Echosondy jednowiązkowe (SBES) to aktywne przyrządy akustyczne służące do pomiaru odległości do dna morskiego, podwodnych granic lub pobliskich obiektów z pokładu pojazdów ROV, AUV i USV. Wysyłając skupiony impuls i mierząc czas powrotu echa, urządzenia te umożliwiają pomiary głębokości, altymetrię, śledzenie ukształtowania terenu, wykrywanie przeszkód oraz badania batymetryczne z wykorzystaniem pojedynczej wiązki.
Na tej stronie przedstawiono wiodących dostawców echosond jednowiązkowych, oferujących kompaktowe konstrukcje dostosowane do platform bezzałogowych o ograniczonej ładowności i przepustowości.
Przeczytaj Przegląd technologii
Zaawansowane rozwiązania w zakresie obrazowania podwodnego i pozycjonowania dla bezzałogowych i autonomicznych pojazdów morskich
Systemy pozycjonowania GNSS, 3D SLAM i mobilne mapowanie, bezzałogowe pojazdy naziemne
Systemy pozycjonowania i nawigacji GNSS, mobilne mapowanie UAV LiDAR i bezzałogowe pojazdy naziemne
Jeśli projektujesz, budujesz lub dostarczasz Echosondy jednowiązkowe, Załóż profil, aby zaprezentować swoje możliwości i nawiązać kontakt z osobami, które aktywnie poszukują Twoich rozwiązań.
Echosonda jednowiązkowa (SBES) to aktywny przyrząd akustyczny przeznaczony do pomiaru odległości między podwodnym przetwornikiem a granicą lub obiektem docelowym. System emituje kontrolowany impuls akustyczny, wykrywa powracające echo oraz oblicza zasięg na podstawie czasu przelotu w obie strony oraz prędkości dźwięku w wodzie. W przypadku platform podwodnych konfiguracja ta stanowi niezbędne narzędzie do mapowania głębokości, obliczania wysokości nad dnem morskim lub zapewnienia bezpiecznego prześwitu.
W odróżnieniu od systemów wielowiązkowych, które mapują szeroki pas, sonar jednowiązkowy dokonuje pomiaru głębokości lub odległości wzdłuż wąskiej wiązki akustycznej, generując sekwencję pojedynczych pomiarów wzdłuż trasy platformy. W związku z tym planowanie badań za pomocą echosondy jednowiązkowej wymaga starannego rozważenia odstępów między liniami pomiarowymi, aby zapewnić, że interesujące obiekty nie zostaną pominięte między sąsiednimi przekrojami. W przypadku platform ROV, AUV i USV kompaktowe rozmiary, niskie zapotrzebowanie na energię oraz prosty sposób przekazywania danych przez echosondę jednowiązkową sprawiają, że jest ona bardzo ceniona tam, gdzie pojemność ładunkowa, żywotność baterii lub przepustowość łącza komunikacyjnego są ograniczone.
Echosonda jednowiązkowa Sounder S500 firmy Cerulean Sonar
Echosondy jednowiązkowe mierzą głębokość wody bezpośrednio pod statkiem badawczym lub bezzałogową jednostką pływającą (USV) poprzez obliczenie czasu przebiegu impulsów akustycznych odbijających się od dna morskiego. W połączeniu z dokładnymi danymi pozycjonowania pomiary te mogą służyć do tworzenia profili głębokości, konturów oraz modeli batymetrycznych rzek, jezior, kanałów, portów i wód przybrzeżnych. Ponieważ każdy impuls obejmuje jedynie wąski obszar, linie pomiarowe należy starannie zaplanować, aby zapewnić odpowiedni zasięg i zmniejszyć ryzyko pominięcia elementów dna morskiego między sąsiednimi przekrojami.
W przypadku pojazdów podwodnych sonar jednowiązkowy skierowany w dół pełni funkcję wysokościomierza, mierząc odległość między przetwornikiem a dnem morskim. Dla operatorów pojazdów ROV dane dotyczące wysokości w czasie rzeczywistym mają kluczowe znaczenie dla utrzymania bezpiecznej odległości podczas inspekcji wizualnych oraz pracy manipulatorem w wodach o ograniczonej widoczności. Pojazdy AUV wykorzystują te pomiary w ramach swoich systemów naprowadzania i sterowania w celu utrzymania stabilnej wysokości podczas obrazowania optycznego oraz gromadzenia danych za pomocą sonaru bocznego.
Algorytmy śledzenia ukształtowania terenu pozwalają pojazdowi AUV na śledzenie konturów dna morskiego zamiast utrzymywania stałej głębokości, dzięki czemu czujniki pokładowe pozostają w optymalnym zakresie działania. Jednowiązkowy wysokościomierz dostarcza do komputera naprowadzającego pojazdu ciągły strumień pomiarów odległości, na podstawie których komputer dostosowuje powierzchnie sterowe lub silniki odrzutowe w celu utrzymania zadanej wysokości. Praktyczne wdrożenia wymagają walidacji danych oraz solidnego filtrowania cyfrowego, aby zapobiec wywołaniu nieprawidłowych reakcji sterujących przez anomalne echa pochodzące od organizmów morskich, zawiesin, stromych zboczy lub gruzu.
Dzięki zamontowaniu echosondy jednowiązkowej w orientacji skierowanej do przodu lub w kierunku bocznym operatorzy mogą wykorzystywać ją do kierunkowego pomiaru odległości, ostrzegania o przeszkodach lub wspomagania dokowania. Czujnik mierzy odległość wyłącznie w obrębie swojej wąskiej wiązki akustycznej i nie dostarcza informacji o kształcie celu, zasięgu azymutu ani szczegółów przestrzennych dostępnych w przypadku sonaru obrazującego. Dlatego też jest on zazwyczaj stosowany jako dodatkowy czujnik pomiaru odległości, a nie jako jedyny system unikania kolizji pojazdu. Wokół pojazdu można umieścić wiele kompaktowych urządzeń, aby zapewnić pomiary odległości w kilku wybranych kierunkach.
Małe bezzałogowe statki wodne (USV) wyposażone w sonar batymetryczny z pojedynczą wiązką doskonale nadają się do mapowania jezior, stawów, zbiorników wodnych oraz wrażliwych siedlisk terenów podmokłych, do których większym statkom załogowym może być trudno dotrzeć. Oprócz profilowania głębokości skalibrowane dane echa akustycznego mogą pomóc w interpretacji charakterystyki dna, warstw osadów lub roślinności podwodnej. Systemy dwuczęstotliwościowe lub szerokopasmowe mogą dostarczać dodatkowych informacji umożliwiających oddzielenie ech roślinności od dna leżącego poniżej, choć wiarygodna klasyfikacja zazwyczaj wymaga odpowiedniego przetwarzania, kalibracji oraz uzupełniających danych terenowych.
Instalacje w pojazdach ROV wymagają echosondy, która może niezawodnie działać w sąsiedztwie silników odrzutowych, urządzeń hydraulicznych, elektroniki mocy, systemów oświetleniowych oraz kabli łączących. Kwestie związane z integracją obejmują ciśnienie znamionowe, częstotliwość roboczą, zakres pomiarowy, częstotliwość aktualizacji, interfejs danych, zapotrzebowanie na energię, geometrię montażu oraz kompatybilność z systemem sterowania lub nawigacji pojazdu.
Przetwornik powinien mieć niezakłóconą ścieżkę akustyczną i być umieszczony w taki sposób, aby zminimalizować zakłócenia powodowane przez ramę pojazdu ROV, oprzyrządowanie, płozy oraz inne czujniki. Należy go również trzymać z dala od strumienia pędowego silników odrzutowych oraz obszarów, w których turbulencje lub porwane pęcherzyki mogą rozpraszać energię akustyczną, osłabiać sygnały zwrotne lub powodować sporadyczną utratę namierzenia dna. W celu ograniczenia zakłóceń konieczne może być również uziemienie elektryczne, odpowiednie poprowadzenie kabli oraz synchronizacja z innymi urządzeniami akustycznymi.
Echosonda jednowiązkowa D270 do badań batymetrycznych przeprowadzanych przez firmę CHC Navigation
Pojazdy AUV wymagają wysokiej autonomii operacyjnej, efektywności energetycznej oraz niezawodnego podejmowania decyzji na pokładzie przy zastosowaniu echosondy w konfiguracji jednowiązkowej. Nowoczesne wysokościomierze stosowane w pojazdach AUV mogą dostarczać informacje o sile sygnału, wskaźniki jakości lub status wykrywania dna wraz z każdym pomiarem odległości. System sterowania pojazdu może wykorzystywać te dane wyjściowe do identyfikacji niewiarygodnych danych lub utraty namierzenia dna oraz zainicjowania odpowiedniej reakcji, takiej jak wznoszenie się, zwolnienie lub zmiana trasy misji.
Na platformach USV przetwornik jest zazwyczaj zintegrowany z kadłubem lub zamontowany na sztywnym wsporniku w celu utrzymania stabilnych i dokładnie zmierzonych odległości względem anteny GNSS oraz innych czujników nawigacyjnych wykorzystywanych do batymetrii jednowiązkowej. Instalacja musi minimalizować zmiany zanurzenia przetwornika, drgań, szumów przepływu oraz zmiatania pęcherzyków, zwłaszcza wraz ze wzrostem prędkości statku i nasilenia stanu morza.
Systemy klasy pomiarowej zazwyczaj uwzględniają pomiary kursu i ruchu, dzięki czemu można uwzględnić wywołane falami ruchy pionowe, pochylenie i przechył, jeśli wymagają tego geometria pomiaru i specyfikacja dokładności. Dokładna synchronizacja czasu, pomiary prędkości dźwięku, korekcje zanurzenia, kalibracja systemu oraz przetwarzanie końcowe są również istotne dla uzyskania wiarygodnych głębokości z georeferencjami.
Szybki postęp w dziedzinie elektroniki na poziomie czujników oraz przetwarzania cyfrowego rozszerza zakres zastosowań systemów jednowiązkowych na platformach bezzałogowych.
Dzięki połączeniu tych zaawansowanych możliwości cyfrowych z zasadniczo solidną metodą pomiarową nowoczesne systemy jednowiązkowe pozostają niezawodną, niewymagającą dużych zasobów opcją dla zastosowań, w których wystarczające są precyzyjne pomiary wzdłuż wąskiej wiązki akustycznej.
Wyszukiwanie firm i produktów
Subskrybuj cotygodniowy eBrief
Najnowsze osiągnięcia inżynieryjne i techniczne prosto do Twojej skrzynki odbiorczej - dołącz do tysięcy inżynierów, którzy je otrzymują.