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Fabricantes y proveedores de ecosondas multihaz
Cerulean Sonar
Soluciones avanzadas de imagen y posicionamiento submarinos para vehículos marinos no tripulados y autónomos
Gold Partner
SatLab Geosolutions
Sistemas de posicionamiento GNSS, SLAM 3D y cartografía móvil, vehículos de superficie no tripulados
Gold 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
Resumen general de las ecosondas multihaz para aplicaciones en USV, ROV y AUV
Introducción a la tecnología de las ecosondas multihaz
Las ecosondas multihaz (MBES) son instrumentos acústicos activos que cartografían el lecho marino con alta resolución. En lugar de registrar un único punto de profundidad situado directamente debajo de una embarcación, estos sistemas transmiten energía acústica a lo largo de un amplio sector angular para formar un denso abanico de haces de recepción estrechos. Mediante la medición del tiempo de tránsito acústico de ida y vuelta y del ángulo del haz, y combinando posteriormente estas mediciones con datos de posicionamiento, rumbo, movimiento y velocidad del sonido, generan nubes de puntos tridimensionales precisas y georreferenciadas. Esta tecnología de sonar multihaz permite a las embarcaciones de superficie no tripuladas (USV) cartografiar amplias zonas de forma segura desde la superficie, mientras que los vehículos operados a distancia (ROV) y los vehículos submarinos autónomos (AUV) acercan los sensores al lecho marino para reducir la pérdida de resolución espacial asociada a los largos alcances acústicos en aguas profundas.
Sonda multihaz MBES Surveyor 240 para pequeñas USV, de Cerulean Sonar
Muchos sistemas avanzados también registran la intensidad de la retrodispersión acústica, que mide la intensidad de la señal recibida para proporcionar información sobre la composición del lecho marino. Las señales de mayor intensidad suelen indicar materiales más duros o rugosos, como roca o grava, mientras que las señales más débiles pueden sugerir la presencia de sedimentos más blandos. Sin embargo, dado que la retrodispersión es muy sensible a la frecuencia de funcionamiento, los ángulos de incidencia, la rugosidad del lecho marino y las propiedades de la columna de agua, una clasificación precisa requiere integrar estos datos de reflectividad con la batimetría básica, las muestras físicas de núcleo y la fotografía submarina de alta resolución.
Tipos principales de ecosondas multihaz para ROV, AUV y USV
Sondas multihaz batimétricas
Un sistema de prospección con ecosonda multihaz batimétrica está diseñado para generar mediciones de profundidad georreferenciadas y de gran precisión que pueden procesarse en cuadrículas batimétricas estructuradas y modelos digitales del terreno. Para alcanzar una precisión de nivel topográfico, el sonar debe integrarse a la perfección con sensores de alta precisión de posicionamiento, rumbo, movimiento y velocidad del sonido. Cuando se instala en AUV o ROV, un transductor compacto y resistente a la presión opera más cerca del lecho marino y, a menudo, puede utilizar frecuencias más altas para ofrecer una resolución espacial superior a la que pueden alcanzar los sistemas montados en superficie en aguas profundas.
Sonares multihaz de inspección de alta resolución
Los sistemas de sonar multihaz de inspección de alta resolución funcionan a frecuencias acústicas elevadas y a distancias de trabajo cortas para captar detalles precisos de la infraestructura submarina; algunos sistemas ofrecen una resolución de alcance a escala milimétrica en condiciones favorables de corto alcance. Estos sistemas, que suelen instalarse en ROV de trabajo mediante soportes con movimiento panorámico e inclinación, permiten a los pilotos inspeccionar tuberías, cimientos y colectores desde múltiples ángulos. Generan imágenes acústicas en tiempo real y, en función de la configuración del sistema y del método de procesamiento, densas nubes de puntos en 3D para detectar anomalías estructurales sin necesidad de contacto físico.
Sistemas de cartografía de franja ancha
Los sistemas de cartografía de franja ancha utilizan sectores angulares amplios y frecuencias de emisión rápidas para cubrir grandes áreas del lecho marino en menos pasadas, lo que maximiza la eficiencia operativa. En el caso de los USV, una ecosonda multihaz para aguas poco profundas puede abarcar varias veces la profundidad local del agua, aunque su rendimiento requiere una gestión cuidadosa de la potencia de la carga útil, la estabilidad del vehículo, la compensación de movimiento y el solapamiento de las líneas de prospección para evitar lagunas en la cobertura. Los AUV también aprovechan los franjas anchas, lo que requiere un control preciso de la altitud para mantener una densidad de sondeo uniforme.
Sónares multihaz de visión frontal
Un sistema de sonar multihaz de visión frontal explora acústicamente la trayectoria que tiene por delante un vehículo, en lugar del fondo marino situado directamente debajo, lo que lo convierte en una herramienta esencial para evitar obstáculos y localizar objetivos. Estos sistemas de alta frecuencia generan imágenes acústicas similares a las de vídeo que atraviesan aguas turbias o completamente oscuras. Aunque son ideales para la navegación, los operadores deben evaluar cuidadosamente la calibración y la geometría del sistema antes de extraer de las imágenes datos dimensionales o de levantamiento fiables.
Configuraciones de doble cabezal y múltiples cabezales
Un sistema de ecosonda multihaz de doble cabezal combina dos cabezales transductores con campos de visión superpuestos o complementarios para ampliar la cobertura, reducir el efecto de sombra acústica y mejorar la medición de pendientes pronunciadas o estructuras verticales. Los USV suelen utilizar cabezales dobles inclinados hacia fuera para maximizar la anchura de barrido en aguas poco profundas, mientras que los ROV los despliegan para inspeccionar simultáneamente tanto el lecho marino como las estructuras verticales. Esta configuración exige una calibración física precisa y una sincronización temporal rigurosa, así como una activación coordinada o una separación de frecuencias para evitar la diafonía acústica.
Integración en ROV y requisitos operativos
La integración de los ROV depende de la clase del vehículo. Los ROV de gran tamaño, destinados a trabajos pesados, admiten cargas útiles pesadas, mientras que las plataformas de observación requieren diseños compactos de ecosondas multihaz para gestionar la flotabilidad y la resistencia al avance. La colocación del sonar debe evitar las sombras acústicas provocadas por los propulsores, los manipuladores o los sistemas de gestión del cable de conexión, utilizando soportes orientados hacia abajo para la cartografía del lecho marino y soportes oblicuos para tuberías y colectores submarinos.
Gracias a la telemetría del cable de alta capacidad de banda, los operadores reciben imágenes del sonar multihaz en tiempo real para ajustar la ganancia y el alcance sobre la marcha. La actualización de los vehículos existentes requiere una compensación precisa de la flotabilidad para mantener un manejo estable durante el lanzamiento, la recuperación y el desplazamiento submarino.
Integración de la carga útil en AUV y UUV
La integración de una ecosonda multihaz para operaciones con AUV requiere alojar el sensor tras un carenado hidrodinámico para preservar la batería durante misiones de larga duración. El seguimiento preciso y autónomo de la línea es fundamental para obtener haces acústicos nítidos y datos de prospección multihaz de alta calidad.
Dado que la telemetría acústica submarina tiene un ancho de banda limitado, los sistemas almacenan los datos brutos a bordo y utilizan el procesamiento periférico en tiempo real para supervisar la densidad de los sondeos. Este procesamiento local de datos puede generar batimetría en tiempo real para impulsar sistemas de navegación asistida por el terreno y de evitación de obstáculos, incluso en micro-AUV que se ven limitados a cabezales de sonar compactos y de baja potencia.
Sonda oceanográfica multihaz MS8200 para cartografía de aguas profundas de Hydro-Tech
Integración en la superficie de los USV y dinámica ambiental
La integración de los USV debe contrarrestar el arrastre de burbujas en la interfaz aire-agua para evitar la aireación de la señal. Los integradores utilizan soportes de casco en V profunda, quillas retráctiles o mástiles rígidos que sobresalen por la borda para fijar el sensor y minimizar al mismo tiempo la resistencia hidrodinámica.
Para compensar la acción de las olas, los USV se basan en un sistema GNSS/de navegación inercial (INS) estrechamente acoplado con brazos de palanca calibrados. Mientras que las misiones cercanas a la costa transmiten datos en tiempo real, los tránsitos en alta mar dependen del almacenamiento a bordo, lo que exige un hardware multihaz eficiente y de bajo consumo para soportar largos levantamientos.
Aplicaciones principales de las ecosondas multihaz
Levantamientos hidrográficos y batimétricos
Un levantamiento multihaz profesional es un método ampliamente utilizado para elaborar cartas náuticas de alta precisión de puertos, riados y rutas de navegación costeras. El despliegue de un sonar multihaz para aguas poco profundas en un USV autónomo permite a los operadores ejecutar líneas de levantamiento sistemáticas y repetibles de forma segura, al tiempo que se reduce la necesidad de situar personal y buques de levantamiento tripulados en zonas peligrosas de aguas poco profundas.
Cartografía del lecho marino y modelización del terreno
Mediante la recopilación de una densa red de sondeos acústicos, los topógrafos pueden crear modelos digitales del terreno de alta resolución que revelan la morfología del fondo marino a escala detallada. Estos modelos detallados muestran olas de arena, arrecifes rocosos y zonas de socavación localizadas que pueden resultar difíciles o imposibles de detectar de forma fiable con sondeos dispersos de haz único.
Estudios de emplazamientos de energía marina e inspección de tuberías
Los sectores eólico marino, petrolero y del gas confían en equipos de prospección multihaz para planificar los cimientos de las turbinas, trazar el recorrido de los cables submarinos e inspeccionar las tuberías. Durante los estudios de tuberías, el sonar de barrido multihaz cartografía el trazado de la tubería y ayuda a identificar tramos libres peligrosos, zonas expuestas o erosión localizada del lecho marino.
Detección de pecios y prospección arqueológica
Un sonar de barrido multihaz 3D puede cartografiar pecios históricos y yacimientos arqueológicos sumergidos sin establecer contacto físico. La realización de múltiples pasadas desde distintos ángulos reduce las sombras acústicas, lo que permite a los investigadores reconstruir estructuras verticales complejas y supervisar yacimientos delicados para detectar el deterioro físico y los cambios ambientales.
Cartografía de hábitats marinos y del medio ambiente
La combinación de la batimetría multihaz con la retrodispersión acústica calibrada permite a los científicos cartografiar los hábitats marinos y clasificar los ecosistemas del lecho marino. Además, los sistemas equipados para la obtención de imágenes de la columna de agua pueden capturar los ecos de la columna de agua para rastrear filtraciones de gas, plumas hidrotermales y capas de dispersión biológica.
Novedades en el sonar multihaz para embarcaciones no tripuladas
El panorama de la cartografía acústica submarina está evolucionando rápidamente, impulsado por varias tendencias tecnológicas clave:
- Sistemas multihaz más pequeños y de menor consumo: Las matrices de transductores miniaturizadas y la electrónica integrada permiten implementar capacidades de cartografía profesional en micro-ROV y USV de bajo desplazamiento, aunque el rendimiento sigue dependiendo de la estabilidad del vehículo, la precisión de posicionamiento, la potencia y la integración de la carga útil.
- Formación de haces de mayor densidad y frecuencias de sondeo más rápidas: el procesamiento avanzado permite a los sistemas generar más sondeos por segundo, lo que aumenta la densidad de puntos y la cobertura a lo largo de la trayectoria, al tiempo que permite velocidades de prospección más elevadas.
- Sónares definidos por software y reconfigurables: el hardware de banda ancha compatible permite a los operadores ajustar sobre la marcha las frecuencias de funcionamiento, las formas de pulso y la anchura de barrido para adaptarse a los requisitos específicos de cada misión.
- Imágenes en tiempo real: el procesamiento a bordo permite una rápida visualización en 3D y la detección automática de objetivos, lo que proporciona a los pilotos de ROV y a los pilotos automáticos de AUV una percepción más inmediata de la situación.
Estos avances tecnológicos continuos están ampliando las capacidades de los sensores multihaz más allá de las herramientas de medición convencionales, lo que permite flujos de trabajo de prospección más adaptables, la evaluación de datos en tiempo real y una mayor autonomía en plataformas submarinas debidamente equipadas.
