Os sistemas de posicionamento subaquático e as soluções de navegação submarina permitem que os ROV e os AUV estimem a localização, o movimento e a orientação em locais onde não é possível obter receção contínua do GNSS. Estes sistemas apoiam missões de levantamento, inspeção, evasão de obstáculos, acoplamento, rastreio, contramedidas contra minas e acompanhamento do terreno, tanto em aplicações de defesa como comerciais.
Esta página apresenta os principais sistemas de navegação e posicionamento subaquáticos, que fornecem dados fiáveis de profundidade, rumo, visão e sonar, a fim de manter estimativas de estado fiáveis durante as operações submarinas.
Leia o Visão geral da tecnologia
Soluções de ponta em navegação e posicionamento para sistemas não tripulados e robóticos
Soluções de navegação e posicionamento de alta precisão para veículos não tripulados e autónomos
Soluções de posicionamento e orientação de precisão para aplicações não tripuladas
Robótica e tecnologias submarinas para aplicações de defesa, comerciais e científicas
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
Sistemas integrados e cargas úteis para plataformas não tripuladas de superfície e subaquáticas que operam em ambientes marítimos complexos
Estações de monitorização meteorológica, transdutores marítimos, sonares de varredura lateral e altímetros subaquáticos
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Os sistemas de navegação e posicionamento subaquáticos permitem que os Veículos Operados à Distância (ROVs)e os Veículos Subaquáticos Autónomos (AUVs) determinem a sua localização, movimento e orientação. Uma vez que as plataformas submersas não conseguem receber continuamente sinais do Sistema Global de Navegação por Satélite (GNSS) da superfície, a sua posição deve ser estimada através de combinações de medições inerciais, distâncias acústicas, observações de velocidade, profundidade de pressão, referências de rumo, imagens de sonar e características ambientais.
Nenhum sensor isolado proporciona um sistema completo de posicionamento subaquático em todas as condições de funcionamento. Os sistemas de navegação de alta capacidade para ROV e AUV integram estas diversas fontes de dados numa estimativa de estado unificada, ao mesmo tempo que monitorizam continuamente cada entrada quanto a latência, ruído, desalinhamento e possíveis falhas.
Sistema de Posicionamento Subaquático Subsonus USBL da Advanced Navigation
Um Sistema de Navegação Inercial (INS) estima o movimento do veículo utilizando giroscópios e acelerómetros para calcular a orientação, a velocidade e a trajetória a partir de um ponto de partida conhecido. Uma vez que um INS é autónomo e funciona sem transmissões externas, proporciona uma navegação submarina contínua em ambientes com ruído acústico ou com visibilidade reduzida. Para evitar o desvio acumulado dos sensores ao longo do tempo, o sistema recorre a atualizações externas provenientes de medidores de velocidade Doppler, sensores de profundidade, posicionamento acústico e localizações GNSS à superfície, a fim de manter um sistema de posicionamento preciso do ROV ou o estado de navegação do AUV.
Um registador de velocidade Doppler (DVL) mede a velocidade tridimensional do veículo através da transmissão de impulsos acústicos ao longo de feixes angulares e do processamento da variação de frequência dos ecos de retorno do leito marinho. Ao operar no modo de rastreio do leito marinho, o DVL limita diretamente o desvio da navegação por estimativa, tornando-o um componente fundamental para os sistemas de navegação submarina. A integração estreita com um INS limita o aumento do erro de velocidade, embora o desempenho continue sujeito a variações na velocidade do som, limites de altitude do veículo, interferência de sedimentos e perda de fixação no fundo marinho.
Um sistema de linha de base ultracurta (USBL) determina o posicionamento submarino utilizando um conjunto compacto de transdutores, normalmente implantado a partir de uma embarcação de superfície para interrogar um transponder montado no veículo. O tempo de propagação do sinal e as diferenças de fase acústica estabelecem o alcance, a direção e a elevação do alvo em relação à plataforma de superfície. Embora o USBL exija uma infraestrutura mínima no leito marinho para o posicionamento de ROV e a monitorização de AUV, a sua precisão global depende do GNSS de superfície, da compensação do movimento da embarcação, de perfis precisos da velocidade do som e da geometria do alcance oblíquo.
Um sistema de Linha de Base Longa (LBL) calcula a localização do veículo através de trilateração geométrica, utilizando um conjunto de transponders acústicos calibrados, fixados em locais específicos do leito marinho. Ao circundar o local de trabalho, o LBL proporciona um posicionamento submarino altamente repetível, independente do movimento da embarcação de superfície ou da profundidade da água. As operações modernas adotam frequentemente o LBL esparso, que combina um número reduzido de atualizações de alcance dos transponders com um INS e um DVL capazes, de modo a manter limites de posicionamento rigorosos com menores custos de implantação.
Os balizas acústicos fornecem referências detetáveis para o rastreio subaquático, a navegação e a recuperação de ativos. Os pinger de funcionamento autónomo emitem sinais periódicos para localização de emergência, enquanto os transponders interrogados respondem a códigos acústicos específicos nas redes USBL e LBL, e os dispositivos de resposta são acionados através de sinais umbilicais com fios. A seleção do hardware requer um equilíbrio entre a frequência de funcionamento, o alcance acústico, a colocação do transdutor fora da estrutura, a compatibilidade de protocolos e a autonomia da bateria.
» Ramses da Exail
Os sensores de pressão hidrostática fornecem a referência vertical principal para um sistema de navegação subaquática, medindo a pressão do fluido externo e convertendo-a em profundidade com base na densidade da água local e em modelos de gravidade. Sensores de quartzo ressonantes ou piezorresistivos de alta precisão estabelecem uma restrição vertical rígida que estabiliza o desvio do canal vertical do INS. Uma vez que a pressão indica a profundidade abaixo da superfície, em vez da altitude acima do leito marinho, as plataformas devem combinar sensores de profundidade com altímetros acústicos ou DVLs para operações de acompanhamento do terreno.
A precisão do rumo determina diretamente a estabilidade da posição transversal em sistemas de navegação submarina por navegação estimada. As plataformas de pequenas dimensões utilizam frequentemente magnetómetros triaxiais, embora o seu desempenho seja vulnerável a distorções causadas por ferro duro e ferro macio provenientes de motores, correntes dos propulsores e estruturas de aço. Para aplicações de nível topográfico e operações nas proximidades de infraestruturas submarinas, os giroscópios de fibra ótica medem a rotação da Terra para fornecer uma orientação em relação ao norte verdadeiro, isenta de interferências magnéticas.
As câmaras óticas captam detalhes visuais de alta resolução para inspeção de curta distância, fotogrametria estrutural, acoplamento automatizado e tarefas de manipuladores. Embora a absorção e a dispersão da luz subaquática limitem o alcance ótico, os algoritmos de odometria visual rastreiam características da imagem ao longo dos fotogramas para estimar o deslocamento relativo do veículo em águas límpidas.
A navegação visual-inercial combina o rastreio de características da câmara com medições de alta frequência do acelerómetro e do giroscópio. Os sensores inerciais mantêm o rastreio do estado durante curvas rápidas ou perdas de visão, enquanto as observações da câmara limitam o desvio inercial, criando uma solução robusta para a inspeção estrutural de curta distância quando combinada com uma modelação adequada da refração da água e uma sincronização rigorosa dos sensores.
Omniscan 450 FS para posicionamento de ROV da Cerulean Sonar
O sonar de visão frontal (FLS) analisa o volume à frente de um veículo para detetar obstáculos, elevações do terreno, estruturas submarinas e emaranhamentos para além do alcance ótico. As unidades de varredura mecânicas proporcionam uma elevada resolução angular a taxas de dados mais baixas, enquanto os conjuntos FLS multifeixe geram taxas de atualização de imagem em tempo real, essenciais para a navegação dinâmica de ROV e para a evasão autónoma de obstáculos por parte de AUV.
O sonar de imagem gera representações acústicas bidimensionais de alvos submarinos e estruturas circundantes, exibindo a intensidade do sinal de retorno. Estes sistemas auxiliam os pilotos de ROV que operam em águas turvas durante inspeções de ativos, aproximações a estruturas e orientação de manipuladores. Os sonares de imagem multifeixe proporcionam taxas de fotogramas quase em tempo real, o que permite aos operadores manter uma perceção clara da situação enquanto o veículo está em movimento.
Os ecossondas multifeixe transmitem faixas acústicas amplas para capturar nuvens de pontos batimétricos densas e dados de retrodifusão do fundo marinho. Quando integrado num AUV ou ROV, o sonar multifeixe recolhe dados batimétricos de alta resolução próximos do fundo marinho, desde que a unidade esteja estreitamente acoplada a uma compensação precisa da atitude por INS, referências de posição exatas e perfis da velocidade do som em tempo real.
Vigilant FLS para navegação de ROV da Forcys
O sonar de perfilagem utiliza um feixe acústico estreito e rotativo para capturar perfis geométricos transversais precisos dos ambientes circundantes. Ao combinar perfis sucessivos com o movimento do veículo, estes sensores mapeiam condutas internas, poços alagados, paredes portuárias e erosão estrutural, oferecendo medições angulares precisas sem os elevados requisitos de largura de banda dos sistemas multifeixe de ampla cobertura.
O sonar de varredura lateral projeta impulsos acústicos em forma de leque para ambos os lados de um veículo, registando a intensidade do sinal de retorno para construir imagens em planta do leito marinho. Amplamente utilizado em AUVs para levantamentos de traçados de condutas, contramedidas antiminas e buscas em áreas extensas, o sonar de varredura lateral requer um acompanhamento fiável da trajetória do veículo e controlo de altitude para garantir uma georreferenciação espacial precisa.
O sonar de abertura sintética (SAS) combina sinais acústicos coerentes provenientes de múltiplas posições de emissão à medida que o veículo se desloca, sintetizando uma matriz muito mais extensa do que o transdutor físico. Esta técnica permite obter uma resolução ao longo da trajetória precisa e independente do alcance para a deteção de alvos em áreas extensas, mas requer um acompanhamento ultrapreciso da trajetória, assegurado por sistemas INS de alta qualidade, DVL e processamento de micronavegação.
Os ecossondas de feixe único medem a distância direta ao longo de um percurso acústico, servindo principalmente como altímetros quando apontados para baixo, na direção do leito marinho. Estes sensores compactos e de baixa potência fornecem informações críticas sobre a altitude para o acompanhamento do terreno, rotinas de aterragem automatizadas e monitorização da distância em relação ao fundo em pequenos AUVs e ROVs de inspeção.
Os perfiladores do subsolo transmitem energia acústica de baixa frequência que penetra nos sedimentos subjacentes ao leito marinho para refletir nas camadas geológicas subjacentes e nas infraestruturas enterradas. A montagem de perfiladores em plataformas submarinas aproxima o sensor do fundo, melhorando a resolução espacial para levantamentos de enterramento de cabos, inspeção de condutas e mapeamento de riscos geológicos.
Uma navegação eficaz depende de canais de comunicação fiáveis para transmitir atualizações de posição, telemetria e dados de carga útil em domínios submarinos.
Estas ligações de comunicação complementares garantem que as plataformas submarinas mantenham um fluxo contínuo de dados e estimativas de estado estáveis em todas as profundidades operacionais.
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