Os sistemas Doppler Velocity Log (DVL) são sensores acústicos subaquáticos que medem a velocidade do veículo em três eixos em relação ao fundo do mar ou à água circundante. Utilizados em AUVs, ROVs e outros veículos subaquáticos não tripulados, permitem o rastreio do fundo, a medição da altitude, o seguimento do terreno e manobras precisas a baixa velocidade.
Esta página apresenta os principais fabricantes de DVL para AUV e ROV, que fornecem soluções compactas e de elevada precisão para a navegação e o posicionamento submarinos.
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Soluções avançadas de imagem e posicionamento subaquáticos para veículos marítimos não tripulados e autônomos
Sensores de rastreamento, navegação, posicionamento e comunicação para AUV, ROV, USV
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Um log de velocidade Doppler (DVL) é um sensor acústico subaquático que mede a velocidade tridimensional de um veículo em relação ao fundo do mar ou a um volume específico da coluna de água circundante. Funcionando com base no princípio do desvio Doppler acústico, o instrumento transmite impulsos acústicos de alta frequência ao longo de vários feixes angulares e analisa o desvio de frequência nos ecos recebidos para calcular o movimento relativo. A maioria dos sistemas padrão utiliza uma configuração Janus de quatro feixes para determinar este movimento, proporcionando redundância de medição integrada e, em sistemas que suportam o funcionamento com três feixes, permitindo que uma solução de velocidade em três eixos permaneça disponível caso um feixe seja temporariamente bloqueado ou produza um eco inválido.
No caso dos Veículos Subaquáticos Autónomos (AUV) e dos Veículos Operados à Distância (ROV), um DVL fornece as atualizações contínuas e de alta frequência de velocidade necessárias para limitar o desvio de posição de um Sistema de Navegação Inercial (INS) e apoiar a manutenção automática da posição. Embora seja um sensor de movimento relativo de elevada precisão, um DVL não é uma ferramenta de posicionamento absoluto, o que significa que o desvio de posição acumulado deve continuar a ser corrigido periodicamente utilizando fixações de superfície do Sistema Global de Navegação por Satélite (GNSS), navegação relativa ao terreno ou redes de posicionamento acústico.
Syrinx DVL — Log de Velocidade Doppler e Perfilador Acústico de Correntes Doppler da Sonardyne International
O rastreio do fundo marinho é o principal modo operacional utilizado na navegação submarina, medindo a velocidade do veículo em relação ao fundo marinho, considerado estacionário. Isto permite que o computador de navegação integre a velocidade ao longo do tempo e calcule o deslocamento espacial. A disponibilidade do rastreio do fundo marinho depende de se manter o fundo marinho dentro do alcance acústico operacional do instrumento e de se obterem sinais de retorno acústicos suficientes.
Quando o fundo marinho se encontra a uma profundidade demasiado grande para ser alcançado, o sensor rastreia partículas em suspensão e biomassa na coluna de água para estimar a velocidade em relação à massa de água circundante. Embora o rastreio da água possa fornecer um fluxo contínuo de velocidade para auxiliar os filtros inerciais, a utilização desta medição para a navegação por estimativa, sem ter em conta as correntes oceânicas, introduzirá erros de posição cumulativos ao longo do tempo. O software de navegação deve distinguir cuidadosamente entre estes modos de referência para aplicar a modelação correta de erros.
Ao combinar medições de, pelo menos, três feixes acústicos divergentes, o DVL decompõe o movimento complexo em vetores de velocidade longitudinal, lateral e vertical. Esta conversão matemática requer um alinhamento físico preciso durante a instalação do sistema. Quaisquer desvios de montagem não compensados podem levar o filtro de navegação a confundir o movimento para a frente com uma translação lateral ou vertical.
Para além da velocidade, o DVL mede o tempo de voo acústico ao longo de cada feixe para determinar a distância oblíqua até ao limite. O processador de bordo utiliza estas distâncias e a geometria conhecida dos feixes para calcular uma medição de altitude que representa a distância livre acima do fundo marinho. Estes dados de altitude complementam a profundidade de pressão referenciada à superfície, permitindo aterragens seguras e manobras de acompanhamento do terreno.
O estabelecimento de um bloqueio no fundo marinho requer que o sensor identifique um sinal de retorno acústico estável proveniente do fundo marinho e ajuste as suas janelas de processamento. O DVL acompanha ativamente as alterações de altitude enquanto executa rotinas de pesquisa e validação para evitar o bloqueio em alvos falsos. Se o bloqueio for perdido devido a terreno íngreme, sinais fracos ou aeração, o computador de navegação deve mudar de forma contínua para entradas alternativas do sensor.
Um Sistema de Navegação Inercial (INS) fornece estimativas de movimento e atitude a alta frequência, mas os seus erros de posição acumulam-se ao longo do tempo. Ao fornecer ao INS atualizações frequentes e de alta precisão da velocidade sempre que estiver disponível um traço válido do fundo marinho, um DVL de UUV ajuda a limitar o desvio relacionado com a velocidade. Esta integração permite que os UUVs executem missões de longa distância com menor necessidade de emergir para atualizações de GPS.
Manter uma distância segura do fundo marinho é vital para o mapeamento submarino, a obtenção de imagens e os levantamentos batimétricos. O piloto automático utiliza atualizações em tempo real da altitude e da velocidade vertical fornecidas pelo DVL para ajustar os propulsores e seguir os contornos do fundo marinho. Este controlo em circuito fechado minimiza o risco de colisões, mantendo simultaneamente os sensores da carga útil dentro das suas faixas operacionais ideais.
Um DVL do ROV deteta pequenos movimentos do veículo causados por correntes, arrasto do cabo ou movimento do manipulador. O controlador de voo do veículo utiliza este feedback de velocidade de alta resolução para comandar o contra-impulso, ajudando a plataforma a manter uma posição estável em relação ao fundo marinho quando combinado com estimativas de rumo, profundidade e navegação. Esta manutenção automatizada da posição proporciona aos pilotos a estabilidade necessária para tarefas complexas de manutenção submarina.
A execução de tarefas delicadas, como a acoplagem ou as inspeções de condutas, requer um deslocamento a baixa velocidade extremamente controlado. O DVL fornece um feedback direto e de baixo ruído das velocidades laterais e verticais, permitindo que os sistemas de piloto automático gerem ajustes espaciais precisos. Esta precisão automatizada permite operações seguras junto de infraestruturas submarinas sensíveis.
Quando a fraca visibilidade ou um fundo marinho sem características distintivas privam os pilotos de pontos de referência visuais, os dados do DVL em tempo real proporcionam uma perceção espacial essencial. A exibição da velocidade, da direção da deriva e da altitude ajuda os operadores a manter o controlo em ambientes desafiantes. Além disso, um Doppler Velocity Log (DVL) para navios autónomos pode apoiar a atracação precisa e as manobras portuárias nos casos em que o leito marinho se mantém dentro do alcance de rastreio do fundo.
Tracker 650 DVL da Cerulean Sonar
Para construir um sistema de navegação fiável e de alta precisão, um DVL deve ser integrado juntamente com um conjunto de instrumentos submarinos complementares.
A combinação destes diversos fluxos de sensores permite que os veículos submarinos mantenham uma cobertura de navegação robusta em ambientes variáveis e a diferentes profundidades operacionais.
Ao avaliar as opções dos fabricantes de Doppler Velocity Log (DVL), os engenheiros devem analisar várias especificações técnicas que se sobrepõem. A tabela resumida que se segue destaca os parâmetros críticos que determinam o desempenho operacional:
| Especificação | Significado técnico | Importância para a integração |
| Precisão da velocidade | Proximidade da velocidade indicada em relação à velocidade real, frequentemente expressa como uma percentagem da velocidade medida mais um desvio fixo. | Determina a taxa de desvio de posição durante a navegação por estimativa. |
| Precisão da velocidade | Variação aleatória estatística observada em medições repetidas em condições estáveis. | Afeta a suavidade dos circuitos de controlo de voo e o ajuste do filtro do INS. |
| Intervalo de rastreio do fundo | Limites de altitude mínima e máxima para manter o alinhamento com o fundo marinho. | Define o envelope operacional vertical do veículo. |
| Altitude mínima de rastreio | A distância mínima a um limite a partir da qual a velocidade pode ser calculada de forma fiável. | Fundamental para operações de aterragem, acoplamento e em espaços confinados. |
| Frequência de atualização | A frequência com que são transmitidos novos pacotes de dados de velocidade. | Taxas de saída elevadas melhoram a estabilidade e a capacidade de resposta do piloto automático. |
| Latência de medição | Atraso temporal entre a medição acústica física e a disponibilidade dos dados. | A latência não compensada pode desestabilizar os circuitos de controlo de alta velocidade. |
| Classificação de profundidade | Pressão hidrostática máxima que a caixa do sensor pode suportar. | Define os limites físicos do perfil de mergulho do veículo. |
Os recentes avanços da engenharia estão a expandir as capacidades e as opções de implantação da tecnologia Doppler Velocity Log (DVL).
Estas inovações continuam a alargar o acesso à navegação submarina avançada e a apoiar operações oceânicas autónomas mais capazes.
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