Los sistemas de registro de velocidad Doppler (DVL) son sensores acústicos submarinos que miden la velocidad del vehículo en tres ejes con respecto al lecho marino o al agua circundante. Se utilizan en AUV, ROV y otros vehículos submarinos no tripulados, y permiten el seguimiento del fondo, la medición de la altitud, el seguimiento del terreno y las maniobras precisas a baja velocidad.
En esta página se presentan los principales fabricantes de DVL para AUV y ROV, que ofrecen soluciones compactas y de alta precisión para la navegación y el posicionamiento submarinos.
Soluciones avanzadas de imagen y posicionamiento submarinos para vehículos marinos no tripulados y autónomos
Sensores de seguimiento, navegación, posicionamiento y comunicación para AUV, ROV y USV
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Un log de velocidad Doppler (DVL) es un sensor acústico submarino que mide la velocidad tridimensional de un vehículo con respecto al lecho marino o a un volumen específico de la columna de agua circundante. Basándose en el principio del desplazamiento Doppler acústico, el instrumento transmite pulsos acústicos de alta frecuencia a lo largo de varios haces angulados y analiza el desplazamiento de frecuencia en los ecos de retorno para calcular el movimiento relativo. La mayoría de los sistemas estándar utilizan una configuración Janus de cuatro haces para determinar este movimiento, lo que proporciona redundancia de medición integrada y, en los sistemas que admiten el funcionamiento con tres haces, permite que se mantenga disponible una solución de velocidad en tres ejes en caso de que un haz quede bloqueado temporalmente o produzca un eco no válido.
En el caso de los vehículos submarinos autónomos (AUV) y los vehículos operados a distancia (ROV), un DVL proporciona las actualizaciones de velocidad continuas y de alta frecuencia necesarias para limitar la deriva posicional de un sistema de navegación inercial (INS) y facilitar el mantenimiento automático de la posición. Aunque se trata de un sensor de movimiento relativo de gran precisión, un DVL no es una herramienta de posicionamiento absoluto, lo que significa que la deriva de posición acumulada debe corregirse periódicamente mediante fijaciones en superficie del Sistema Global de Navegación por Satélite (GNSS), navegación relativa al terreno o redes de posicionamiento acústico.
Log de velocidad Doppler (DVL) y perfilador acústico de corrientes Doppler «Syrinx» de Sonardyne International
El seguimiento del fondo marino es el modo operativo principal utilizado para la navegación submarina, que mide la velocidad del vehículo sobre el terreno en relación con un fondo marino que se supone estacionario. Esto permite al ordenador de navegación integrar la velocidad a lo largo del tiempo y calcular el desplazamiento espacial. La disponibilidad del seguimiento del fondo depende de que este se mantenga dentro del alcance acústico operativo del instrumento y de que se obtengan suficientes señales de retorno acústicas.
Cuando el fondo marino se encuentra a una profundidad inalcanzable, el sensor realiza un seguimiento de las partículas en suspensión y la biomasa presentes en la columna de agua para estimar la velocidad relativa a la masa de agua circundante. Si bien el seguimiento del agua puede proporcionar un flujo continuo de velocidad que ayude a los filtros inerciales, el uso de esta medición para la navegación por estimación sin tener en cuenta las corrientes oceánicas introducirá errores de posición acumulativos con el paso del tiempo. El software de navegación debe distinguir cuidadosamente entre estos modos de referencia para aplicar un modelo de error correcto.
Al combinar las mediciones de al menos tres haces acústicos divergentes, el DVL desglosa el movimiento complejo en vectores de velocidad longitudinal, lateral y vertical. Esta conversión matemática requiere una alineación física precisa durante la instalación del sistema. Cualquier desviación de montaje no compensada puede hacer que el filtro de navegación confunda el movimiento hacia delante con una traslación lateral o vertical.
Además de la velocidad, el DVL mide el tiempo de vuelo acústico a lo largo de cada haz para determinar la distancia oblicua hasta el límite. El procesador a bordo utiliza estas distancias y la geometría conocida de los haces para calcular una medida de altitud que representa el espacio libre por encima del fondo marino. Estos datos de altitud complementan la profundidad de presión referenciada a la superficie para permitir aterrizajes seguros y maniobras de seguimiento del terreno.
Para establecer un bloqueo del fondo, el sensor debe identificar un retorno acústico estable procedente del fondo marino y ajustar sus ventanas de procesamiento. El DVL realiza un seguimiento activo de los cambios de altitud mientras ejecuta rutinas de búsqueda y validación para evitar fijarse en objetivos falsos. Si se pierde el bloqueo debido a un terreno escarpado, a señales débiles o a la aireación, el ordenador de navegación debe cambiar de forma fluida a entradas alternativas de los sensores.
Un sistema de navegación inercial (INS) proporciona estimaciones de movimiento y actitud a alta frecuencia, pero sus errores de posición se acumulan con el tiempo. Al proporcionar al INS actualizaciones frecuentes y de alta precisión de la velocidad siempre que se disponga de una trayectoria válida del fondo marino, un DVL para UUV ayuda a limitar la deriva relacionada con la velocidad. Esta integración permite a los UUV llevar a cabo misiones de larga distancia con una menor necesidad de salir a la superficie para obtener actualizaciones del GPS.
Mantener una distancia segura respecto al fondo marino es fundamental para la cartografía submarina, la obtención de imágenes y los levantamientos batimétricos. El piloto automático utiliza actualizaciones en tiempo real de la altitud y la velocidad vertical procedentes del DVL para ajustar los propulsores y seguir los contornos del lecho marino. Este control de bucle cerrado minimiza el riesgo de colisiones, al tiempo que mantiene los sensores de la carga útil dentro de sus bandas de funcionamiento óptimas.
El DVL del ROV detecta pequeños movimientos del vehículo provocados por las corrientes, la resistencia del cable de conexión o el movimiento del manipulador. El controlador de vuelo del vehículo utiliza esta información de velocidad de alta resolución para ordenar un empuje contrario, lo que ayuda a la plataforma a mantener una posición estable con respecto al lecho marino cuando se combina con estimaciones de rumbo, profundidad y navegación. Este mantenimiento automático de la posición proporciona a los pilotos la estabilidad necesaria para llevar a cabo complejas tareas de mantenimiento submarino.
La ejecución de tareas delicadas, como el acoplamiento o las inspecciones de tuberías, requiere un desplazamiento a baja velocidad extremadamente controlado. El DVL proporciona información directa y de bajo ruido sobre las velocidades laterales y verticales, lo que permite a los sistemas de piloto automático gestionar ajustes espaciales precisos. Esta precisión automatizada garantiza operaciones seguras cerca de infraestructuras submarinas sensibles.
Cuando la escasa visibilidad o un fondo marino sin rasgos distintivos privan a los pilotos de puntos de referencia visuales, los datos del DVL en tiempo real proporcionan una percepción espacial esencial. La visualización de la velocidad, la dirección de la deriva y la altitud ayuda a los operadores a mantener el control en entornos difíciles. Además, un Doppler Velocity Log (DVL) para buques autónomos puede facilitar el atraque preciso y las maniobras en puerto cuando el lecho marino se encuentra dentro del alcance de seguimiento del fondo.
Tracker 650 DVL de Cerulean Sonar
Para construir un sistema de navegación fiable y de alta precisión, es necesario integrar un DVL junto con un conjunto de instrumentos submarinos complementarios.
La combinación de estos diversos flujos de sensores permite a los vehículos submarinos mantener una cobertura de navegación sólida en entornos cambiantes y a distintas profundidades operativas.
A la hora de evaluar las opciones de los fabricantes de logadores de velocidad Doppler (DVL), los ingenieros deben analizar varias especificaciones técnicas que se solapan. La siguiente tabla resumida destaca los parámetros críticos que determinan el rendimiento operativo:
| Especificación | Significado técnico | Importancia en la integración |
| Precisión de la velocidad | Grado de proximidad de la velocidad indicada respecto a la velocidad real, que suele expresarse como un porcentaje de la velocidad medida más una desviación fija. | Determina la tasa de deriva de la posición durante la navegación por estima. |
| Precisión de la velocidad | Variación aleatoria estadística observada en mediciones repetidas en condiciones estables. | Influye en la suavidad de los bucles de control de vuelo y en el ajuste de los filtros del INS. |
| Rango de seguimiento del fondo | Límites de altitud mínima y máxima para mantener el seguimiento del lecho marino. | Define el espacio de maniobra vertical del vehículo. |
| Altitud mínima de seguimiento | La distancia mínima a un límite a partir de la cual se puede calcular la velocidad de forma fiable. | Es fundamental para el aterrizaje, el acoplamiento y las operaciones en espacios reducidos. |
| Frecuencia de actualización | Frecuencia a la que se envían los nuevos paquetes de datos de velocidad. | Las tasas de salida elevadas mejoran la estabilidad y la capacidad de respuesta del piloto automático. |
| Latencia de medición | Retraso temporal entre la medición acústica física y la disponibilidad de los datos. | Una latencia no compensada puede desestabilizar los bucles de control a alta velocidad. |
| Profundidad nominal | Presión hidrostática máxima que puede soportar la carcasa del sensor. | Define los límites físicos del perfil de inmersión del vehículo. |
Los recientes avances en ingeniería están ampliando las capacidades y las opciones de implementación de la tecnología de log de velocidad Doppler (DVL).
Estas innovaciones siguen ampliando el acceso a la navegación submarina avanzada y facilitan operaciones oceánicas autónomas más eficaces.
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