Gli ecoscandagli a fascio singolo (SBES) sono strumenti acustici attivi che misurano la distanza dal fondale marino, dai confini sommersi o dai bersagli vicini a partire da ROV, AUV e USV. Trasmettendo un impulso focalizzato e misurando il tempo di ritorno dell’eco, consentono di effettuare rilievi di profondità, altimetria, tracciamento del terreno, rilevamento di ostacoli e rilievi batimetrici a fascio singolo.
Questa pagina presenta i principali fornitori di ecoscandagli a fascio singolo, che offrono modelli compatti adatti a piattaforme senza equipaggio soggette a limitazioni di carico utile e larghezza di banda.
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Un ecoscandaglio a fascio singolo (SBES) è uno strumento acustico attivo progettato per misurare la distanza tra un trasduttore subacqueo e un limite o un bersaglio. Il sistema emette un impulso acustico controllato, rileva l’eco di ritorno e calcola la distanza in base al tempo di percorrenza di andata e ritorno e alla velocità del suono nell’acqua. Per le piattaforme subacquee, questa configurazione costituisce uno strumento fondamentale per mappare le profondità, calcolare l’altitudine rispetto al fondale marino o garantire una distanza di sicurezza adeguata.
A differenza dei sistemi multibeam che mappano un’ampia fascia, un sistema sonar a fascio singolo produce una misurazione della profondità o della distanza lungo un fascio acustico stretto, fornendo una sequenza di singoli rilevamenti lungo il percorso della piattaforma. Di conseguenza, la pianificazione di un rilevamento con ecoscandaglio a fascio singolo richiede un’attenta valutazione della distanza tra le linee per garantire che le caratteristiche di interesse non vengano tralasciate tra i transetti adiacenti. Sulle piattaforme ROV, AUV e USV, le dimensioni compatte, il basso consumo energetico e la semplicità di output dei dati di un SBES lo rendono particolarmente apprezzato laddove la capacità di carico utile, la durata della batteria o la larghezza di banda di comunicazione sono limitate.
Ecoscandaglio a fascio singolo Sounder S500 di Cerulean Sonar
Gli ecoscandagli a fascio singolo misurano la profondità dell’acqua direttamente al di sotto di una nave da rilevamento o di un USV (veicolo subacqueo autonomo), calcolando il tempo di percorrenza degli impulsi acustici riflessi dal fondale marino. Se combinate con dati di posizionamento accurati, queste misurazioni possono essere utilizzate per creare profili di profondità, curve di livello e modelli batimetrici per fiumi, laghi, canali, porti e acque costiere. Poiché ogni trasmissione copre solo un’area ristretta, le linee di rilevamento devono essere pianificate con cura per ottenere una copertura adeguata e ridurre il rischio di tralasciare caratteristiche del fondale marino tra transetti adiacenti.
Per i veicoli subacquei, un sonar a fascio singolo rivolto verso il basso funge da altimetro misurando la distanza tra il trasduttore e il fondale marino. Per i piloti di ROV, i dati di altitudine in tempo reale sono fondamentali per mantenere una distanza di sicurezza durante le ispezioni visive e le operazioni con il manipolatore in acque a scarsa visibilità. Gli AUV utilizzano questa misurazione all’interno dei propri sistemi di guida e controllo per mantenere un’altitudine stabile durante l’acquisizione di immagini ottiche e la raccolta di dati tramite sonar a scansione laterale.
Gli algoritmi di tracciamento del terreno consentono a un AUV di seguire i contorni del fondale marino anziché mantenere una profondità costante, mantenendo i sensori di bordo entro il loro intervallo operativo ottimale. L’altimetro a fascio singolo fornisce un flusso continuo di misurazioni di distanza al computer di guida del veicolo, il quale regola le superfici di controllo o i propulsori per mantenere l’altitudine comandata. Le implementazioni pratiche richiedono la convalida dei dati e un filtraggio digitale robusto per impedire che echi anomali provenienti dalla fauna marina, da materiale in sospensione, da pendii ripidi o da detriti inneschino risposte di controllo inappropriate.
Montando un ecoscandaglio a fascio singolo in orientamento frontale o laterale, gli operatori possono utilizzarlo per la misurazione direzionale della distanza, l’allarme ostacoli o l’assistenza all’attracco. Il sensore misura la distanza solo all’interno del proprio fascio acustico ristretto e non fornisce la forma del bersaglio, la copertura azimutale né i dettagli spaziali disponibili con un sonar a immagini. Viene pertanto generalmente utilizzato come sensore di telemetria supplementare piuttosto che come unico sistema di prevenzione delle collisioni del veicolo. È possibile posizionare più unità compatte attorno al veicolo per fornire misurazioni della distanza in diverse direzioni selezionate.
I piccoli USV (veicoli non presidiati) dotati di sonar a fascio singolo per la batimetria sono particolarmente adatti alla mappatura di laghi, stagni, bacini artificiali e habitat palustri sensibili, ai quali le imbarcazioni con equipaggio di dimensioni maggiori potrebbero avere difficoltà ad accedere. Oltre alla profilatura della profondità, i dati calibrati dei segnali acustici di ritorno possono supportare l’interpretazione delle caratteristiche del fondale, degli strati sedimentari o della vegetazione sommersa. I sistemi a doppia frequenza o a banda larga possono fornire informazioni aggiuntive per distinguere gli echi della vegetazione dal fondale sottostante, sebbene una classificazione affidabile richieda generalmente un’elaborazione adeguata, una calibrazione e dati di riferimento sul campo a supporto.
Le installazioni su ROV richiedono un ecoscandaglio in grado di funzionare in modo affidabile in presenza di propulsori, apparecchiature idrauliche, elettronica di potenza, sistemi di illuminazione e comunicazioni via cavo. Le considerazioni relative all’integrazione includono la pressione nominale, la frequenza operativa, il campo di misura, la frequenza di aggiornamento, l’interfaccia dati, il fabbisogno energetico, la geometria di montaggio e la compatibilità con il sistema di controllo o di navigazione del veicolo.
Il trasduttore dovrebbe avere un percorso acustico libero da ostacoli ed essere posizionato in modo da ridurre al minimo le interferenze provenienti dal telaio del ROV, dagli attrezzi, dai pattini e da altri sensori. Dovrebbe inoltre essere tenuto lontano dal flusso d’acqua generato dai propulsori e dalle aree in cui turbolenze o bolle trascinate potrebbero disperdere l’energia acustica, indebolire i segnali di ritorno o causare una perdita intermittente del aggancio al fondale. Per ridurre le interferenze potrebbero inoltre rendersi necessari la messa a terra elettrica, il percorso dei cavi e la sincronizzazione con altri strumenti acustici.
Ecoscandaglio a fascio singolo D270 per rilievi batimetrici a cura di CHC Navigation
Gli AUV richiedono un’elevata autonomia operativa, efficienza energetica e un processo decisionale di bordo affidabile con una configurazione dell’ecoscandaglio a fascio singolo. I moderni altimetri per AUV possono fornire informazioni sull’intensità del segnale, indicatori di qualità o lo stato di rilevamento del fondale insieme a ciascuna misurazione della distanza. Il sistema di controllo del veicolo può utilizzare questi dati per identificare dati inaffidabili o la perdita del tracciamento del fondale e avviare una risposta appropriata, come l’ascesa, il rallentamento o la modifica della rotta di missione.
Sulle piattaforme USV, il trasduttore è in genere integrato nello scafo o montato su un’asta rigida per mantenere offset stabili e misurati con precisione rispetto all’antenna GNSS e agli altri sensori di navigazione utilizzati per la batimetria a fascio singolo. L’installazione deve ridurre al minimo le variazioni del pescaggio del trasduttore, le vibrazioni, il rumore di flusso e lo sweepdown delle bolle, in particolare all’aumentare della velocità dell’imbarcazione e dello stato del mare.
I sistemi di livello topografico incorporano comunemente misurazioni di rotta e movimento, in modo da poter tenere conto del sollevamento, del beccheggio e del rollio indotti dalle onde laddove richiesto dalla geometria del rilevamento e dalle specifiche di precisione. Anche la sincronizzazione temporale accurata, le misurazioni della velocità del suono, le correzioni del pescaggio, la calibrazione del sistema e la post-elaborazione sono importanti per produrre profondità georeferenziate affidabili.
I rapidi progressi nell’elettronica a livello dei sensori e nell’elaborazione digitale stanno ampliando il ruolo dei sistemi a fascio singolo sulle piattaforme senza equipaggio.
Combinando queste avanzate funzionalità digitali con un metodo di misurazione fondamentalmente robusto, i moderni sistemi a fascio singolo rimangono un’opzione affidabile e a basso consumo di risorse per le applicazioni in cui sono sufficienti misurazioni precise lungo un fascio acustico stretto.
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