritte erweitern die Leistungsfähigkeit und die Einsatzmöglichkeiten der Doppler-Geschwindigkeitsmessung (DVL).
Diese Innovationen erweitern den Zugang zu fortschrittlicher Unterwassernavigation kontinuierlich und unterstützen leistungsfähigere autonome Meeresoperationen.
Suche nach Unternehmen & Produkten
Abonnieren Sie den wöchentlichen eBrief
Die neuesten technischen Entwicklungen direkt in deinen Posteingang - schließe dich Tausenden von Ingenieurinnen und Ingenieuren an, die diesen Newsletter erhalten.