Systemy USBL to rozwiązania do pozycjonowania akustycznego, które określają odległość i kierunek położenia pojazdów podwodnych, przyrządów oraz sprzętu względem statku powierzchniowego. Wykorzystując nadajnik-odbiornik zamontowany na statku oraz kompatybilny transponder lub odpowiadacz zainstalowany na pojeździe ROV lub AUV, systemy te umożliwiają śledzenie w czasie rzeczywistym, korektę nawigacji, georeferencjonowanie pomiarów, pozycjonowanie dynamiczne oraz ratowanie w sytuacjach awaryjnych.
W tej kategorii przedstawiono wiodących dostawców systemów USBL służących do nawigacji, śledzenia i pozycjonowania pojazdów ROV i AUV w ramach 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
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
Jeśli projektujesz, budujesz lub dostarczasz Systemy USBL, Załóż profil, aby zaprezentować swoje możliwości i nawiązać kontakt z osobami, które aktywnie poszukują Twoich rozwiązań.
Systemy o ultrakrótkiej linii bazowej (USBL) zapewniają zewnętrzny akustyczny punkt odniesienia dla pozycjonowania pojazdów i sprzętu podwodnego działających w obszarach, do których nie docierają sygnały globalnych systemów nawigacji satelitarnej. Typowa konfiguracja polega na połączeniu akustycznego nadajnika-odbiornika zamontowanego na statku z kompatybilnym transponderem lub odpowiadaczem USBL przymocowanym do obiektu podwodnego. Poprzez pomiar czasu przelotu oraz fazowego kąta przybycia odbitego impulsu akustycznego system określa dokładną odległość i kierunek celu względem statku powierzchniowego, a następnie przekształca te wektory względne na współrzędne geograficzne.
Wdrożenie operacyjne zależy w dużym stopniu od konkretnej platformy pojazdu. W przypadku konfiguracji USBL dla zdalnie sterowanego pojazdu (ROV) system zapewnia pilotom i załogom badawczym ciągłe śledzenie USBL w czasie rzeczywistym podczas całego procesu wodowania, interwencji i wyławiania. W przypadku platform autonomicznych operatorzy wykorzystują nawigację USBL do monitorowania postępów misji z powierzchni oraz do okresowej korekty skumulowanego odchylenia nawigacji z przybliżenia zarejestrowanego przez pokładowe czujniki inercyjne pojazdu.
Podwodny akustyczny system pozycjonowania USBL „Subsonus” firmy Advanced Navigation
Główną funkcją systemu śledzenia USBL jest dokładna wizualizacja położenia pojazdu podwodnego względem statku wsparcia, infrastruktury dna morskiego oraz zaplanowanych granic. Oprogramowanie na pokładzie generuje kolejne pomiary pozycji, które są wyświetlane bezpośrednio na cyfrowych mapach pomiarowych lub wzdłuż wcześniej zdefiniowanych korytarzy misji. W kabinie sterowniczej pojazdu ROV dane te na żywo umożliwiają pilotowi bezpieczne zbliżanie się do konstrukcji, monitorowanie odchylenia liny łączącej oraz zachowanie pełnej orientacji przestrzennej nawet w warunkach zerowej widoczności.
Ponieważ zanurzony autonomiczny pojazd podwodny (AUV) nie ma dostępu do systemu GNSS, musi obliczać swoją pozycję metodą nawigacji zliczeniowej przy użyciu wewnętrznego inercyjnego systemu nawigacyjnego wspomaganego przez dopplerowski rejestr prędkości (DVL). Chociaż te pokładowe czujniki generują aktualizacje z dużą częstotliwością, z upływem czasu nieuchronnie kumulują się niewielkie odchylenia, powodując dryft obliczonej pozycji. Wysokowydajny system pozycjonowania USBL zapewnia bezwzględny punkt odniesienia geograficznego niezbędny do ograniczenia tego błędu kumulacyjnego poprzez połączenie surowych pomiarów akustycznych bezpośrednio z filtrem nawigacyjnym pojazdu.
Wysokiej jakości pomiary hydrograficzne i geofizyczne wymagają powiązania wszystkich obserwacji czujników z jednoznacznymi współrzędnymi geograficznymi. Specjalistyczna konfiguracja pomiarowa USBL pozwala to osiągnąć poprzez georeferencjonowanie czujników ładunku, takich jak sonary wielowiązkowe lub profilery dna morskiego, zamontowanych na pojeździe. Oprogramowanie łączy dane pozycyjne uzyskane metodą akustyczną z dokładnym położeniem pojazdu oraz fizycznymi odchyleniami czujników, wykorzystując precyzyjną synchronizację czasową w celu wyeliminowania błędów przestrzennych podczas ruchu.
Solidny system pozycjonowania akustycznego USBL może również służyć jako kluczowy punkt odniesienia pozycji akustycznej dla systemu pozycjonowania dynamicznego statku. W tym trybie pracy jeden lub więcej transponderów jest zakotwiczonych w znanych, stabilnych lokalizacjach na dnie morskim, co pozwala nadajnikowi-odbiornikowi statku obliczyć względną odległość i kąt względem tych stałych punktów. To akustyczne wsparcie ma kluczowe znaczenie dla automatyzacji i utrzymania pozycji, gdy sygnały GNSS są zakłócane przez konstrukcje morskie.
W przypadku krytycznej utraty głównego źródła zasilania, napędu lub głównych systemów łączności przez obiekt podwodny system USBL przejmuje kluczową rolę w procesie ratownictwa. Wyposażenie pojazdu w transponder z niezależnym akumulatorem rezerwowym gwarantuje, że statek powierzchniowy może kontynuować śledzenie pojazdu nawet po jego całkowitym wyłączeniu. Dane z tego śledzenia zawężają promień poszukiwań na powierzchni, wskazując, czy pojazd unosi się na wodzie, dryfuje, czy spoczywa na dnie morskim.
Ranger 2 USBL dla pojazdów AUV i ROV firmy Sonardyne
Akustyczny nadajnik-odbiornik zamontowany na statku stanowi główny element sprzętowy systemu pokładowego, odpowiedzialny za generowanie impulsów zapytujących oraz przetwarzanie odpowiedzi z dna morskiego. Ustala on odległość do celu poprzez pomiar czasu przebiegu fali akustycznej, a kierunek przybycia sygnału określa na podstawie analizy niewielkich różnic fazowych frontu fali przychodzącej, rejestrowanych przez zintegrowane elementy odbiorcze. Aby zapewnić niezawodne działanie, przekaźnik należy zamontować w taki sposób, aby jego powierzchnia czołowa znajdowała się znacznie poniżej napowietrzonej warstwy wody powierzchniowej oraz poza zasięgiem strumienia śruby napędowej.
Układ przetworników USBL zawiera wiele ściśle rozmieszczonych elementów akustycznych w jednej, kompaktowej głowicy. Termin „ultrakrótki” odnosi się wyraźnie do niewielkich, rzędu centymetrów, odstępów między tymi wewnętrznymi elementami, co kontrastuje z szerokimi liniami bazowymi stosowanymi w starszych metodach akustycznych. Ta kompaktowa architektura eliminuje konieczność instalowania wielu oddzielnych hydrofonów na kadłubie statku, choć niewielkie błędy pomiaru fazy będą rosły wraz z odległością.
Cele podwodne wykorzystują transponder USBL do odbierania impulsów zapytania i wysyłania zakodowanych odpowiedzi akustycznych na powierzchnię. Alternatywnie, w konfiguracji USBL dla pojazdów ROV można zastosować odpowiadacz, który uruchamia się elektrycznie za pośrednictwem kabla zasilającego, co pozwala wyeliminować opóźnienie akustycznego zapytania i zwiększyć częstotliwość aktualizacji. W przypadku pojazdów AUV urządzenia te są projektowane z uwzględnieniem ścisłych ograniczeń dotyczących rozmiarów, masy i poboru mocy, co ma na celu zachowanie żywotności akumulatora pojazdu.
Ponieważ system USBL oblicza jedynie pozycję względną, do ustalenia bezwzględnych współrzędnych geograficznych niezbędny jest wysokiej klasy odbiornik GNSS. Oprogramowanie na pokładzie musi w sposób ciągły stosować precyzyjne pomiary ramienia dźwigniowego, aby uwzględnić fizyczną odległość między anteną GNSS a zanurzoną głowicą nadajnika-odbiornika. Wszelkie rozbieżności współrzędnych lub niezmierzone przesunięcia przełożą się bezpośrednio na systematyczne błędy pozycjonowania na dnie morskim.
Ponieważ statek na powierzchni podlega ciągłym ruchom kołysania i przechylania, do stabilizacji pomiarów akustycznych niezbędna jest jednostka odniesienia ruchu. Dane o położeniu statku zbierane z dużą częstotliwością pozwalają oprogramowaniu przenieść surowe kąty akustyczne do stabilnego układu współrzędnych, neutralizując ruch statku. Ponieważ nawet niewielkie błędy kątowe powodują znaczne odchylenie pozycji na głębokości, zaawansowane systemy często integrują czujnik ruchu bezpośrednio w obudowie nadajnika-odbiornika.
Prędkość dźwięku w wodzie decyduje o tym, w jaki sposób czas przelotu jest przeliczany na odległość fizyczną, oraz określa sposób załamania się fal dźwiękowych w różnych warstwach wody. Lokalny czujnik prędkości dźwięku umieszczony na przedniej powierzchni nadajnika-odbiornika dostarcza danych niezbędnych do natychmiastowych obliczeń fazowych, natomiast regularne pomiary profilometru pozwalają na mapowanie słupa wody. Bez dokładnych, aktualnych danych profilowych załamanie fali spowoduje zniekształcenie zarówno obliczonej głębokości, jak i pozycji poziomej.
Aby wybrać odpowiednią technologię pozycjonowania, inżynierowie muszą porównać działanie podwodnego systemu pozycjonowania USBL z alternatywnymi metodami akustycznymi.
Posidonia, pozycjonowanie i śledzenie USBL, firma Exail
Długa linia bazowa ( LBL): Technologia LBL wykorzystuje siatkę wielu transponderów umieszczonych na dnie morskim w celu zapewnienia wysoce precyzyjnego pozycjonowania niezależnego od głębokości, jednak wymaga znacznego czasu na wdrożenie.
Podczas gdy metody LBL i nawigacja zliczeniowa sprawdzają się doskonale w zadaniach lokalnych lub autonomicznych, USBL pozostaje preferowanym wyborem w przypadku szybkich operacji prowadzonych z pokładu statku.
Wybór optymalnej konfiguracji USBL wymaga uwzględnienia zarówno warunków operacyjnych, jak i ograniczeń charakterystycznych dla danego pojazdu.
Ostatecznie idealny system musi zapewniać sprawdzoną jakość pomiaru pozycji w ramach określonych przez Państwa limitów operacyjnych i interfejsów platformy.
Wyszukiwanie firm i produktów
Subskrybuj cotygodniowy eBrief
Najnowsze osiągnięcia inżynieryjne i techniczne prosto do Twojej skrzynki odbiorczej - dołącz do tysięcy inżynierów, którzy je otrzymują.
