Podwodne systemy sonarowe wykorzystują energię akustyczną do wykrywania obiektów, pomiaru głębokości, tworzenia obrazów dna morskiego oraz wspomagania nawigacji w miejscach, gdzie możliwości czujników optycznych i radiowych są ograniczone. W przypadku pojazdów ROV, AUV i USV dostępne są rozwiązania obejmujące echosondy jednowiązkowe i wielowiązkowe, sonary bocznego skanowania, sonary przedniego widzenia oraz sonary z syntetyczną aperturą.
Na tej stronie przedstawiono czołowych producentów sonarów podwodnych oraz dostawców echosond, wspierających pomiary hydrograficzne, inspekcje morskie, monitorowanie środowiska oraz autonomiczne omijanie przeszkód.
Przeczytaj Przegląd technologii
Najnowocześniejsze rozwiązania w zakresie nawigacji i pozycjonowania dla systemów bezzałogowych i robotycznych
Zaawansowane rozwiązania w zakresie obrazowania podwodnego i pozycjonowania dla bezzałogowych i autonomicznych pojazdów morskich
Innowacyjne technologie obrazowania podwodnego w wysokiej rozdzielczości oraz technologie zasilania do komercyjnych, naukowych i wojskowych misji badawczych pod wodą
Systemy pozycjonowania GNSS, 3D SLAM i mobilne mapowanie, bezzałogowe pojazdy naziemne
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
Sprzęt do badań hydrograficznych: echosondy wielowiązkowe, sonary boczne, czujniki prędkości dźwięku i profilery
Systemy pozycjonowania i nawigacji GNSS, mobilne mapowanie UAV LiDAR i bezzałogowe pojazdy naziemne
Stacje monitorowania pogody, przetworniki morskie, sonary boczne i altimetry podwodne
Jeśli projektujesz, budujesz lub dostarczasz Sonary podwodne i echosondy, Załóż profil, aby zaprezentować swoje możliwości i nawiązać kontakt z osobami, które aktywnie poszukują Twoich rozwiązań.
Podwodne systemy sonarowe wykorzystują impulsy akustyczne do wykrywania obiektów, pomiaru głębokości oraz obrazowania dna morskiego w miejscach, gdzie sygnały radiowe nie mogą się skutecznie rozprzestrzeniać, a widoczność optyczna jest ograniczona. Sonary aktywne, takie jak echosondy, obliczają odległość na podstawie odbitych ech, natomiast systemy pasywne wykrywają odgłosy maszyn lub hałas otoczenia. Częstotliwość czujnika, moc nadawcza, apertura, warunki środowiskowe oraz przetwarzanie sygnału należą do kluczowych czynników determinujących zasięg użytkowy i rozdzielczość.
W przypadku zdalnie sterowanych pojazdów podwodnych (ROV), autonomicznych pojazdów podwodnych (AUV) oraz bezzałogowych statków powierzchniowych (USV) sonar pełni funkcję zaawansowanego ładunku użytkowego, a także wspomagania nawigacji i pozycjonowania. Pojazdy AUV przenoszą czujniki w pobliżu dna morskiego w celu tworzenia map o wysokiej rozdzielczości, pojazdy ROV zawisają w miejscu w celu przeprowadzenia szczegółowych inspekcji, a statki USV często mogą pomieścić większe przetworniki, zachowując jednocześnie dostęp do systemu GNSS na powierzchni. Pomyślne przeprowadzenie operacji wymaga połączenia sonaru, systemu nawigacji pojazdu oraz oprogramowania sterującego w ściśle zsynchronizowany system.
Kraken MP-SAS (sonar z syntetyczną aperturą) do przenośnych podwodnych pojazdów bezzałogowych (UUV)
Echosondy jednowiązkowe mierzą głębokość wody lub wysokość bezpośrednio pod platformą, wysyłając pojedynczą wiązkę akustyczną skierowaną w dół. Niskie zużycie energii, kompaktowe rozmiary oraz niewielka przepustowość danych sprawiają, że urządzenia te doskonale nadają się do małych bezzałogowych statków powierzchniowych (USV) oraz inspekcyjnych pojazdów zdalnie sterowanych (ROV). Chociaż wyższe częstotliwości zapewniają lepszą rozdzielczość na krótkich odległościach, to niższe częstotliwości rozchodzą się dalej, ale zazwyczaj generują większy obszar pokrycia akustycznego.
Echosondy wielowiązkowe emitują szeroki stożek akustyczny, generując gęsty, trójwymiarowy pas pomiarów głębokości dna morskiego. Dane te mają kluczowe znaczenie dla tworzenia chmur punktów batymetrycznych, cyfrowych modeli terenu oraz obrazów rozpraszania wstecznego dna morskiego. Kierowanie wiązką i załamanie fali, szczególnie w kierunku zewnętrznych części pasma, są wrażliwe na zmiany prędkości dźwięku, co wymaga dokładnych pomiarów prędkości dźwięku, kalibracji przestrzennej oraz synchronizacji czasowej z inercyjnym systemem nawigacyjnym.
Sonar bocznego skanowania generuje obrazy dna morskiego w widoku z góry o wysokiej rozdzielczości poprzez emitowanie wąskich, szerokokątnych wiązek akustycznych w kierunku lewej i prawej burty. Urządzenie to mapuje odbicie akustyczne, przy czym twarde obiekty zazwyczaj generują jasne sygnały zwrotne oraz ciemne cienie akustyczne za sobą, podczas gdy obszary o słabym odbiciu wydają się ciemniejsze. Ponieważ konwencjonalny sonar bocznego skanowania nie mierzy bezpośrednio rzeczywistej głębokości batymetrycznej, często łączy się go z czujnikami batymetrycznymi, gdy oprócz w pełni georeferencjonowanych mozaik dna morskiego wymagane są również informacje o głębokości.
Sonar przedni zapewnia obrazowanie akustyczne w czasie rzeczywistym słupa wody oraz obiektów znajdujących się przed pojazdem, służąc przede wszystkim jako czujnik do omijania przeszkód i namierzania celów. Dla pilotów pojazdów ROV poruszających się w wodach o zerowej widoczności technologia ta wykrywa kolumny konstrukcyjne, liny cumownicze i szczątki, zanim znajdą się one w polu widzenia kamery. W przypadku pojazdów AUV dane wykrywania w czasie rzeczywistym mogą być przekazywane bezpośrednio do autonomicznych algorytmów omijania przeszkód.
Sonar z mechanicznym skanowaniem fizycznie obraca wąską wiązkę akustyczną po ustalonym łuku lub pełnym okręgu, tworząc obraz polarny otaczającego obszaru. Architektura ta zapewnia wysoką rozdzielczość kątową w kompaktowej i ekonomicznej obudowie, szeroko stosowanej w pojazdach ROV klasy obserwacyjnej. Ponieważ tworzenie obrazu wymaga czasu, czujnik ten najlepiej sprawdza się na platformach stacjonarnych lub poruszających się z małą prędkością, co pozwala zminimalizować zniekształcenia spowodowane ruchem.
Sonary obrazujące wielowiązkowe, często nazywane kamerami akustycznymi, tworzą jednocześnie wiele wąskich wiązek, aby aktualizować całe pole widzenia z dużą częstotliwością odświeżania. Działając na częstotliwościach często wynoszących od kilkuset kiloherców do kilku megaherców, zapewniają one informacje zwrotne w czasie rzeczywistym, przypominające obraz wideo, co jest niezbędne podczas pilotowania pojazdów ROV w wodach o wysokim stopniu zmętnienia oraz podczas operacji manipulatorów. Wyższe częstotliwości robocze ograniczają zasięg użytkowy, a jakość obrazu w dużym stopniu zależy od orientacji obiektu, kąta padania wiązki oraz warunków środowiskowych.
Sonar z syntetyczną aperturą łączy sygnały zwrotne z kolejnych punktów emisji impulsów wzdłuż trasy pojazdu, symulując w ten sposób układ znacznie większy niż fizyczny przetwornik. Technika ta pozwala utrzymać w przybliżeniu stałą, bardzo wysoką rozdzielczość wzdłuż trasy na całym obszarze skanowania, w dużej mierze niezależną od odległości. Osiągnięcie tego wymaga wysoce dokładnego, spójnego fazowo oszacowania ruchu, co wiąże się z koniecznością ścisłej integracji z wysokiej klasy czujnikami inercyjnymi oraz dopplerowskimi rejestratorami prędkości.
Profilometry dna wykorzystują impulsy akustyczne o niskiej częstotliwości do penetracji osadów dna morskiego, ujawniając leżące poniżej warstwy geologiczne oraz zakopaną infrastrukturę. Nowoczesne systemy typu „chirp” wykorzystują impulsy modulowane częstotliwościowo oraz przetwarzanie kompresji impulsów w celu poprawy penetracji przy zachowaniu rozdzielczości pionowej. Wydajność w dużym stopniu zależy od rodzaju osadu, przy czym materiały gruboziarniste, zawierające gaz lub silnie skonsolidowane często ograniczają penetrację w znacznie większym stopniu niż miękkie, drobnoziarniste osady.
Echosonda ciśnieniowa z odwróconym sygnałem PIES firmy Sonardyne o długim czasie pracy
Integracja sonaru z pojazdem AUV wymaga zrównoważenia ograniczeń dotyczących ograniczonej przestrzeni, masy, temperatury oraz zużycia energii, ponieważ nadajniki o dużej mocy mają bezpośredni wpływ na czas pracy baterii. Przetworniki muszą być rozmieszczone w strategicznych miejscach, aby zminimalizować hałas śrub napędowych, zacienienie kadłuba, hałas własny oraz przepływ turbulentny. Aby zapobiec przesłuchom podczas pracy wielu ładunków akustycznych, cykle nadawania mogą wymagać skoordynowanego harmonogramu impulsów oraz precyzyjnej synchronizacji czasowej z wykorzystaniem zegarów dyscyplinowanych, wyzwalaczy sprzętowych lub innych interfejsów czasowych o niskim opóźnieniu.
Głębinowy przetwornik morski firmy Airmar
Pojazdy ROV stanowią doskonałą platformę dla sonarów skanujących, prognostycznych i obrazujących, ponieważ mogą zawisnąć w miejscu, obracać się i badać podwodne konstrukcje pod różnymi kątami. Szybka telemetria realizowana za pośrednictwem linki łączącej pojazd z powierzchnią umożliwia przetwarzanie surowych danych sonarowych na powierzchni w czasie rzeczywistym. Integracja musi jednak uwzględniać ograniczenie szumu akustycznego, drgań fizycznych oraz napowietrzania wywołanego przez pędniki poprzez staranne rozmieszczenie czujników, izolację kabli oraz odpowiednie tłumienie drgań.
Pojazdy USV przenoszą ładunki do mapowania o wysokiej rozdzielczości, zachowując jednocześnie dostęp do pozycjonowania GNSS w czasie rzeczywistym oraz komunikacji powierzchniowej o dużej przepustowości. Aby zapewnić czystość danych akustycznych, przetwornik musi być umieszczony z dala od napowietrzania wywołanego przez kadłub, zazwyczaj na wysuwanym kilu lub sztywnym maszcie wystającym poza burtę. System musi również wykorzystywać wysoce precyzyjne czujniki ruchu w celu kompensacji pochylenia wzdłużnego, przechyłu bocznego oraz falowania platformy.
Holowanie czujnika akustycznego pozwala zbliżyć ładunek do dna morskiego i ogranicza jego narażenie na hałas generowany przez statek, jednak wiąże się to ze złożonymi wyzwaniami związanymi z lokalizacją. Ponieważ prądy morskie i opór kabla powodują przemieszczanie się czujnika holowanego, operatorzy mogą stosować śledzenie akustyczne, takie jak USBL, w połączeniu z pomiarami głębokości, wysokości, ruchu oraz odciągnięcia kabla, aby dokładnie georeferencjonować dane. Autonomiczne pojazdy morskie (USV) holujące czujniki wymagają aktywnego sterowania wciągarką oraz monitorowania napięcia kabla w celu zmniejszenia ryzyka kolizji z dnem morskim.
Osiągnięcie georeferencjonowania o wysokiej dokładności oraz wyeliminowanie artefaktów przestrzennych wymaga zintegrowania ładunku akustycznego z zestawem precyzyjnych czujników nawigacyjnych i pozycjonujących.
Połączenie danych z tych czujników w jednolitym układzie współrzędnych gwarantuje, że każdy sygnał zwrotny jest precyzyjnie odwzorowywany zarówno w przestrzeni fizycznej, jak i w czasie systemowym.
Tworzenie map hydrograficznych wymaga gęstych, wysoce dokładnych pomiarów głębokości w celu zapewnienia bezpiecznej nawigacji statków. Bezzałogowe statki powierzchniowe (USV) mapują płytkie, niebezpieczne wody z mieliznami, natomiast bezzałogowe pojazdy podwodne (AUV) badają korytarze głębinowe, wykorzystując echosondy wielowiązkowe do pokrycia dna morskiego. Operacje te mogą być prowadzone zgodnie z międzynarodowymi normami, takimi jak IHO S-44, wydanie 6.2.0, opublikowane w październiku 2024 r., które określa wymagania dotyczące niepewności pomiarowej, wykrywania obiektów oraz pokrycia dna morskiego.
Omniscan 450 SS – sonar boczno-skanujący do bezzałogowych statków morskich (USV) firmy Cerulean Sonar
Monitorowanie środowiska wykorzystuje obrazy z wielowiązkowego sonaru rozpraszającego oraz sonaru bocznego w celu mapowania siedlisk podwodnych, wspierania klasyfikacji osadów oraz śledzenia zmian w czasie. Powtarzane pomiary z wykorzystaniem bezzałogowych pojazdów podwodnych (AUV) umożliwiają badaczom monitorowanie dynamicznych środowisk morskich, takich jak identyfikacja podwodnych osuwisk, śledzenie transportu osadów oraz ocena stanu ekosystemu z zachowaniem wysokiej powtarzalności przestrzennej.
Sektory energetyki morskiej i telekomunikacji wykorzystują czujniki akustyczne do planowania, instalacji i kontroli kluczowej infrastruktury podmorskiej. Systemy wielowiązkowe służą do mapowania korytarzy rurociągów, natomiast sonary skanujące boczne identyfikują odsłoniętą infrastrukturę i zagrożenia związane z erozją dna, a profilery dna lub dedykowane systemy śledzenia kabli oceniają głębokość zakopania kabli. Następnie wykorzystuje się pojazdy ROV do przeprowadzania szczegółowych inspekcji konstrukcyjnych fundamentów turbin wiatrowych lub podwodnych szablonów.
Systemy bezzałogowe są wyposażone w zaawansowane urządzenia sonarowe, umożliwiające prowadzenie niebezpiecznych operacji wojskowych bez narażania personelu na ryzyko. Sonary o wysokiej rozdzielczości z syntetyczną aperturą oraz sonary bocznego skanowania umożliwiają pojazdom AUV lokalizowanie i klasyfikowanie min morskich z dużą precyzją. W ramach zwalczania okrętów podwodnych rozproszone sieci pojazdów USV i AUV mogą przenosić lub holować pasywne układy akustyczne w celu wykrywania i śledzenia zanurzonych celów na rozległych obszarach morskich.
W warunkach ograniczonej widoczności operacje poszukiwawcze w znacznym stopniu opierają się na obrazowaniu akustycznym w celu zlokalizowania wraku samolotu, zatopionych statków lub zagubionego ładunku. Do identyfikacji potencjalnych celów wykorzystuje się szerokoobszarowe skanowanie boczne, a następnie pojazdy ROV wyposażone w sonary obrazujące o wysokiej częstotliwości, które poruszają się po polu szczątków i wspierają zespoły ratownicze.
Szybki rozwój mocy obliczeniowej i konstrukcji przetworników zapewnia zaawansowaną inteligencję i wydajność badań akustycznych.
Postępy te zmieniają rolę sonarów podwodnych z samodzielnych urządzeń pomiarowych w zintegrowane źródła danych w czasie rzeczywistym, służące do autonomicznego podejmowania decyzji w operacjach morskich.
Wyszukiwanie firm i produktów
Subskrybuj cotygodniowy eBrief
Najnowsze osiągnięcia inżynieryjne i techniczne prosto do Twojej skrzynki odbiorczej - dołącz do tysięcy inżynierów, którzy je otrzymują.
