Podwodne systemy pozycjonowania oraz rozwiązania w zakresie nawigacji podwodnej umożliwiają pojazdom ROV i AUV oszacowanie położenia, ruchu i orientacji w miejscach, gdzie nie jest dostępny ciągły sygnał GNSS. Systemy te wspierają misje związane z pomiarami, inspekcjami, omijaniem przeszkód, dokowaniem, śledzeniem, zwalczaniem min oraz nawigacją w terenie, zarówno w zastosowaniach obronnych, jak i komercyjnych.
Na tej stronie przedstawiono wiodące systemy nawigacji i pozycjonowania podwodnego, zapewniające wiarygodne dane dotyczące głębokości, kursu, obrazu wizualnego oraz sygnałów sonarowych, co pozwala na utrzymanie rzetelnych oszacowań stanu podczas operacji podwodnych.
Przeczytaj Przegląd technologii
Najnowocześniejsze rozwiązania w zakresie nawigacji i pozycjonowania dla systemów bezzałogowych i robotycznych
Rozwiązania nawigacyjne i pozycjonujące o wysokiej dokładności dla pojazdów bezzałogowych i autonomicznych
Precyzyjne rozwiązania w zakresie pozycjonowania i orientacji dla zastosowań bezzałogowych
Robotyka i technologie podwodne do zastosowań obronnych, komercyjnych i naukowych
Zaawansowane rozwiązania w zakresie obrazowania podwodnego i pozycjonowania dla bezzałogowych i autonomicznych pojazdów morskich
Czujniki śledzenia, nawigacji, pozycjonowania i komunikacji dla pojazdów AUV, ROV, USV
Zintegrowane systemy i ładunki dla bezzałogowych platform powierzchniowych i podwodnych działających w złożonych warunkach morskich
Stacje monitorowania pogody, przetworniki morskie, sonary boczne i altimetry podwodne
Jeśli projektujesz, budujesz lub dostarczasz Nawigacja i pozycjonowanie podwodne, Załóż profil, aby zaprezentować swoje możliwości i nawiązać kontakt z osobami, które aktywnie poszukują Twoich rozwiązań.
Systemy nawigacji i pozycjonowania podwodnego umożliwiają zdalnie sterowanym pojazdom (ROV)oraz autonomicznym pojazdom podwodnym (AUV) określanie położenia, ruchu i orientacji. Ponieważ platformy zanurzone nie mogą w sposób ciągły odbierać sygnałów z powierzchniowego globalnego systemu nawigacji satelitarnej (GNSS), ich pozycję należy oszacować przy użyciu kombinacji pomiarów inercyjnych, odległości akustycznych, obserwacji prędkości, głębokości ciśnieniowej, odniesień kursowych, obrazów sonarowych oraz cech otoczenia.
Żaden pojedynczy czujnik nie zapewnia kompletnego systemu pozycjonowania podwodnego we wszystkich warunkach eksploatacyjnych. Wysokowydajne systemy nawigacyjne pojazdów ROV i AUV łączą te różnorodne źródła danych w jednolity oszacowanie stanu, jednocześnie nieustannie monitorując każde źródło danych pod kątem opóźnień, zakłóceń, niewspółosiowości oraz potencjalnych awarii.
System podwodnego pozycjonowania Subsonus USBL firmy Advanced Navigation
System nawigacji inercyjnej (INS) szacuje ruch pojazdu za pomocą żyroskopów i akcelerometrów, obliczając orientację, prędkość oraz trajektorię ruchu na podstawie znanego punktu początkowego. Ponieważ system INS jest samowystarczalny i działa bez zewnętrznych sygnałów, zapewnia ciągłą nawigację podwodną w środowiskach charakteryzujących się hałasem akustycznym lub ograniczoną widocznością. Aby zapobiec kumulacji dryftu czujników w miarę upływu czasu, system wykorzystuje zewnętrzne aktualizacje pochodzące z dopplerowskich rejestratorów prędkości, czujników głębokości, pozycjonowania akustycznego oraz pomiarów GNSS na powierzchni, co pozwala utrzymać dokładny system pozycjonowania pojazdu ROV lub stan nawigacji pojazdu AUV.
Rejestrator prędkości dopplerowskiej (DVL) mierzy trójwymiarową prędkość pojazdu poprzez wysyłanie impulsów akustycznych wzdłuż skośnych wiązek oraz przetwarzanie przesunięcia częstotliwości powracających ech z dna morskiego. Podczas pracy w trybie śledzenia dna DVL bezpośrednio ogranicza dryft wynikający z nawigacji zliczeniowej, co czyni go podstawowym elementem systemów nawigacji podwodnej. Ścisła integracja z systemem INS ogranicza wzrost błędu prędkości, choć wydajność pozostaje zależna od zmian prędkości dźwięku, ograniczeń wysokości pojazdu, zakłóceń spowodowanych osadami oraz utraty sygnału z dna morskiego.
System o ultrakrótkiej linii bazowej (USBL) określa położenie podwodne za pomocą kompaktowego układu przetworników, zazwyczaj rozmieszczanego z pokładu statku powierzchniowego w celu odpytywania transpondera zamontowanego na pojeździe. Czas przebiegu sygnału oraz różnice faz akustycznych pozwalają ustalić odległość, azymut i elewację celu względem platformy powierzchniowej. Chociaż system USBL wymaga minimalnej infrastruktury na dnie morskim do pozycjonowania pojazdów ROV i monitorowania pojazdów AUV, jego ogólna dokładność zależy od powierzchniowego systemu GNSS, kompensacji ruchu statku, precyzyjnych profili prędkości dźwięku oraz geometrii odległości skośnej.
System długiej linii bazowej (LBL) oblicza położenie pojazdu poprzez trilaterację geometryczną z wykorzystaniem sieci skalibrowanych transponderów akustycznych zakotwiczonych w stałych punktach na dnie morskim. Otaczając obszar roboczy, system LBL zapewnia wysoce powtarzalne pozycjonowanie podwodne, niezależne od ruchu statku powierzchniowego lub głębokości wody. W nowoczesnych operacjach często stosuje się system Sparse LBL, który łączy ograniczoną liczbę aktualizacji zasięgu transponderów z wydajnym systemem INS i DVL w celu utrzymania wąskich granic pozycjonowania przy niższych kosztach wdrożenia.
Sygnalizatory akustyczne stanowią wykrywalne punkty odniesienia do celów śledzenia podwodnego, nawigacji oraz odzyskiwania mienia. Pingery działające w trybie swobodnym emitują okresowe sygnały służące do lokalizacji awaryjnej, natomiast odpowiadające na zapytania transpondery reagują na określone kody akustyczne w sieciach USBL i LBL, a urządzenia reagujące uruchamiają się za pomocą sygnałów przesyłanych przewodowo przez kabel zasilająco-komunikacyjny. Wybór sprzętu wymaga wyważenia częstotliwości roboczej, zasięgu akustycznego, rozmieszczenia przetwornika poza ramą konstrukcyjną, zgodności protokołów oraz żywotności baterii.
Transceiver pozycjonujący Ramses LBL firmy Exail
Czujniki ciśnienia hydrostatycznego stanowią podstawowy punkt odniesienia w pionie dla podwodnego systemu nawigacyjnego poprzez pomiar zewnętrznego ciśnienia płynu i przeliczenie go na głębokość z wykorzystaniem lokalnych modeli gęstości wody i grawitacji. Wysokoprecyzyjne czujniki rezonansowe kwarcowe lub piezorezystancyjne zapewniają sztywne ograniczenie pionowe, które stabilizuje dryft kanału pionowego systemu INS. Ponieważ ciśnienie wskazuje głębokość poniżej powierzchni, a nie wysokość nad dnem morskim, platformy muszą łączyć czujniki głębokości z wysokościomierzami akustycznymi lub systemami DVL w celu prowadzenia operacji śledzenia ukształtowania terenu.
Dokładność kursu bezpośrednio determinuje stabilność pozycji poprzecznej w systemach nawigacji podwodnej opartych na nawigacji zliczeniowej. Małe platformy często wykorzystują trójosiowe magnetometry, choć ich działanie jest podatne na zakłócenia spowodowane obecnością twardego i miękkiego żelaza pochodzącego z silników, prądów pędników oraz konstrukcji stalowych. W zastosowaniach geodezyjnych oraz podczas operacji w pobliżu infrastruktury podwodnej żyrokompasy światłowodowe mierzą obrót Ziemi, zapewniając orientację względem prawdziwej północy bez zakłóceń magnetycznych.
Kamery optyczne rejestrują szczegóły wizualne w wysokiej rozdzielczości na potrzeby inspekcji z bliskiej odległości, fotogrametrii konstrukcyjnej, automatycznego dokowania oraz zadań wykonywanych przez manipulatory. Chociaż podwodna absorpcja i rozpraszanie światła ograniczają zasięg optyczny, algorytmy odometrii wizualnej śledzą cechy obrazu w kolejnych klatkach w celu oszacowania względnego przemieszczenia pojazdu w czystej wodzie.
Nawigacja wizualno-inercyjna łączy śledzenie cech obrazu z pomiarami akcelerometru i żyroskopu o wysokiej częstotliwości. Czujniki inercyjne utrzymują śledzenie stanu podczas szybkich skrętów lub utraty obrazu, natomiast obserwacje z kamery ograniczają dryft inercyjny, tworząc niezawodne rozwiązanie do inspekcji konstrukcji z bliskiej odległości w połączeniu z odpowiednim modelowaniem załamania światła w porcie oraz precyzyjną synchronizacją czujników.
Omniscan 450 FS do pozycjonowania pojazdów ROV firmy Cerulean Sonar
Sonar skierowany do przodu (FLS) skanuje przestrzeń przed pojazdem w celu wykrywania przeszkód, wzniesień terenu, konstrukcji podwodnych oraz obiektów, w które pojazd mógłby się zaplątać, znajdujących się poza zasięgiem optycznym. Mechaniczne jednostki skanujące zapewniają wysoką rozdzielczość kątową przy niższych szybkościach transmisji danych, natomiast wielowiązkowe układy FLS generują odświeżanie obrazu w czasie rzeczywistym, co jest niezbędne do dynamicznej nawigacji pojazdów ROV oraz autonomicznego omijania przeszkód przez pojazdy AUV.
Sonar obrazujący generuje dwuwymiarowe akustyczne odwzorowania obiektów podwodnych i otaczających je struktur poprzez wyświetlanie intensywności sygnału zwrotnego. Systemy te wspomagają pilotów pojazdów ROV działających w mętnej wodzie podczas inspekcji obiektów, zbliżania się do konstrukcji oraz kierowania manipulatorem. Wielowiązkowe sonary obrazujące zapewniają częstotliwość odświeżania klatek zbliżoną do czasu rzeczywistego, co pozwala operatorom zachować jasną orientację sytuacyjną podczas ruchu pojazdu.
Echosondy wielowiązkowe wysyłają szerokie pasma akustyczne w celu rejestrowania gęstych chmur punktów batymetrycznych oraz danych dotyczących rozpraszania wstecznego dna morskiego. Po zintegrowaniu z pojazdem AUV lub ROV sonar wielowiązkowy gromadzi dane batymetryczne o wysokiej rozdzielczości w pobliżu dna morskiego, pod warunkiem że urządzenie jest ściśle połączone z precyzyjną kompensacją położenia za pomocą systemu INS, dokładnymi odniesieniami pozycyjnymi oraz profilami prędkości dźwięku w czasie rzeczywistym.
System Vigilant FLS do nawigacji pojazdów ROV firmy Forcys
Sonar profilujący wykorzystuje wąską, obracającą się wiązkę akustyczną do rejestrowania precyzyjnych profili geometrycznych przekrojów poprzecznych otaczającego środowiska. Łącząc kolejne profile z ruchem pojazdu, czujniki te tworzą mapy wewnętrznych rurociągów, zalanych szybów, ścian portowych oraz erozji konstrukcyjnej, zapewniając precyzyjne pomiary kątowe bez konieczności stosowania szerokopasmowych systemów wielowiązkowych.
Sonar boczno-skanujący emituje impulsy akustyczne w kształcie wachlarza po obu stronach pojazdu, rejestrując intensywność sygnału zwrotnego w celu tworzenia obrazów dna morskiego w widoku z góry. Sonar bocznego skanowania, szeroko stosowany w pojazdach AUV do badań tras rurociągów, działań przeciwminowych oraz poszukiwań na rozległych obszarach, wymaga niezawodnego śledzenia trajektorii pojazdu oraz kontroli wysokości, aby zapewnić dokładne georeferencjonowanie przestrzenne.
Sonar z syntetyczną aperturą (SAS) łączy spójne sygnały zwrotne z wielu pozycji wysyłania impulsów w miarę przemieszczania się pojazdu, syntetyzując matrycę o długości znacznie przekraczającej fizyczną długość przetwornika. Technika ta pozwala uzyskać wysoką rozdzielczość wzdłuż toru ruchu, niezależną od odległości, umożliwiającą wykrywanie celów na rozległym obszarze, jednak wymaga ultraprecyzyjnego śledzenia trajektorii zapewnianego przez wysokiej klasy systemy INS, DVL oraz przetwarzanie mikronawigacyjne.
Echosondy jednowiązkowe mierzą bezpośrednią odległość wzdłuż jednej ścieżki akustycznej, pełniąc przede wszystkim funkcję wysokościomierzy, gdy są skierowane w dół, w stronę dna morskiego. Te kompaktowe czujniki o niskim poborze mocy dostarczają kluczowych informacji zwrotnych dotyczących wysokości na potrzeby podążania za ukształtowaniem terenu, zautomatyzowanych procedur lądowania oraz monitorowania odległości od dna w małych pojazdach AUV i inspekcyjnych pojazdach ROV.
Profilery dna morskiego emitują energię akustyczną o niskiej częstotliwości, która przenika przez osady pod dnem morskim i odbija się od leżących poniżej warstw geologicznych oraz zakopanej infrastruktury. Zamontowanie profilerów na platformach podwodnych pozwala na umieszczenie czujnika blisko dna, co poprawia rozdzielczość przestrzenną podczas badań dotyczących zakopania kabli, inspekcji rurociągów oraz mapowania zagrożeń geologicznych.
Skuteczna nawigacja zależy od niezawodnych kanałów komunikacyjnych służących do przesyłania aktualizacji pozycji, danych telemetrycznych oraz danych dotyczących ładunku w obszarach podmorskich.
Te uzupełniające się łącza komunikacyjne zapewniają platformom podwodnym ciągły przepływ danych oraz stabilne oszacowania stanu na wszystkich głębokościach operacyjnych.
Wyszukiwanie firm i produktów
Subskrybuj cotygodniowy eBrief
Najnowsze osiągnięcia inżynieryjne i techniczne prosto do Twojej skrzynki odbiorczej - dołącz do tysięcy inżynierów, którzy je otrzymują.
