I sistemi USBL sono soluzioni di posizionamento acustico che determinano la distanza e la direzione di veicoli, strumenti e attrezzature sottomarini rispetto a un'imbarcazione di superficie. Grazie a un ricetrasmettitore installato a bordo dell’imbarcazione e a un transponder o risponditore compatibile installato su un ROV o un AUV, questi sistemi consentono il tracciamento in tempo reale, la correzione della navigazione, la georeferenziazione dei rilievi, il posizionamento dinamico e il recupero di emergenza.
Questa categoria presenta i principali fornitori di sistemi USBL per la navigazione, il tracciamento e il posizionamento di ROV e AUV nell’ambito delle 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 avanzate di imaging e posizionamento subacqueo per veicoli marini senza equipaggio e autonomi
Sensori di tracciamento, navigazione, posizionamento e comunicazione per AUV, ROV, USV
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I sistemi a base ultracorta (USBL) forniscono un riferimento acustico esterno di posizione per veicoli e attrezzature sottomarine che operano in aree in cui i segnali del sistema globale di navigazione satellitare non riescono a propagarsi. Una configurazione tipica prevede l’accoppiamento di un ricetrasmettitore acustico montato su un’imbarcazione con un transponder o un risponditore USBL compatibile fissato al mezzo subacqueo. Misurando il tempo di percorrenza e l’angolo di arrivo di fase di un impulso acustico di ritorno, il sistema determina la distanza e la direzione precise del bersaglio rispetto all’imbarcazione di superficie, prima di convertire tali vettori relativi in coordinate geografiche.
L’impiego operativo dipende in larga misura dalla specifica piattaforma del veicolo. Nel caso di una configurazione USBL per veicoli telecomandati (ROV), il sistema fornisce un tracciamento USBL continuo e in tempo reale ai piloti e alle squadre di rilevamento durante tutte le fasi di lancio, intervento e recupero. Per le piattaforme autonome, gli operatori utilizzano la navigazione USBL per monitorare l’avanzamento della missione dalla superficie e correggere periodicamente la deriva accumulata nella navigazione a stima dei sensori inerziali di bordo del veicolo.
Sistema di posizionamento acustico subacqueo USBL Subsonus di Advanced Navigation
La funzione principale di un sistema di tracciamento USBL è quella di visualizzare con esattezza la posizione in cui un veicolo subacqueo sta operando rispetto alla nave di supporto, alle infrastrutture del fondale marino e ai confini pianificati. Il software di superficie genera rilevamenti di posizione successivi che vengono visualizzati direttamente su carte nautiche digitali o su corridoi di missione predefiniti. All’interno della cabina di comando di un ROV, questi dati in tempo reale consentono al pilota di avvicinarsi in sicurezza alle strutture, monitorare l’escursione del cavo di collegamento e mantenere la piena consapevolezza spaziale anche in condizioni di visibilità pari a zero.
Poiché un veicolo subacqueo autonomo (AUV) immerso non può accedere al GNSS, deve calcolare la propria posizione tramite navigazione a stima, utilizzando un sistema di navigazione inerziale interno coadiuvato da un Doppler Velocity Log (DVL). Sebbene questi sensori di bordo effettuino aggiornamenti ad alta frequenza, nel tempo si accumulano inevitabilmente piccoli scostamenti che causano una deriva della posizione calcolata. Un sistema di posizionamento USBL ad alte prestazioni fornisce il riferimento geografico assoluto necessario per limitare questo errore cumulativo, integrando le misurazioni acustiche grezze direttamente nel filtro di navigazione del veicolo.
I rilievi idrografici e geofisici di alto livello richiedono che tutte le osservazioni dei sensori siano collegate a coordinate geografiche definitive. Una configurazione USBL specializzata per il rilevamento raggiunge questo obiettivo tramite il georeferenziazione dei sensori del carico utile, quali i sonar multibeam o i profilatori del sottosuolo, montati sul veicolo. Il software associa i dati di posizione acustica all’assetto esatto del veicolo e agli offset fisici dei sensori utilizzando una sincronizzazione temporale precisa, al fine di eliminare gli errori spaziali durante il movimento.
Un robusto sistema di posizionamento acustico USBL può inoltre fungere da riferimento acustico fondamentale per il sistema di posizionamento dinamico di un’imbarcazione. In questa modalità operativa, uno o più transponder sono ancorati in posizioni note e stabili sul fondale marino, consentendo al ricetrasmettitore dell’imbarcazione di calcolare la distanza relativa e l’angolo rispetto a tali punti fissi. Questo supporto acustico è fondamentale per l’automazione e il mantenimento della posizione quando i segnali GNSS sono ostacolati da strutture offshore.
Qualora un mezzo subacqueo subisca una perdita critica dell’alimentazione primaria, della propulsione o delle comunicazioni principali, il sistema USBL assume un ruolo fondamentale nel recupero. Dotare il veicolo di un transponder dotato di una batteria di riserva indipendente garantisce che l’imbarcazione di superficie possa continuare a tracciare il mezzo anche dopo un arresto totale dello stesso. Questi dati di tracciamento restringono il raggio di ricerca in superficie, indicando se il veicolo sta galleggiando, andando alla deriva o giace sul fondale marino.
Ranger 2 USBL per AUV e ROV di Sonardyne
Il ricetrasmettitore acustico montato sull’imbarcazione costituisce l’elemento hardware centrale del sistema di superficie, responsabile della generazione degli impulsi di interrogazione e dell’elaborazione delle risposte subacquee. Esso determina la distanza dal bersaglio misurando il tempo di percorrenza del segnale acustico, mentre ricava la direzione di arrivo elaborando le minime differenze di fase del fronte d’onda in arrivo attraverso i propri elementi riceventi integrati. Per garantire prestazioni affidabili, è necessario che la superficie del ricetrasmettitore sia montata ben al di sotto del livello dell’acqua superficiale ossigenata e del flusso d’acqua generato dall’elica.
Un array di trasduttori USBL ospita più elementi acustici ravvicinati all’interno di un’unica testina compatta. Il termine «ultra-corto» si riferisce esplicitamente alla distanza ridotta, dell’ordine dei centimetri, tra questi elementi interni, in contrasto con le ampie linee di base dei metodi acustici più datati. Questa architettura compatta elimina la necessità di installare più idrofoni separati lungo lo scafo di una nave, sebbene piccoli errori di misurazione di fase aumentino proporzionalmente alla distanza.
I bersagli sottomarini si avvalgono di un transponder USBL per ricevere gli impulsi di interrogazione e restituire in superficie risposte acustiche codificate. In alternativa, una configurazione USBL su ROV può utilizzare un risponditore, che viene attivato elettricamente tramite il cavo ombelicale per eliminare il ritardo nell’interrogazione acustica e aumentare la frequenza di aggiornamento. Per gli AUV, questi strumenti sono progettati con rigorosi limiti di dimensioni, peso e potenza per preservare la durata della batteria del veicolo.
Poiché un sistema USBL calcola solo la posizione relativa, un ricevitore GNSS di alta qualità è essenziale per stabilire le coordinate geografiche assolute. Il software di superficie deve applicare continuamente misurazioni precise del braccio di leva per tenere conto della distanza fisica tra l’antenna GNSS e la testa del ricetrasmettitore sommersa. Qualsiasi discrepanza nelle coordinate o offset non misurato si tradurrà direttamente in errori sistematici di posizionamento sul fondale marino.
Poiché l’imbarcazione di superficie è soggetta a continui movimenti di beccheggio e rollio, è necessaria un’unità di riferimento del movimento per stabilizzare le misurazioni acustiche. I dati di assetto ad alta frequenza consentono al software di proiettare gli angoli acustici grezzi in un sistema di coordinate stabile, neutralizzando il movimento dell’imbarcazione. Poiché anche errori angolari minimi causano una significativa deriva di posizione in profondità, i sistemi avanzati spesso integrano il sensore di movimento direttamente all’interno dell’alloggiamento del ricetrasmettitore.
La velocità del suono nell’acqua determina il modo in cui il tempo di percorrenza viene convertito in distanza fisica e definisce come le onde sonore si rifrangono attraverso i diversi strati d’acqua. Un sensore locale di velocità del suono, posizionato sulla superficie frontale del ricetrasmettitore, fornisce i dati necessari per i calcoli di fase immediati, mentre le misurazioni periodiche effettuate dal profilatore consentono di mappare la colonna d’acqua. In assenza di dati di profilo accurati e aggiornati, la rifrazione distorcerà sia la profondità calcolata che la posizione orizzontale.
Per selezionare la tecnologia di posizionamento più adeguata, gli ingegneri devono confrontare le prestazioni di un sistema di posizionamento subacqueo USBL con quelle di metodi acustici alternativi.
Posidonia, posizionamento e tracciamento USBL, a cura di Exail
Linea di base lunga ( LBL): la tecnologia LBL utilizza una griglia di trasduttori multipli posizionati sul fondale marino per fornire un posizionamento ad alta precisione indipendente dalla profondità, ma richiede tempi di implementazione significativi.
Mentre l’LBL e la navigazione a stima eccellono in compiti localizzati o autonomi, l’USBL rimane la scelta preferita per operazioni rapide e incentrate sull’imbarcazione.
La scelta di una configurazione USBL ottimale richiede un bilanciamento tra gli ambienti operativi e i vincoli specifici del veicolo.
In definitiva, il sistema ideale deve garantire una qualità di posizionamento verificata entro i vostri specifici limiti operativi e le interfacce della piattaforma.
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