I sistemi sonar subacquei utilizzano l’energia acustica per rilevare oggetti, misurare la profondità, ottenere immagini del fondale marino e supportare la navigazione laddove i sistemi di rilevamento ottici e radio sono limitati. Per i ROV, gli AUV e gli USV, le soluzioni comprendono ecoscandagli monofascio e multifascio, sonar a scansione laterale, sonar a visione frontale e sonar ad apertura sintetica.
Questa pagina presenta i principali produttori di sonar subacquei e fornitori di ecoscandagli, a supporto di rilievi idrografici, ispezioni offshore, monitoraggio ambientale e sistemi autonomi di evitamento degli ostacoli.
Leggi il Panoramica tecnologica
Soluzioni all’avanguardia per la navigazione e il posizionamento destinate a sistemi senza pilota e robotici
Soluzioni avanzate di imaging e posizionamento subacqueo per veicoli marini senza equipaggio e autonomi
Tecnologie innovative di imaging sottomarino ad alta risoluzione e di alimentazione per missioni di rilevamento subacqueo commerciali, scientifiche e militari
Sistemi di posizionamento GNSS, SLAM 3D e mappatura mobile, veicoli di superficie senza pilota
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
Apparecchiature per rilievi idrografici: ecoscandagli multibeam, sonar a scansione laterale, sensori di velocità del suono e profilatori
Sistemi di posizionamento e navigazione GNSS, mappatura mobile UAV LiDAR e veicoli di superficie senza pilota
Stazioni di monitoraggio meteorologico, trasduttori marini, sonar a scansione laterale e altimetri subacquei
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I sistemi sonar subacquei utilizzano impulsi acustici per rilevare bersagli, misurare la profondità e ottenere immagini del fondale marino laddove i segnali radio non riescono a propagarsi efficacemente e la visibilità ottica è limitata. I sonar attivi, come gli ecoscandagli, calcolano la distanza in base agli echi di ritorno, mentre i sistemi passivi rilevano i rumori provenienti dai macchinari o dall’ambiente circostante. La frequenza del sensore, la potenza di trasmissione, l’apertura, le condizioni ambientali e l’elaborazione del segnale sono tra i fattori chiave che determinano la portata utile e la risoluzione.
Per i veicoli telecomandati (ROV), i veicoli subacquei autonomi (AUV) e le imbarcazioni di superficie senza equipaggio (USV), il sonar funge da carico utile avanzato, oltre che da ausilio alla navigazione e al posizionamento. Gli AUV trasportano sensori in prossimità del fondale marino per la mappatura ad alta risoluzione, gli ROV si mantengono in sospensione per ispezioni dettagliate e gli USV possono spesso ospitare trasduttori di dimensioni maggiori, pur mantenendo l’accesso al GNSS in superficie. Il successo delle operazioni richiede l’integrazione del sonar, della navigazione del veicolo e del software di controllo in un sistema strettamente sincronizzato.
Kraken MP-SAS (sonar ad apertura sintetica) per UUV trasportabili a mano
Gli ecoscandagli a fascio singolo misurano la profondità dell’acqua o l’altitudine direttamente al di sotto di una piattaforma trasmettendo un unico fascio acustico rivolto verso il basso. Il loro basso consumo energetico, le dimensioni compatte e la ridotta larghezza di banda dei dati li rendono particolarmente adatti a piccoli USV e ROV di ispezione. Mentre le frequenze più elevate offrono una risoluzione migliore su brevi distanze, quelle più basse si propagano più lontano ma producono generalmente un’impronta acustica più ampia.
Gli ecoscandagli multibeam proiettano un ampio ventaglio acustico per generare una fitta fascia tridimensionale di misurazioni della profondità del fondale marino. Questi dati sono fondamentali per la generazione di nuvole di punti batimetrici, modelli digitali del terreno e immagini di retrodiffusione del fondale marino. L’orientamento del fascio e la rifrazione, in particolare verso le parti esterne della fascia, sono sensibili alle variazioni della velocità del suono, il che richiede misurazioni accurate della velocità del suono, calibrazione spaziale e sincronizzazione temporale con un sistema di navigazione inerziale.
Il sonar a scansione laterale genera immagini ad alta risoluzione in vista in pianta del fondale marino emettendo fasci acustici sia stretti che ad ampio angolo verso i lati di babordo e di tribordo. Esso mappa la riflettività acustica: gli oggetti duri producono tipicamente segnali di ritorno luminosi e ombre acustiche scure alle loro spalle, mentre le aree con scarsa riflettività appaiono più scure. Poiché il sonar a scansione laterale convenzionale non misura intrinsecamente la profondità batimetrica reale, viene spesso abbinato a sensori batimetrici quando sono richieste informazioni sulla profondità insieme a mosaici del fondale marino completamente georeferenziati.
Il sonar a scansione frontale fornisce immagini acustiche in tempo reale della colonna d’acqua e degli oggetti situati davanti al veicolo, fungendo principalmente da sensore per l’evitamento degli ostacoli e l’individuazione dei bersagli. Per i piloti di ROV che navigano in acque a visibilità zero, questa tecnologia rileva colonne strutturali, cime di ormeggio e detriti prima che entrino nel campo visivo della telecamera. Per gli AUV, è in grado di fornire dati di rilevamento in tempo reale direttamente agli algoritmi autonomi di prevenzione degli ostacoli.
Il sonar a scansione meccanica ruota fisicamente un fascio acustico stretto lungo un arco prestabilito o un cerchio completo per costruire un’immagine polare dell’area circostante. Questa architettura offre un’elevata risoluzione angolare in un sistema compatto ed economico, ampiamente utilizzato sui ROV di classe osservativa. Poiché la compilazione dell’immagine richiede tempo, questo sensore è particolarmente indicato per piattaforme fisse o a movimento lento, al fine di ridurre al minimo la distorsione indotta dal movimento.
Spesso denominati “telecamere acustiche”, i sonar di imaging multibeam generano simultaneamente più fasci stretti per aggiornare l’intero campo visivo con elevate frequenze di fotogrammi. Operando a frequenze che spesso vanno da diverse centinaia di kilohertz a diversi megahertz, forniscono un feedback in tempo reale simile a un video per il pilotaggio di ROV in condizioni di elevata torbidità e per le operazioni dei manipolatori. Frequenze operative più elevate limitano la portata utile e la qualità dell’immagine dipende in larga misura dall’orientamento del bersaglio, dall’angolo di incidenza e dalle condizioni ambientali.
Il sonar ad apertura sintetica combina i segnali acustici di ritorno provenienti da posizioni di emissione successive lungo il percorso del veicolo per simulare un array molto più ampio rispetto al trasduttore fisico. Questa tecnica consente di mantenere una risoluzione lungo la traiettoria ultraelevata e pressoché costante su tutta la fascia di copertura, in gran parte indipendente dalla distanza. Il raggiungimento di questo risultato richiede una stima del movimento altamente accurata e coerente in fase, che esige una stretta integrazione con sensori inerziali di alta qualità e registratori di velocità Doppler.
I profilatori del sottosuolo utilizzano impulsi acustici a bassa frequenza per penetrare nei sedimenti del fondale marino, rivelando gli strati geologici sottostanti e le infrastrutture sepolte. I moderni sistemi chirp utilizzano impulsi modulati in frequenza ed elaborazione a compressione d’impulso per migliorare la penetrazione mantenendo al contempo la risoluzione verticale. Le prestazioni dipendono in larga misura dal tipo di sedimento: i materiali grossolani, contenenti gas o altamente consolidati spesso limitano la penetrazione in modo più marcato rispetto ai sedimenti morbidi e a grana fine.
Ecosonda a pressione con eco invertito a lunga autonomia PIES di Sonardyne
L’integrazione del sonar su AUV richiede un bilanciamento tra spazio limitato, peso, requisiti termici e consumi energetici, poiché i trasmettitori ad alta potenza incidono direttamente sull’autonomia della batteria. I trasduttori devono essere posizionati strategicamente per ridurre al minimo il rumore dell’elica, l’oscuramento dello scafo, il rumore intrinseco e il flusso turbolento. Per evitare il crosstalk quando si utilizzano più carichi utili acustici, i cicli di trasmissione possono richiedere una programmazione coordinata dei segnali acustici e una sincronizzazione temporale precisa mediante orologi disciplinati, trigger hardware o altre interfacce di temporizzazione a bassa latenza.
Trasduttore marino per acque profonde di Airmar
I ROV rappresentano piattaforme eccellenti per i sonar di scansione, a visione frontale e di imaging, poiché sono in grado di librarsi, ruotare e ispezionare le strutture sottomarine da molteplici angolazioni. La telemetria ad alta velocità tramite il cavo di collegamento del veicolo consente di elaborare i dati grezzi del sonar in superficie in tempo reale. Tuttavia, l’integrazione deve mitigare il rumore acustico, le vibrazioni fisiche e l’aerazione indotta dai propulsori attraverso un accurato posizionamento dei sensori, l’isolamento dei cavi e un adeguato smorzamento delle vibrazioni.
Gli USV trasportano carichi utili per la mappatura ad alta risoluzione, mantenendo al contempo l’accesso al posizionamento GNSS in tempo reale e alle comunicazioni di superficie ad ampia larghezza di banda. Per garantire dati acustici puliti, il trasduttore deve essere posizionato lontano dall’aerazione indotta dallo scafo, in genere su una chiglia retrattile o su un’asta rigida fuori bordo. Il sistema deve inoltre utilizzare sensori di movimento ad alta precisione per correggere il beccheggio, il rollio e il sollevamento della piattaforma.
Il traino di un sensore acustico avvicina il carico utile al fondale marino e ne riduce l’esposizione al rumore generato dall’imbarcazione, ma introduce complesse sfide di localizzazione. Poiché le correnti e la resistenza del cavo spostano il sensore trainato, gli operatori possono ricorrere al tracciamento acustico, come l’USBL, insieme a misurazioni di profondità, altitudine, movimento e lunghezza del cavo srotolato per georeferenziare i dati con precisione. I veicoli marini autonomi (USV) che trainano sensori richiedono un controllo attivo dell’argano e il monitoraggio della tensione per ridurre il rischio di collisioni con il fondale marino.
Per ottenere un georeferenziazione ad alta fedeltà ed eliminare gli artefatti spaziali è necessario integrare il carico utile acustico con una suite di sensori di navigazione e posizionamento di precisione.
La fusione di questi sensori in un sistema di coordinate unificato garantisce che ogni segnale acustico di ritorno venga mappato con precisione sia nello spazio fisico che nel tempo di sistema.
La cartografia idrografica richiede misurazioni di profondità dense e ad alta precisione per garantire la sicurezza della navigazione delle imbarcazioni. Gli USV mappano le acque poco profonde e pericolose, mentre gli AUV effettuano rilievi nei corridoi oceanici profondi, utilizzando ecoscandagli multibeam per coprire il fondale marino. Tali operazioni possono essere condotte in conformità con standard internazionali quali la norma IHO S-44 Edizione 6.2.0, pubblicata nell’ottobre 2024, che specifica i requisiti relativi all’incertezza dei rilievi, al rilevamento delle caratteristiche e alla copertura del fondale marino.
Omniscan 450 SS – Sonar a scansione laterale per USV di Cerulean Sonar
Il monitoraggio ambientale utilizza immagini multibeam a retrodiffusione e a scansione laterale per mappare gli habitat sottomarini, supportare la classificazione dei sedimenti e tracciare i cambiamenti nel tempo. I rilievi ripetuti con AUV consentono ai ricercatori di monitorare ambienti marini dinamici, ad esempio identificando frane sottomarine, monitorando il trasporto dei sedimenti e valutando lo stato di salute degli ecosistemi con elevata ripetibilità spaziale.
I settori dell’energia offshore e delle telecomunicazioni si avvalgono di sensori acustici per pianificare, installare e ispezionare infrastrutture sottomarine critiche. I sistemi multibeam mappano i corridoi delle condotte, mentre i sonar a scansione laterale identificano le infrastrutture esposte e i rischi di erosione; i profilatori del sottosuolo o i sistemi dedicati al tracciamento dei cavi valutano la profondità di interramento dei cavi. Vengono quindi impiegati i ROV per eseguire ispezioni strutturali ravvicinate delle fondazioni delle turbine eoliche o delle strutture sottomarine.
I sistemi senza equipaggio trasportano sensori sonar avanzati per condurre operazioni militari pericolose senza mettere a rischio il personale. I sonar ad apertura sintetica e a scansione laterale ad alta risoluzione consentono agli AUV di localizzare e classificare le mine marine con elevata precisione. Nella guerra antisommergibile, reti distribuite di USV e AUV possono trasportare o trainare array acustici passivi per rilevare e tracciare bersagli sommersi in vaste aree marittime.
In ambienti con scarsa visibilità, le operazioni di ricerca si affidano in larga misura all’imaging acustico per localizzare relitti di aeromobili, navi affondate o carichi smarriti. Vengono effettuate scansioni a scansione laterale su vaste aree per identificare potenziali bersagli, seguite dall’impiego di ROV dotati di sonar di imaging ad alta frequenza per navigare nel campo di detriti e assistere le squadre di recupero.
La rapida evoluzione della potenza di elaborazione e della progettazione dei trasduttori sta introducendo intelligenza avanzata ed efficienza nelle indagini acustiche.
Questi sviluppi stanno trasformando il ruolo del sonar subacqueo da semplice carico utile di rilevamento autonomo a fonte integrata di dati in tempo reale per il processo decisionale autonomo nelle operazioni marine.
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