Unterwasser-Positionierungssysteme und Unterwasser-Navigationslösungen ermöglichen es ROVs und AUVs, ihre Position, Bewegung und Ausrichtung auch dort zu ermitteln, wo kein kontinuierlicher GNSS-Empfang verfügbar ist. Diese Systeme unterstützen Vermessungs-, Inspektions-, Hindernisvermeidungs-, Andock-, Verfolgungs-, Minenabwehr- und Geländefolge-Einsätze sowohl im Verteidigungsbereich als auch in kommerziellen Anwendungen.
Auf dieser Seite werden führende Unterwassernavigations- und -ortungssysteme vorgestellt, die zuverlässige Daten zu Tiefe, Kurs, Sichtverhältnissen und Sonar liefern, um während Unterwassereinsätzen zuverlässige Zustandsschätzungen zu gewährleisten.
Lesen Sie den Technologieübersicht
Modernste Navigations- und Ortungslösungen für unbemannte und robotergestützte Systeme
Hochpräzise Navigations- und Positionierungslösungen für unbemannte und autonome Fahrzeuge
Präzisionslösungen für die Positionierung und Orientierung für unbemannte Anwendungen
Robotik und Unterwassertechnologien für Verteidigungs-, kommerzielle und wissenschaftliche Anwendungen
Fortschrittliche Lösungen für die Unterwasserbildgebung und -ortung für unbemannte und autonome Wasserfahrzeuge
Tracking-, Navigations-, Positionierungs- und Kommunikationssensoren für AUV, ROV, USV
Integrierte Systeme und Nutzlasten für unbemannte Oberflächen- und Unterwasserplattformen, die in komplexen maritimen Umgebungen eingesetzt werden
Wetterbeobachtungsstationen, Schallwandler für den maritimen Einsatz, Seitensichtsonare und Unterwasserhöhenmesser
Wenn Sie entwerfen, bauen oder liefern Unterwasser-Navigation und -Ortung, Erstellen Sie ein Profil, um Ihre Kompetenzen zu präsentieren und mit Besuchern in Kontakt zu treten, die einen konkreten Bedarf an Ihren Lösungen haben.
Unterwasser-Navigations- und Ortungssysteme ermöglichen es ferngesteuerten Unterwasserfahrzeugen (ROVs) und autonomen Unterwasserfahrzeugen (AUVs), ihren Standort, ihre Bewegung und ihre Ausrichtung zu bestimmen. Da untergetauchte Plattformen die Signale des globalen Navigationssatellitensystems (GNSS) von der Oberfläche nicht kontinuierlich empfangen können, muss ihre Position anhand einer Kombination aus Trägheitsmessungen, akustischen Entfernungsmessungen, Geschwindigkeitsbeobachtungen, Druck- und Tiefenwerten, Kursreferenzen, Sonarbildern und Umgebungsmerkmalen geschätzt werden.
Kein einzelner Sensor bietet unter allen Betriebsbedingungen ein vollständiges Unterwasser-Positionierungssystem. Hochleistungsfähige ROV- und AUV-Navigationssysteme führen diese vielfältigen Datenquellen zu einer einheitlichen Zustandsschätzung zusammen und überwachen dabei kontinuierlich jede Eingabe auf Latenz, Rauschen, Fehlausrichtung und potenzielle Ausfälle.
Das Subsonus-USBL-Unterwasser-Positionierungssystem von Advanced Navigation
Ein Trägheitsnavigationssystem (INS) schätzt die Fahrzeugbewegung mithilfe von Gyroskopen und Beschleunigungssensoren, um aus einem bekannten Startpunkt die Ausrichtung, Geschwindigkeit und Flugbahn zu berechnen. Da ein INS in sich geschlossen ist und ohne externe Übertragungen arbeitet, ermöglicht es eine kontinuierliche Unterwassernavigation in akustisch verrauschten oder visuell beeinträchtigten Umgebungen. Um eine im Laufe der Zeit auftretende Sensordrift zu verhindern, stützt sich das System auf externe Aktualisierungen durch Doppler-Geschwindigkeitsmesser, Tiefensensoren, akustische Ortung und GNSS-Positionsbestimmungen an der Oberfläche, um ein präzises ROV-Positionierungssystem bzw. den Navigationsstatus eines AUV aufrechtzuerhalten.
Ein Doppler-Geschwindigkeitslogger (DVL) misst die dreidimensionale Fahrzeuggeschwindigkeit, indem er akustische Impulse entlang schräg ausgerichteter Strahlen aussendet und die Frequenzverschiebung der vom Meeresboden zurückkehrenden Echos auswertet. Im Bottom-Track-Modus begrenzt der DVL direkt die Drift bei der Koppelnavigation und ist damit eine grundlegende Komponente für Unterwassernavigationssysteme. Eine enge Integration mit einem INS begrenzt das Anwachsen des Geschwindigkeitsfehlers, wobei die Leistung jedoch weiterhin von Schwankungen der Schallgeschwindigkeit, Höhenbeschränkungen des Fahrzeugs, Sedimentstörungen und dem Verlust der Bodenverankerung abhängig ist.
Ein Ultra-Short-Baseline-System (USBL) ermittelt die Unterwasserposition mithilfe einer kompakten Wandleranordnung, die in der Regel von einem Oberflächenfahrzeug aus eingesetzt wird, um einen am Fahrzeug montierten Transponder abzufragen. Anhand der Signallaufzeit und der akustischen Phasendifferenzen werden Entfernung, Peilung und Höhe des Ziels relativ zur Oberflächenplattform ermittelt. Während USBL nur minimale Infrastruktur am Meeresboden für die ROV-Positionierung und die AUV-Überwachung erfordert, hängt seine Gesamtgenauigkeit von oberflächenbasiertem GNSS, der Kompensation von Schiffsbewegungen, präzisen Schallgeschwindigkeitsprofilen und der Geometrie der Schrägentfernung ab.
Ein Long-Baseline-System (LBL) berechnet die Position des Fahrzeugs durch geometrische Trilateration unter Verwendung einer Anordnung kalibrierter akustischer Transponder, die an festen Standorten auf dem Meeresboden verankert sind. Durch die Umrandung des Einsatzgebiets liefert LBL eine hochgradig wiederholbare Unterwasserpositionierung, unabhängig von der Bewegung des Oberflächenschiffs oder der Wassertiefe. In modernen Einsätzen kommt häufig „Sparse LBL“ zum Einsatz, bei dem eine reduzierte Anzahl von Transponder-Entfernungsaktualisierungen mit einem leistungsfähigen INS und DVL kombiniert wird, um enge Positionsgrenzen bei geringerem Einsatzaufwand aufrechtzuerhalten.
Akustische Baken bieten ortbare Referenzpunkte für die Unterwasserortung, Navigation und Bergung von Objekten. Freilaufende Pinger senden periodische Signale zur Notfallortung aus, während abgefragte Transponder auf spezifische akustische Codes innerhalb von USBL- und LBL-Netzwerken antworten und Responder über Signale der verkabelten Versorgungsleitung ausgelöst werden. Bei der Hardwareauswahl müssen Betriebsfrequenz, akustische Reichweite, rahmenfreie Platzierung der Wandler, Protokollkompatibilität und Batterielaufzeit gegeneinander abgewogen werden.
Ramses LBL-Positionierungstransceiver von Exail
Hydrostatische Drucksensoren liefern die primäre vertikale Referenz für ein Unterwassernavigationssystem, indem sie den äußeren Flüssigkeitsdruck messen und diesen anhand lokaler Wasserdichte- und Schwerkraftmodelle in Tiefe umrechnen. Hochpräzise Resonanzquarz- oder piezoresistive Sensoren schaffen eine starre vertikale Referenz, die die Drift des vertikalen Kanals des Trägheitsnavigationssystems (INS) stabilisiert. Da der Druck die Tiefe unter der Oberfläche und nicht die Höhe über dem Meeresboden angibt, müssen Plattformen für geländefolgende Operationen Tiefensensoren mit akustischen Höhenmessern oder DVLs kombinieren.
Die Kursgenauigkeit bestimmt unmittelbar die Stabilität der Position quer zur Fahrtrichtung in Unterwassernavigationssystemen mit Koppelnavigation. Kleine Plattformen verwenden häufig dreiachsige Magnetometer, deren Leistung jedoch anfällig für Verzerrungen durch Hart- und Weicheisen ist, die von Motoren, Strömungen der Triebwerke und Stahlkonstruktionen ausgehen. Für Anwendungen in Vermessungsqualität und Einsätze in der Nähe von Unterwasserinfrastrukturen messen faseroptische Kreiskompasse die Erdrotation, um eine Ausrichtung auf den geographischen Nordpol ohne magnetische Störungen zu gewährleisten.
Optische Kameras erfassen hochauflösende visuelle Details für Inspektionen im Nahbereich, strukturelle Photogrammetrie, automatisiertes Andocken und Manipulatoraufgaben. Während die Lichtabsorption und -streuung unter Wasser die optische Reichweite einschränken, verfolgen visuelle Odometrie-Algorithmen Bildmerkmale über mehrere Bilder hinweg, um die relative Fahrzeugverschiebung in klarem Wasser abzuschätzen.
Die visuell-inertiale Navigation verbindet die Merkmalsverfolgung durch die Kamera mit Messungen von Hochgeschwindigkeits-Beschleunigungssensoren und Gyroskopen. Die Trägheitssensoren gewährleisten die Zustandsverfolgung auch bei schnellen Wendemanövern oder bei Ausfällen der visuellen Daten, während die Kameraaufnahmen die Trägheitsdrift begrenzen. In Kombination mit einer geeigneten Modellierung der Lichtbrechung am Hafen und einer präzisen Sensor-Zeitsteuerung entsteht so eine robuste Lösung für die Strukturinspektion im Nahbereich.
Das vorwärtsgerichtete Sonar (FLS) scannt den Raum vor einem Fahrzeug ab, um Hindernisse, Geländehöhen, Unterwasserstrukturen und Verwicklungen außerhalb der optischen Reichweite zu erkennen. Mechanische Abtasteinheiten bieten eine hohe Winkelauflösung bei geringeren Datenraten, während Multibeam-FLS-Arrays Echtzeit-Bildaktualisierungsraten erzeugen, die für die dynamische ROV-Navigation und die autonome Hindernisvermeidung von AUVs unerlässlich sind.
Omniscan 450 FS zur ROV-Positionierung von Cerulean Sonar
Das Bildgebungssonar erzeugt zweidimensionale akustische Darstellungen von Unterwasserzielen und umgebenden Strukturen, indem es die Intensität der Rücksignale anzeigt. Diese Systeme unterstützen ROV-Piloten beim Einsatz in trübem Wasser bei Anlageninspektionen, der Annäherung an Strukturen und der Steuerung von Manipulatoren. Multibeam-Bildsonare liefern Bildraten nahezu in Echtzeit, die es den Bedienern ermöglichen, auch während der Fahrt des Fahrzeugs ein klares Situationsbewusstsein aufrechtzuerhalten.
Multibeam-Echolote senden breite akustische Schwadbreiten aus, um dichte bathymetrische Punktwolken und Rückstreudaten des Meeresbodens zu erfassen. Bei Integration in ein AUV oder ROV erfasst das Multibeam-Sonar hochauflösende Bathymetriedaten in unmittelbarer Nähe des Meeresbodens, vorausgesetzt, das Gerät ist eng mit einer präzisen INS-Lageausgleichung, genauen Positionsreferenzen und Echtzeit-Schallgeschwindigkeitsprofilen gekoppelt.
Vigilant FLS für die ROV-Navigation von Forcys
Das Profiling-Sonar nutzt einen schmalen, rotierenden Schallstrahl, um präzise geometrische Querschnittsprofile der Umgebung zu erfassen. Durch die Kombination aufeinanderfolgender Profile mit der Fahrzeugbewegung kartieren diese Sensoren unterirdische Rohrleitungen, überflutete Schächte, Hafenmauern und strukturelle Auswaschungen und bieten dabei feine Winkelmessungen, ohne die hohen Bandbreitenanforderungen breiter Multibeam-Systeme zu stellen.
Das Side-Scan-Sonar sendet fächerförmige akustische Impulse zu beiden Seiten des Fahrzeugs aus und zeichnet die Intensität der zurückgesendeten Signale auf, um Draufsichtbilder des Meeresbodens zu erstellen. Seitenblick-Sonare, die in großem Umfang auf AUVs für die Vermessung von Rohrleitungstrassen, Minenabwehr und großflächige Suchaktionen eingesetzt werden, erfordern eine zuverlässige Verfolgung der Fahrzeugbahn sowie eine Höhenkontrolle, um eine genaue räumliche Georeferenzierung zu gewährleisten.
Das Sonar mit synthetischer Apertur (SAS) kombiniert kohärente akustische Rückmeldungen über mehrere Ping-Positionen hinweg, während sich das Fahrzeug bewegt, und synthetisiert so eine Anordnung, die weitaus länger ist als der physische Wandler. Diese Technik erzielt eine feine, entfernungsunabhängige Auflösung entlang der Fahrbahn für die großflächige Zielerkennung, erfordert jedoch eine äußerst präzise Bahnverfolgung, die durch hochwertige INS-, DVL- und Mikronavigationsverarbeitung gewährleistet wird.
Echolote mit Einzelstrahl messen die direkte Entfernung entlang eines akustischen Pfades und dienen in erster Linie als Höhenmesser, wenn sie nach unten in Richtung Meeresboden ausgerichtet sind. Diese kompakten Sensoren mit geringem Stromverbrauch liefern wichtige Höhenrückmeldungen für die Geländeanpassung, automatisierte Landevorgänge und die Überwachung des Tiefenabstands bei kleinen AUVs und Inspektions-ROVs.
Sub-Bottom-Profiler senden niederfrequente akustische Energie aus, die das Sediment unter dem Meeresboden durchdringt und von darunterliegenden geologischen Schichten sowie vergrabenen Infrastrukturen reflektiert wird. Durch die Montage der Profiler auf Unterwasserplattformen wird der Sensor nahe an den Meeresboden herangeführt, was die räumliche Auflösung bei Vermessungen zur Kabelverlegung, bei der Pipeline-Inspektion und bei der Kartierung geologischer Gefahren verbessert.
Eine effektive Navigation hängt von zuverlässigen Kommunikationskanälen ab, über die Positionsaktualisierungen, Telemetriedaten und Nutzlastdaten über Unterwasserbereiche hinweg übertragen werden.
Diese sich ergänzenden Kommunikationsverbindungen gewährleisten, dass Unterwasserplattformen über alle Einsatztiefen hinweg einen kontinuierlichen Datenfluss und stabile Zustandsschätzungen aufrechterhalten.
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.
