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Fabricantes y proveedores de sonares de imagen
Exail
Soluciones de vanguardia en navegación y posicionamiento para sistemas no tripulados y robóticos
Platinum Partner
Cerulean Sonar
Soluciones avanzadas de imagen y posicionamiento submarinos para vehículos marinos no tripulados y autónomos
Gold Partner
Kraken Robotics
Tecnologías innovadoras de imagen submarina de alta resolución y energía para misiones de exploración submarina comerciales, científicas y militares
Gold Partner
Forcys
Sistemas integrados y cargas útiles para plataformas no tripuladas de superficie y submarinas que operan en entornos marítimos complejos
Silver Partner
Hydro-Tech
Equipos de prospección hidrográfica: ecosondas multihaz, sonares de barrido lateral, sensores de velocidad del sonido y perfiladores
Silver Partner
CHC Navigation
Sistemas de posicionamiento y navegación GNSS, cartografía móvil UAV LiDAR y vehículos de superficie no tripulados
Silver Partner
Guía para prescriptores sobre sistemas de sonar de imagen para ROV, AUV y USV
Introducción al sonar de imagen subacuática
El sonar de imágenes submarinas permite a los vehículos operados a distancia (ROV), a los vehículos submarinos autónomos (AUV) y a las embarcaciones de superficie no tripuladas (USV) detectar objetivos y el terreno en aquellos casos en los que los sensores ópticos no son eficaces. Mediante la transmisión de energía acústica y el procesamiento de los ecos recibidos, un sistema de imágenes por sonar subacuático crea representaciones espaciales de alta resolución, tales como imágenes acústicas en 2D, nubes de puntos en 3D, superficies batimétricas o mapas de barrido lateral, incluso en aguas turbias o con baja visibilidad.
Kraken MP-SAS de Kraken Robotics.
Estos sistemas desempeñan funciones distintas en las distintas plataformas no tripuladas, proporcionando a los pilotos de ROV una visión de la situación, actuando como sensores de navegación para los AUV y funcionando como cargas útiles hidrográficas en los USV. Dado que las imágenes acústicas muestran sombras, retornos multitrayecto y ruido de moteado, la interpretación de las imágenes de sonar submarino requiere una experiencia específica por parte del operador o cadenas de procesamiento automatizadas para evaluar con precisión la geometría y el contexto del objetivo.
Principales tipos de sonares de imagen
Sónar de visión frontal
El sonar de imagen frontal se alinea con la trayectoria del vehículo para facilitar la prevención de colisiones, el pilotaje y la readquisición de objetivos. La mayoría de las unidades generan una visualización en forma de sector con rápidas frecuencias de actualización, adecuadas para la toma de decisiones en tiempo real. Un montaje adecuado evita el enmascaramiento acústico por parte del chasis del vehículo o de los manipuladores, al tiempo que proporciona a los sistemas autónomos un alcance de visión hacia delante y un tiempo de reacción suficientes.
Sónar de imágenes multihaz
Un sonar de imágenes multihaz utiliza matrices acústicas y formación digital de haces para generar múltiples haces de recepción estrechos a partir de cada transmisión. Esto proporciona rápidas tasas de actualización, ideales para el pilotaje dinámico de ROV y el seguimiento de objetivos con AUV. La elección entre frecuencias más altas para obtener un detalle espacial preciso o frecuencias más bajas para un mayor alcance de operación depende del tamaño del objetivo y de las necesidades operativas.
Sónar de barrido mecánico
Los sistemas de barrido mecánico hacen girar un haz acústico enfocado a lo largo de un sector, construyendo una imagen compuesta en vista en planta barrido a barrido. Esta configuración compacta y rentable resulta adecuada para pequeños ROV de inspección y módulos de aterrizaje, aunque el movimiento del objetivo o la deriva del vehículo pueden provocar una distorsión temporal de la imagen si no se tiene en cuenta el movimiento de la plataforma.
Sónar de imágenes 2D
Un sonar de imágenes 2D determina la distancia y el rumbo dentro de un único plano de imagen, pero carece de datos de elevación. Los operadores reducen o resuelven la ambigüedad vertical mediante unidades de inclinación mecánica, el movimiento del vehículo u observaciones desde múltiples puntos de vista, lo que hace que un sonar de imágenes 2D para ROV sea ideal para el examen estructural y la eliminación de obstáculos.
Sónar de imágenes 3D
Omniscan 450 SS de Cerulean Sonar.
Al medir la distancia, el rumbo y la elevación, ya sea simultáneamente o mediante un barrido rápido, el sonar de imágenes 3D genera nubes de puntos volumétricas o mallas de vóxeles. Estos sistemas de imágenes de sonar 3D eliminan la ambigüedad de elevación en activos submarinos complejos, como estructuras de soporte y colectores, lo que permite realizar comprobaciones dimensionales precisas y evaluaciones del espacio libre estructural.
Sónar de apertura sintética
El sonar de apertura sintética combina los ecos acústicos a lo largo de la trayectoria controlada de un vehículo para sintetizar una gran matriz. Esta técnica puede proporcionar una alta resolución a lo largo de la trayectoria que es en gran medida independiente de la distancia, aunque la calidad general de la imagen sigue dependiendo de la frecuencia, la apertura, las condiciones ambientales y el procesamiento. Destaca en la cartografía del lecho marino con vehículos submarinos autónomos (AUV), en las contramedidas contra minas y en los estudios de tuberías, siempre que los sistemas de navegación y de compensación de movimiento controlen rigurosamente los errores de fase inducidos por el movimiento.
Sónar de perfilado y batimétrico
Los sonares de perfilado y batimétricos están diseñados principalmente para obtener mediciones geométricas de distancia, perfil y profundidad del lecho marino, aunque muchos sistemas también registran la intensidad de la retrodispersión acústica. Integrados con sistemas de navegación inercial y mediciones de la velocidad del sonido, los ecosondas batimétricos multihaz generan mapas georreferenciados, mientras que el sonar de imágenes laterales proyecta haces laterales para resaltar la textura y el relieve del fondo marino con gran detalle.
Aplicaciones del sonar de imágenes
Inspección de infraestructuras submarinas y en alta mar
Los sistemas de imágenes por sonar subacuáticos proporcionan una visibilidad fundamental alrededor de las patas de las plataformas, los árboles submarinos y los cimientos de las turbinas eólicas cuando el agua turbia impide la visión de las cámaras. El sonar de imágenes frontal guía la aproximación del vehículo, mientras que los sonares 3D y multihaz facilitan las mediciones de la erosión, los tramos libres de las tuberías y la deformación estructural.
Levantamientos hidrográficos
Los topógrafos utilizan sonares multihaz para cartografiar canales de navegación y la batimetría, mientras que los sonares de imágenes laterales identifican obstáculos sumergidos y variaciones en la textura del lecho marino. Los USV (vehículos no tripulados de superficie) inspeccionan de manera eficiente las zonas costeras poco profundas, mientras que los AUV (vehículos submarinos autónomos) que operan a gran profundidad realizan cartografía de amplias áreas bajo la acción de las olas o la capa de hielo.
Operaciones de búsqueda y recuperación
La localización de embarcaciones perdidas, restos de aeronaves o equipos submarinos se basa en sonares de imagen lateral de área amplia o en conjuntos de antenas de apertura sintética de los AUV. Los contactos identificados durante los barridos iniciales se investigan posteriormente a corta distancia mediante ROV equipados con sonares de imagen frontal.
Investigación científica marina y seguimiento medioambiental
La imagen acústica permite a los investigadores observar la vida marina, las concentraciones de peces y los hábitats del lecho marino sin depender de la luz artificial, que puede alterar el comportamiento de los animales. El análisis de la retrodispersión y de la columna de agua también facilita la clasificación del sustrato del lecho marino y la detección de filtraciones de gas en extensas reservas marinas.
Detección de minas y contramedidas contra las minas
El sonar de apertura sintética ofrece las altas tasas de cobertura y la alta resolución espacial necesarias para detectar minas del lecho marino de perfil bajo o parcialmente enterradas durante las operaciones de contramedidas. Los sistemas no tripulados barren de forma segura las rutas marítimas sospechosas, señalando los contactos para que los ROV en vuelo estacionario vuelvan a localizarlos e identifiquen los objetivos.
Evitación de obstáculos y navegación autónoma
Los algoritmos de autonomía procesan datos de imágenes de sonar en tiempo real para crear mapas locales de obstáculos y calcular rutas despejadas para los vehículos. Los AUV de alta velocidad requieren mayores alcances de detección para realizar maniobras evasivas, mientras que los ROV en vuelo estacionario dependen de una amplia cobertura angular para navegar con seguridad entre estructuras congestionadas.
Integración con sensores de navegación y posicionamiento
Un sistema de imágenes de sonar submarino alcanza su máxima utilidad cuando los ecos acústicos están estrechamente vinculados a coordenadas espaciales precisas, a la actitud de la plataforma y a marcas temporales exactas. Los datos de navegación estabilizan las imágenes, facilitan la geolocalización de objetivos y permiten fusionar múltiples observaciones en mapas coherentes o modelos tridimensionales.
- Sistemas de navegación inercial (INS): un INS proporciona estimaciones de actitud, velocidad y posición a alta frecuencia para compensar el movimiento del vehículo y estabilizar las imágenes.
- Logos de velocidad Doppler (DVL): Un DVL mide la velocidad relativa al lecho marino, limitando la deriva inercial de la posición durante las líneas de prospección.
- Posicionamiento de línea de base ultracorta (USBL): Los sistemas USBL miden la distancia y el rumbo entre un conjunto de transceptores de un buque de superficie y una baliza o transpondedor submarino para proporcionar posiciones fijas periódicas.
- Redes de línea de base larga (LBL): Las redes LBL utilizan transpondedores calibrados en el lecho marino para proporcionar un posicionamiento de alta precisión en emplazamientos fijos.
- Sensores de profundidad y altímetros: Los sensores de presión y los altímetros registran la profundidad del vehículo y la distancia al lecho marino para mantener una geometría de imagen constante.
La integración de estas fuentes de posicionamiento permite georreferenciar los retornos acústicos con mayor precisión, lo que proporciona la estabilidad necesaria para la cartografía submarina aplicable y la toma de decisiones autónoma.
Tecnologías emergentes de sonar de imágenes
La tecnología de percepción acústica sigue avanzando rápidamente, impulsada por la electrónica miniaturizada, el procesamiento en el borde y la colaboración multiplataforma. Los prescriptores evalúan estas capacidades emergentes basándose en el rendimiento sobre el terreno, la estabilidad de la calibración y la compatibilidad de integración.
- Sónar 3D compacto: los conjuntos volumétricos miniaturizados y de orientación electrónica proporcionan detección espacial 3D en tiempo real a pequeños ROV y AUV compactos.
- Sónar definido por software: las arquitecturas reconfigurables permiten que una única carga útil cambie de frecuencia de funcionamiento dentro de su ancho de banda admitido y modifique los modos de pulso o los parámetros de procesamiento según sea necesario.
- Cartografía acústica basada en enjambres: Varios AUV comparten datos acústicos seleccionados o comprimidos a través de módems submarinos para coordinar la cartografía en grandes áreas.
- Posprocesamiento asistido por la nube: Las plataformas en la nube procesan grandes conjuntos de datos multihaz y automatizan el reconocimiento de objetivos fuera del terreno.
Estos avances tecnológicos siguen transformando las cargas útiles acústicas en motores de percepción inteligentes y multimodales para los modernos sistemas oceánicos no tripulados.
