I sistemi di posizionamento subacqueo e le soluzioni di navigazione sottomarina consentono ai ROV e agli AUV di stimare la posizione, il movimento e l’orientamento laddove non sia disponibile una ricezione GNSS continua. Questi sistemi supportano missioni di rilevamento, ispezione, evitamento degli ostacoli, attracco, tracciamento, contromisure antimine e tracciamento del terreno in ambito sia militare che commerciale.
Questa pagina presenta i principali sistemi di navigazione e posizionamento subacquei, in grado di fornire dati affidabili relativi alla profondità, alla rotta, alla visione e al sonar, al fine di garantire stime attendibili dello stato durante le operazioni sottomarine.
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Soluzioni all’avanguardia per la navigazione e il posizionamento destinate a sistemi senza pilota e robotici
Soluzioni di navigazione e posizionamento ad alta precisione per i veicoli autonomi e senza equipaggio
Soluzioni di posizionamento e orientamento di precisione per applicazioni senza pilota
Robotica e tecnologie sottomarine per applicazioni di difesa, commerciali e scientifiche
Soluzioni avanzate di imaging e posizionamento subacqueo per veicoli marini senza equipaggio e autonomi
Sensori di tracciamento, navigazione, posizionamento e comunicazione per AUV, ROV, USV
Sistemi integrati e carichi utili per piattaforme di superficie e subacquee senza equipaggio operanti in ambienti marittimi complessi
Stazioni di monitoraggio meteorologico, trasduttori marini, sonar a scansione laterale e altimetri subacquei
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I sistemi di navigazione e posizionamento subacquei consentono ai veicoli telecomandati (ROV)e ai veicoli subacquei autonomi (AUV) di determinare la posizione, il movimento e l’orientamento. Poiché le piattaforme sommerse non possono ricevere in modo continuo i segnali del Sistema Globale di Navigazione via Satellite (GNSS) provenienti dalla superficie, la loro posizione deve essere stimata utilizzando una combinazione di misurazioni inerziali, distanze acustiche, osservazioni della velocità, profondità di pressione, riferimenti di rotta, immagini sonar e caratteristiche ambientali.
Nessun singolo sensore è in grado di fornire un sistema di posizionamento subacqueo completo in tutte le condizioni operative. I sistemi di navigazione ad alta prestazione per ROV e AUV integrano queste diverse fonti di dati in una stima unificata dello stato, monitorando costantemente ciascun input per rilevare eventuali ritardi, rumori, disallineamenti e potenziali guasti.
Sistema di posizionamento subacqueo USBL Subsonus di Advanced Navigation
Un sistema di navigazione inerziale (INS) stima il movimento del veicolo utilizzando giroscopi e accelerometri per calcolare l’orientamento, la velocità e la traiettoria a partire da un punto di partenza noto. Poiché un INS è autonomo e opera senza trasmissioni esterne, garantisce una navigazione sottomarina continua in ambienti caratterizzati da rumore acustico o da condizioni visive compromesse. Per prevenire la deriva accumulata dei sensori nel tempo, il sistema si avvale di aggiornamenti esterni provenienti da log di velocità Doppler, sensori di profondità, posizionamento acustico e rilevamenti GNSS in superficie, al fine di mantenere un sistema di posizionamento ROV accurato o lo stato di navigazione dell’AUV.
Un registratore di velocità Doppler (DVL) misura la velocità tridimensionale del veicolo trasmettendo impulsi acustici lungo fasci angolati ed elaborando lo spostamento di frequenza degli echi di ritorno dal fondale marino. Quando opera in modalità «bottom-track», il DVL limita direttamente la deriva della navigazione a stima, rendendolo una componente fondamentale per i sistemi di navigazione sottomarina. La stretta integrazione con un INS limita l’aumento dell’errore di velocità, sebbene le prestazioni rimangano soggette a variazioni della velocità del suono, limiti di altitudine del veicolo, interferenze dei sedimenti e perdita del aggancio al fondale.
Un sistema a base ultracorta (USBL) determina la posizione sottomarina utilizzando un array compatto di trasduttori, tipicamente dispiegato da un’imbarcazione di superficie per interrogare un transponder montato sul veicolo. Il tempo di percorrenza del segnale e le differenze di fase acustica stabiliscono la distanza, il rilevamento e l’elevazione del bersaglio rispetto alla piattaforma di superficie. Sebbene l’USBL richieda un’infrastruttura minima sul fondale marino per il posizionamento dei ROV e il monitoraggio degli AUV, la sua precisione complessiva dipende dal GNSS di superficie, dalla compensazione del movimento dell’imbarcazione, da profili precisi della velocità del suono e dalla geometria della distanza obliqua.
Un sistema a linea di base lunga (LBL) calcola la posizione del veicolo tramite trilaterazione geometrica utilizzando una serie di transponder acustici calibrati ancorati in punti fissi del fondale marino. Circondando il sito di lavoro, l’LBL garantisce un posizionamento sottomarino altamente ripetibile, indipendente dal movimento dell’imbarcazione di superficie o dalla profondità dell’acqua. Le operazioni moderne adottano spesso la tecnica Sparse LBL, che abbina un numero ridotto di aggiornamenti della distanza dei transponder a un sistema INS e DVL performante, al fine di mantenere limiti di posizionamento ristretti con minori costi di implementazione.
I radiofari acustici forniscono riferimenti rilevabili per il tracciamento subacqueo, la navigazione e il recupero delle risorse. I pinger a funzionamento autonomo emettono segnali periodici per la localizzazione di emergenza, mentre i transponder interrogati rispondono a codici acustici specifici all’interno delle reti USBL e LBL, e i dispositivi di risposta si attivano tramite segnali trasmessi via cavo ombelicale. La scelta dell’hardware richiede un bilanciamento tra frequenza operativa, portata acustica, posizionamento del trasduttore libero da ostacoli, compatibilità dei protocolli e autonomia della batteria.
Ricetrasmettitore di posizionamento LBL Ramses di Exail
I sensori di pressione idrostatica forniscono il riferimento verticale primario per un sistema di navigazione subacquea, misurando la pressione del fluido esterno e convertendola in profondità utilizzando modelli locali di densità dell’acqua e di gravità. Sensori al quarzo risonanti o piezoresistivi ad alta precisione stabiliscono un vincolo verticale rigido che stabilizza la deriva del canale verticale dell’INS. Poiché la pressione indica la profondità al di sotto della superficie piuttosto che l’altitudine al di sopra del fondale marino, le piattaforme devono abbinare i sensori di profondità ad altimetri acustici o DVL per le operazioni di tracciamento del terreno.
La precisione della rotta determina direttamente la stabilità della posizione trasversale nei sistemi di navigazione sottomarina basati sulla navigazione a stima. Le piattaforme di piccole dimensioni utilizzano spesso magnetometri triassiali, sebbene le loro prestazioni siano soggette a distorsioni dovute al ferro duro e al ferro dolce provenienti da motori, correnti dei propulsori e strutture in acciaio. Per applicazioni di livello topografico e operazioni in prossimità di infrastrutture sottomarine, i giroscopi a fibra ottica misurano la rotazione terrestre per fornire un orientamento verso il nord vero, libero da interferenze magnetiche.
Le telecamere ottiche acquisiscono dettagli visivi ad alta risoluzione per ispezioni a distanza ravvicinata, fotogrammetria strutturale, attracco automatizzato e operazioni con manipolatori. Sebbene l’assorbimento e la diffusione della luce sott’acqua limitino la portata ottica, gli algoritmi di odometria visiva tracciano le caratteristiche delle immagini tra i fotogrammi per stimare lo spostamento relativo del veicolo in acque limpide.
La navigazione visivo-inerziale integra il tracciamento delle caratteristiche rilevate dalla telecamera con le misurazioni ad alta frequenza fornite da accelerometri e giroscopi. I sensori inerziali mantengono il tracciamento dello stato durante le virate rapide o in caso di perdita del segnale visivo, mentre le osservazioni della telecamera limitano la deriva inerziale, creando una soluzione robusta per l’ispezione strutturale a distanza ravvicinata, se abbinata a un’adeguata modellizzazione della rifrazione in porto e a una sincronizzazione precisa dei sensori.
Omniscan 450 FS per il posizionamento di ROV di Cerulean Sonar
Il sonar a scansione frontale (FLS) esegue la scansione del volume davanti a un veicolo per rilevare ostacoli, rilievi del terreno, strutture sottomarine e intralci al di là del raggio d’azione ottico. Le unità di scansione meccaniche offrono un’elevata risoluzione angolare a velocità di trasmissione dati inferiori, mentre gli array FLS multibeam generano frequenze di aggiornamento delle immagini in tempo reale, essenziali per la navigazione dinamica dei ROV e per l’evitamento autonomo degli ostacoli da parte degli AUV.
Il sonar di imaging genera rappresentazioni acustiche bidimensionali dei bersagli sottomarini e delle strutture circostanti visualizzando l’intensità del segnale di ritorno. Questi sistemi assistono i piloti di ROV che operano in acque torbide durante le ispezioni delle infrastrutture, gli avvicinamenti strutturali e la guida dei manipolatori. I sonar di imaging multibeam offrono frequenze di aggiornamento quasi in tempo reale che consentono agli operatori di mantenere una chiara consapevolezza della situazione mentre il veicolo è in movimento.
Gli ecoscandagli multibeam trasmettono ampie fasce acustiche per acquisire dense nuvole di punti batimetrici e dati di retrodiffusione del fondale marino. Quando integrato su un AUV o un ROV, il sonar multibeam raccoglie dati batimetrici ad alta risoluzione in prossimità del fondale marino, a condizione che l’unità sia strettamente integrata con una compensazione precisa dell’assetto tramite INS, riferimenti di posizione accurati e profili della velocità del suono in tempo reale.
Vigilant FLS per la navigazione ROV di Forcys
Il sonar di profilatura utilizza un fascio acustico stretto e rotante per acquisire profili geometrici trasversali precisi degli ambienti circostanti. Combinando i profili successivi con il movimento del veicolo, questi sensori mappano condotte interne, pozzi allagati, muri portuali e erosione strutturale, offrendo misurazioni angolari di precisione senza i elevati requisiti di larghezza di banda dei sistemi multibeam ad ampio raggio.
Il sonar a scansione laterale proietta impulsi acustici a forma di ventaglio su entrambi i lati del veicolo, registrando l’intensità del segnale di ritorno per costruire immagini in pianta del fondale marino. Ampiamente impiegato sugli AUV per il rilevamento dei tracciati delle condotte, le contromisure antimine e le ricerche su vaste aree, il sonar a scansione laterale richiede un tracciamento affidabile della traiettoria del veicolo e un controllo dell’altitudine per garantire un georeferenziazione spaziale accurata.
Il sonar ad apertura sintetica (SAS) combina i segnali acustici coerenti provenienti da più posizioni di emissione mentre il veicolo si sposta, sintetizzando un array molto più lungo del trasduttore fisico. Questa tecnica consente di ottenere una risoluzione lungo la traiettoria fine e indipendente dalla distanza per il rilevamento di bersagli su aree estese, ma richiede un tracciamento della traiettoria ultrapreciso fornito da sistemi INS e DVL di alta qualità e da elaborazioni di micronavigazione.
Gli ecoscandagli a fascio singolo misurano la distanza diretta lungo un unico percorso acustico, fungendo principalmente da altimetri quando puntati verso il fondo marino. Questi sensori compatti e a bassa potenza forniscono dati critici sull’altitudine per il tracciamento del terreno, le procedure di atterraggio automatizzate e il monitoraggio della distanza dal fondo su piccoli AUV e ROV di ispezione.
I profilatori del sottosuolo trasmettono energia acustica a bassa frequenza che penetra nei sedimenti sottostanti il fondale marino per riflettersi sugli strati geologici sottostanti e sulle infrastrutture interrate. Il montaggio dei profilatori su piattaforme sottomarine avvicina il sensore al fondale, migliorando la risoluzione spaziale per i rilievi di interramento dei cavi, l’ispezione delle condutture e la mappatura dei rischi geologici.
Una navigazione efficace dipende da canali di comunicazione affidabili per trasmettere aggiornamenti di posizione, dati telemetrici e dati relativi al carico utile attraverso i domini sottomarini.
Questi collegamenti di comunicazione complementari garantiscono che le piattaforme sottomarine mantengano un flusso continuo di dati e stime di stato stabili a tutte le profondità operative.
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