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Fabricantes y proveedores de ecosondas de haz único
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
CHC Navigation
Sistemas de posicionamiento y navegación GNSS, cartografía móvil UAV LiDAR y vehículos de superficie no tripulados
Silver Partner
Guía para prescriptores sobre ecosondas de haz único para embarcaciones no tripuladas
Introducción a las ecosondas de haz único
Una ecosonda de haz único (SBES) es un instrumento acústico activo diseñado para medir la distancia entre un transductor subacuático y un límite o objetivo. El sistema emite un pulso acústico controlado, detecta el eco de retorno y calcula la distancia a partir del tiempo de recorrido de ida y vuelta y de la velocidad del sonido en el agua. En el caso de las plataformas submarinas, esta configuración constituye una herramienta fundamental para cartografiar las profundidades, calcular la altitud sobre el lecho marino o garantizar un margen de seguridad adecuado.
A diferencia de los sistemas multihaz, que cartografían una franja amplia, un sistema de sonar de haz único realiza una medición de profundidad o distancia a lo largo de un haz acústico estrecho, lo que proporciona una secuencia de sondeos individuales a lo largo de la trayectoria de la plataforma. Por consiguiente, la planificación de un estudio con ecosonda de haz único requiere una cuidadosa consideración del espaciado entre líneas para garantizar que no se pasen por alto elementos de interés entre transectos adyacentes. En plataformas ROV, AUV y USV, el tamaño compacto, el bajo consumo energético y la sencilla salida de datos de un SBES lo convierten en un dispositivo muy apreciado cuando la capacidad de carga útil, la autonomía de la batería o el ancho de banda de comunicación son limitados.
Sonda S500 de haz único de Cerulean Sonar
Aplicaciones de las ecosondas de haz único
Estudios hidrográficos y batimétricos
Las ecosondas de haz único miden la profundidad del agua directamente debajo de un buque de prospección o de un vehículo submarino no tripulado (USV) calculando el tiempo de recorrido de los pulsos acústicos reflejados por el lecho marino. Cuando se combinan con datos de posicionamiento precisos, estas mediciones pueden utilizarse para crear perfiles de profundidad, isobatas y modelos batimétricos de ríos, lagos, canales, puertos y aguas costeras. Dado que cada transmisión abarca únicamente una zona reducida, las líneas de prospección deben planificarse cuidadosamente para lograr una cobertura adecuada y reducir el riesgo de pasar por alto características del lecho marino entre transectos adyacentes.
Altimetría con ROV y AUV
En el caso de los vehículos submarinos, un sonar de haz único orientado hacia abajo actúa como altímetro al medir la distancia entre el transductor y el lecho marino. Para los pilotos de ROV, los datos de altitud en tiempo real son fundamentales para mantener una distancia de seguridad durante las inspecciones visuales y el trabajo con el manipulador en aguas con baja visibilidad. Los AUV utilizan esta medición en sus sistemas de guía y control para mantener una altitud estable con el fin de obtener imágenes ópticas y recopilar datos del sonar de barrido lateral.
Seguimiento del terreno y distancia al lecho marino
Los algoritmos de seguimiento del terreno permiten a un AUV trazar los contornos del lecho marino en lugar de mantener una profundidad constante, lo que mantiene los sensores a bordo dentro de su rango óptimo de funcionamiento. El altímetro de haz único proporciona un flujo continuo de mediciones de distancia al ordenador de guiado del vehículo, que ajusta las superficies de control o los propulsores para mantener la altitud programada. Las implementaciones prácticas requieren la validación de datos y un filtrado digital robusto para evitar que los ecos anómalos procedentes de la vida marina, el material en suspensión, las pendientes pronunciadas o los residuos desencadenen respuestas de control inadecuadas.
Detección de obstáculos y prevención de colisiones
Al montar una ecosonda de haz único en orientación frontal o lateral, los operadores pueden utilizarla para la medición direccional de proximidad, la alerta de obstáculos o la asistencia al atraque. El sensor mide la distancia únicamente dentro de su estrecho haz acústico y no proporciona la forma del objetivo, la cobertura de rumbo ni el detalle espacial que ofrece un sonar de imágenes. Por lo tanto, se utiliza generalmente como sensor de telemetría complementario, más que como único sistema de prevención de colisiones del vehículo. Se pueden colocar varias unidades compactas alrededor del vehículo para proporcionar mediciones de distancia en varias direcciones seleccionadas.
Cartografía lacustre y seguimiento de hábitats
Las pequeñas embarcaciones no tripuladas (USV) equipadas con un sonar de haz único para batimetría son idóneas para cartografiar lagos, estanques, embalses y hábitats de humedales sensibles a los que puede resultar difícil acceder para embarcaciones tripuladas de mayor tamaño. Además de la elaboración de perfiles de profundidad, los datos calibrados de los ecos acústicos pueden facilitar la interpretación de las características del fondo, las capas de sedimentos o la vegetación sumergida. Los sistemas de doble frecuencia o de banda ancha pueden proporcionar información adicional para separar los ecos de la vegetación del fondo subyacente, aunque una clasificación fiable suele requerir un procesamiento adecuado, una calibración y datos de referencia sobre el terreno que la respalden.
Características clave del SBES para embarcaciones no tripuladas
Sonda de haz único para ROV
Las instalaciones en ROV requieren una ecosonda capaz de funcionar de forma fiable junto a propulsores, equipos hidráulicos, electrónica de potencia, sistemas de iluminación y comunicaciones por cable. Entre los aspectos que deben tenerse en cuenta para la integración se incluyen la resistencia a la presión, la frecuencia de funcionamiento, el rango de medición, la frecuencia de actualización, la interfaz de datos, la demanda de potencia, la geometría de montaje y la compatibilidad con el sistema de control o navegación del vehículo.
El transductor debe tener una trayectoria acústica sin obstrucciones y estar colocado de manera que se minimicen las interferencias procedentes del chasis del ROV, las herramientas, los patines y otros sensores. Asimismo, debe mantenerse alejado del chorro de los propulsores y de las zonas en las que la turbulencia o las burbujas arrastradas puedan dispersar la energía acústica, debilitar las señales de retorno o provocar una pérdida intermitente del bloqueo del fondo. La conexión a tierra, el tendido de los cables y la sincronización con otros instrumentos acústicos también pueden resultar necesarios para reducir las interferencias.
Sondadores de haz único para AUV
Sonda de haz único D270 para levantamientos batimétricos de CHC Navigation
Los AUV requieren una elevada autonomía operativa, eficiencia energética y una toma de decisiones a bordo fiable con una configuración de sonda de haz único. Los altímetros modernos de los AUV pueden proporcionar información sobre la intensidad de la señal, indicadores de calidad o el estado de detección del fondo junto con cada medición de distancia. El sistema de control del vehículo puede utilizar estos datos para identificar datos poco fiables o la pérdida de fijación del fondo e iniciar una respuesta adecuada, como ascender, reducir la velocidad o cambiar la trayectoria de la misión.
Sonda de un solo haz para USV
En las plataformas de USV, el transductor suele integrarse a través del casco o en un mástil rígido para mantener desplazamientos estables y medidos con precisión respecto a la antena GNSS y otros sensores de navegación utilizados para la batimetría de haz único. La instalación debe minimizar las variaciones en el calado del transductor, las vibraciones, el ruido de la corriente y el barrido de burbujas, especialmente a medida que aumentan la velocidad de la embarcación y el estado del mar.
Los sistemas de grado topográfico suelen incorporar mediciones de rumbo y movimiento, de modo que se puedan tener en cuenta el cabeceo, el balanceo y el cabeceo inducidos por las olas cuando así lo requieran la geometría del levantamiento y las especificaciones de precisión. La sincronización temporal precisa, las mediciones de la velocidad del sonido, las correcciones de calado, la calibración del sistema y el posprocesamiento también son importantes para obtener profundidades georreferenciadas fiables.
Tecnologías emergentes de ecosondas de haz único
Los rápidos avances en la electrónica a nivel de los sensores y en el procesamiento digital están ampliando el papel de los sistemas de haz único en las plataformas no tripuladas.
- Sondadores digitales compactos de bajo consumo: La electrónica del transceptor puede integrarse en la carcasa del transductor o colocarse cerca de ella, lo que reduce el tendido de cables analógicos y permite transmitir las mediciones digitales procesadas al vehículo.
- Funcionamiento de banda ancha y multifrecuencia: el procesamiento de señales CHIRP y de banda ancha puede mejorar la relación señal-ruido y la resolución de alcance, mientras que las múltiples frecuencias de funcionamiento pueden facilitar la detección del fondo, la interpretación de los sedimentos o el análisis de la vegetación.
- Control adaptativo de impulsos y ganancia: Un firmware inteligente puede ajustar la longitud del impulso, el nivel de transmisión, los umbrales de detección y la ganancia del receptor para mantener mediciones fiables en rangos y condiciones del fondo cambiantes, al tiempo que reduce la saturación y las detecciones erróneas.
- Procesamiento en el propio vehículo (ROV, AUV y USV): El procesamiento a bordo permite identificar el fondo, evaluar la calidad de las mediciones, estimar la altura del dosel vegetal o obtener indicadores acústicos seleccionados directamente en el vehículo, lo que reduce la cantidad de datos brutos que deben transmitirse.
Al combinar estas capacidades digitales avanzadas con un método de medición fundamentalmente robusto, los modernos sistemas de haz único siguen siendo una opción fiable y de bajo consumo de recursos para aquellas aplicaciones en las que bastan mediciones precisas a lo largo de un haz acústico estrecho.
