Los sistemas de posicionamiento submarino y las soluciones de navegación submarina permiten a los ROV y AUV estimar su ubicación, movimiento y orientación en lugares donde no se dispone de recepción continua de GNSS. Estos sistemas facilitan misiones de topografía, inspección, evitación de obstáculos, atraque, seguimiento, contramedidas contra minas y seguimiento del terreno, tanto en aplicaciones de defensa como comerciales.
En esta página se presentan los principales sistemas de navegación y posicionamiento submarinos, que proporcionan datos fiables de profundidad, rumbo, visión y sonar para mantener estimaciones fiables del estado durante las operaciones submarinas.
Soluciones de vanguardia en navegación y posicionamiento para sistemas no tripulados y robóticos
Soluciones de navegación y posicionamiento de alta precisión para vehículos no tripulados y autónomos
Soluciones de posicionamiento y orientación de precisión para aplicaciones no tripuladas
Robótica y tecnologías submarinas para aplicaciones de defensa, comerciales y científicas
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
Sistemas integrados y cargas útiles para plataformas no tripuladas de superficie y submarinas que operan en entornos marítimos complejos
Estaciones de monitorización meteorológica, transductores marinos, sonares de barrido lateral y altímetros submarinos
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Los sistemas de navegación y posicionamiento submarinos permiten a los vehículos operados a distancia (ROV)y a los vehículos submarinos autónomos (AUV) determinar su ubicación, movimiento y orientación. Dado que las plataformas sumergidas no pueden recibir de forma continua las señales del Sistema Global de Navegación por Satélite (GNSS) de la superficie, su posición debe estimarse mediante combinaciones de mediciones inerciales, distancias acústicas, observaciones de velocidad, profundidad de presión, referencias de rumbo, imágenes de sonar y características del entorno.
Ningún sensor por sí solo proporciona un sistema completo de posicionamiento submarino en todas las condiciones de funcionamiento. Los sistemas de navegación de alta capacidad para ROV y AUV fusionan estas diversas fuentes de datos en una estimación unificada del estado, al tiempo que supervisan continuamente cada entrada en busca de latencia, ruido, desalineación y posibles fallos.
Sistema de posicionamiento submarino Subsonus USBL de Advanced Navigation
Un sistema de navegación inercial (INS) estima el movimiento del vehículo utilizando giroscopios y acelerómetros para calcular la orientación, la velocidad y la trayectoria a partir de un punto de partida conocido. Dado que un INS es autónomo y funciona sin transmisiones externas, proporciona una navegación submarina continua en entornos con ruido acústico o con visibilidad reducida. Para evitar la deriva acumulada de los sensores con el paso del tiempo, el sistema se basa en actualizaciones externas procedentes de registradores de velocidad Doppler, sensores de profundidad, posicionamiento acústico y posiciones GNSS en superficie, con el fin de mantener un sistema de posicionamiento preciso del ROV o el estado de navegación del AUV.
Un registrador de velocidad Doppler (DVL) mide la velocidad tridimensional del vehículo transmitiendo pulsos acústicos a lo largo de haces angulados y procesando el desplazamiento de frecuencia de los ecos que regresan del lecho marino. Cuando funciona en modo de seguimiento del fondo, el DVL limita directamente la deriva de la navegación por estima, lo que lo convierte en un componente fundamental de los sistemas de navegación submarina. La estrecha integración con un INS limita el aumento del error de velocidad, aunque el rendimiento sigue estando sujeto a variaciones en la velocidad del sonido, límites de altitud del vehículo, interferencias de sedimentos y pérdida de fijación en el lecho marino.
Un sistema de línea de base ultracorta (USBL) determina la posición submarina utilizando una matriz compacta de transductores que, por lo general, se despliega desde una embarcación de superficie para interrogar a un transpondedor montado en el vehículo. El tiempo de propagación de la señal y las diferencias de fase acústica establecen la distancia, el rumbo y la elevación del objetivo con respecto a la plataforma de superficie. Si bien el sistema USBL requiere una infraestructura mínima en el lecho marino para el posicionamiento de los ROV y la supervisión de los AUV, su precisión global depende del GNSS de superficie, la compensación del movimiento de la embarcación, perfiles precisos de la velocidad del sonido y la geometría de la distancia oblicua.
Un sistema de línea de base larga (LBL) calcula la ubicación del vehículo mediante trilateración geométrica, utilizando una red de transpondedores acústicos calibrados anclados en puntos fijos del lecho marino. Al rodear la zona de trabajo, el LBL ofrece un posicionamiento submarino altamente repetible, independiente del movimiento de la embarcación de superficie o de la profundidad del agua. Las operaciones modernas suelen adoptar el sistema LBL disperso, que combina un número reducido de actualizaciones de alcance de los transpondedores con un INS y un DVL eficaces para mantener límites de posicionamiento ajustados con menores costes de despliegue.
Las balizas acústicas proporcionan referencias detectables para el seguimiento submarino, la navegación y la recuperación de activos. Los emisores de señales acústicas de funcionamiento autónomo emiten señales periódicas para la localización en caso de emergencia, mientras que los transpondedores interrogados responden a códigos acústicos específicos dentro de las redes USBL y LBL, y los dispositivos de respuesta se activan mediante señales umbilicales cableadas. La selección del hardware requiere encontrar un equilibrio entre la frecuencia de funcionamiento, el alcance acústico, la colocación del transductor fuera del marco, la compatibilidad de protocolos y la autonomía de la batería.
» de Exail
Los sensores de presión hidrostática proporcionan la referencia vertical principal para un sistema de navegación submarina, midiendo la presión externa del fluido y convirtiéndola en profundidad mediante modelos locales de densidad del agua y gravedad. Los sensores de cuarzo resonante o piezorresistivos de alta precisión establecen una restricción vertical rígida que estabiliza la deriva del canal vertical del INS. Dado que la presión indica la profundidad por debajo de la superficie, en lugar de la altitud por encima del lecho marino, las plataformas deben combinar los sensores de profundidad con altímetros acústicos o DVL para las operaciones de seguimiento del terreno.
La precisión del rumbo determina directamente la estabilidad de la posición transversal en los sistemas de navegación submarina por estimación. Las plataformas pequeñas suelen utilizar magnetómetros triaxiales, aunque su rendimiento es vulnerable a las distorsiones provocadas por el hierro duro y el hierro blando procedentes de motores, corrientes de los propulsores y estructuras de acero. Para aplicaciones de nivel topográfico y operaciones cerca de infraestructuras submarinas, los giroscopios de fibra óptica miden la rotación de la Tierra para proporcionar una orientación hacia el norte verdadero libre de interferencias magnéticas.
Las cámaras ópticas capturan detalles visuales de alta resolución para la inspección a corta distancia, la fotogrametría estructural, el acoplamiento automatizado y las tareas de los manipuladores. Si bien la absorción y la dispersión de la luz bajo el agua limitan el alcance óptico, los algoritmos de odometría visual realizan un seguimiento de las características de la imagen a lo largo de los fotogramas para estimar el desplazamiento relativo del vehículo en aguas claras.
La navegación visual-inercial fusiona el seguimiento de características de la cámara con mediciones de alta frecuencia procedentes del acelerómetro y el giroscopio. Los sensores inerciales mantienen el seguimiento del estado durante giros rápidos o pérdidas de señal visual, mientras que las observaciones de la cámara limitan la deriva inercial, creando una solución robusta para la inspección estructural a corta distancia cuando se combina con un modelado adecuado de la refracción en el puerto y una sincronización precisa de los sensores.
Omniscan 450 FS para el posicionamiento de ROV, de Cerulean Sonar
El sonar de visión frontal (FLS) escanea el volumen situado delante de un vehículo para detectar obstáculos, elevaciones del terreno, estructuras submarinas y enredos más allá del alcance óptico. Las unidades de barrido mecánicas proporcionan una alta resolución angular a velocidades de transmisión de datos más bajas, mientras que los conjuntos de FLS multihaz generan frecuencias de actualización de imágenes en tiempo real, esenciales para la navegación dinámica de los ROV y la evitación autónoma de obstáculos por parte de los AUV.
El sonar de imágenes genera representaciones acústicas bidimensionales de objetivos submarinos y estructuras circundantes mediante la visualización de la intensidad de la señal de retorno. Estos sistemas ayudan a los pilotos de ROV que operan en aguas turbias durante inspecciones de activos, aproximaciones a estructuras y el guiado de manipuladores. Los sonares de imágenes multihaz ofrecen velocidades de fotogramas casi en tiempo real que permiten a los operadores mantener una clara percepción de la situación mientras el vehículo está en movimiento.
Los ecosondas multihaz transmiten amplios haces acústicos para capturar densas nubes de puntos batimétricos y datos de retrodispersión del lecho marino. Cuando se integra en un AUV o un ROV, el sonar multihaz recopila datos batimétricos de alta resolución cerca del lecho marino, siempre que la unidad esté estrechamente acoplada a una compensación de actitud INS precisa, referencias de posición exactas y perfiles de velocidad del sonido en tiempo real.
Vigilant FLS para la navegación de ROV, de Forcys
El sonar de perfilado utiliza un haz acústico estrecho y giratorio para capturar perfiles geométricos transversales precisos de los entornos circundantes. Al combinar perfiles sucesivos con el movimiento del vehículo, estos sensores cartografían tuberías internas, pozos inundados, muros portuarios y socavación estructural, ofreciendo mediciones angulares precisas sin los elevados requisitos de ancho de banda de los sistemas multihaz de amplio alcance.
El sonar de barrido lateral proyecta pulsos acústicos en forma de abanico a ambos lados del vehículo, registrando la intensidad de la señal de retorno para generar imágenes en planta del lecho marino. Ampliamente utilizado en vehículos submarinos autónomos (AUV) para estudios de trazado de tuberías, contramedidas contra minas y búsquedas en áreas extensas, el sonar de barrido lateral requiere un seguimiento fiable de la trayectoria del vehículo y un control de la altitud para garantizar una georreferenciación espacial precisa.
El sonar de apertura sintética (SAS) combina señales acústicas coherentes procedentes de múltiples posiciones de emisión a medida que se desplaza el vehículo, sintetizando así una matriz mucho más larga que el transductor físico. Esta técnica permite obtener una resolución precisa a lo largo de la trayectoria, independiente de la distancia, para la detección de objetivos en áreas extensas, pero requiere un seguimiento de la trayectoria ultrapreciso proporcionado por sistemas INS de alta calidad, DVL y procesamiento de micronavegación.
Los ecosondas de haz único miden la distancia directa a lo largo de una trayectoria acústica, y sirven principalmente como altímetros cuando se orientan hacia abajo, en dirección al lecho marino. Estos sensores compactos y de baja potencia proporcionan información crítica sobre la altitud para el seguimiento del terreno, las rutinas de aterrizaje automatizadas y la supervisión de la distancia a la profundidad en pequeños AUV y ROV de inspección.
Los perfiladores del subsuelo transmiten energía acústica de baja frecuencia que penetra en los sedimentos del subsuelo marino para reflejarse en las capas geológicas subyacentes y en las infraestructuras enterradas. El montaje de los perfiladores en plataformas submarinas acerca el sensor al fondo, lo que mejora la resolución espacial para los estudios de enterramiento de cables, la inspección de tuberías y la cartografía de riesgos geológicos.
Una navegación eficaz depende de canales de comunicación fiables para transmitir actualizaciones de posición, telemetría y datos de la carga útil a través de los dominios submarinos.
Estos enlaces de comunicación complementarios garantizan que las plataformas submarinas mantengan un flujo continuo de datos y estimaciones de estado estables en todas las profundidades operativas.
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