O sonar de imagem utiliza transmissões acústicas e ecos processados para criar representações espaciais de alvos, terrenos e estruturas subaquáticas, em locais onde os sensores óticos têm limitações. Concebidos para ROV, AUV e USV, estes sistemas permitem a navegação em tempo real, a evasão de obstáculos, o levantamento hidrográfico, a inspeção submarina, a busca e recuperação, a monitorização ambiental e as contramedidas contra minas.
Esta página apresenta fabricantes e sistemas de sonar de imagem subaquática, incluindo soluções de sonar de visão frontal, multifeixe, 2D, 3D, de abertura sintética, de perfilagem e batimétrico.
Leia o Visão geral da tecnologia
Soluções de ponta em navegação e posicionamento para sistemas não tripulados e robóticos
Soluções avançadas de imagem e posicionamento subaquáticos para veículos marítimos não tripulados e autônomos
Tecnologias inovadoras de imagem submarina de alta resolução e energia para missões comerciais, científicas e militares de pesquisa subaquática
Sistemas integrados e cargas úteis para plataformas não tripuladas de superfície e subaquáticas que operam em ambientes marítimos complexos
Equipamento de levantamento hidrográfico: ecossondas multifeixe, sonares de varredura lateral, sensores de velocidade do som e perfiladores
Sistemas de posicionamento e navegação GNSS, mapeamento móvel UAV LiDAR e veículos de superfície não tripulados
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O sonar de imagem subaquática permite que os Veículos Operados à Distância (ROV), os Veículos Subaquáticos Autónomos (AUV) e as Embarcações de Superfície Não Tripuladas (USV) detetem alvos e relacione o terreno em situações em que os sensores óticos falham. Através da transmissão de energia acústica e do processamento dos ecos recebidos, um sistema de imagem por sonar subaquático cria representações espaciais de alta resolução, tais como imagens acústicas 2D, nuvens de pontos 3D, superfícies batimétricas ou mapas de varredura lateral, mesmo em águas turvas ou com baixa visibilidade.
Kraken MP-SAS da Kraken Robotics.
Estes sistemas desempenham funções distintas em plataformas não tripuladas, proporcionando aos pilotos de ROV uma perceção da situação, atuando como sensores de navegação para AUVs e operando como cargas úteis hidrográficas em USVs. Uma vez que as imagens acústicas apresentam sombras, reflexos multipath e ruído de speckle, a interpretação de imagens de sonar subaquático requer conhecimentos especializados por parte do operador ou cadeias de processamento automatizadas para avaliar com precisão a geometria e o contexto do alvo.
O sonar de imagem frontal alinha-se com o percurso do veículo para apoiar a prevenção de colisões, a pilotagem e a reaquisição de alvos. A maioria das unidades gera um ecrã em forma de setor com taxas de atualização rápidas, adequadas para a tomada de decisões em tempo real. Uma montagem adequada evita o mascaramento acústico causado pela estrutura do veículo ou pelos manipuladores, ao mesmo tempo que proporciona aos sistemas de autonomia um alcance de antecipação e um tempo de reação suficientes.
Um sonar de imagem multifeixe utiliza matrizes acústicas e formação de feixes digitais para gerar múltiplos feixes de receção estreitos a partir de cada transmissão. Isto proporciona taxas de atualização rápidas, ideais para a pilotagem dinâmica de ROV e o rastreio de alvos por AUV. A escolha entre frequências mais elevadas para detalhes espaciais precisos ou frequências mais baixas para um alcance de operação alargado depende do tamanho do alvo e das necessidades operacionais.
Os sistemas de varredura mecânica fazem rodar um feixe acústico focado ao longo de um setor, construindo uma imagem composta em vista plana, varredura a varredura. Esta configuração compacta e económica é adequada para pequenos ROV de inspeção e módulos de aterragem, embora o movimento do alvo ou a deriva do veículo possam causar distorção temporal da imagem se o movimento da plataforma não for tido em conta.
Um sonar de imagem 2D determina a distância e a direção num único plano de imagem, mas não dispõe de dados de elevação. Os operadores reduzem ou resolvem a ambiguidade vertical utilizando unidades de inclinação mecânica, o movimento do veículo ou observações a partir de múltiplos pontos de vista, tornando o sonar de imagem 2D de um ROV ideal para a inspeção estrutural e a remoção de obstáculos.
Omniscan 450 SS da Cerulean Sonar.
Ao medir o alcance, a direção e a elevação, quer simultaneamente quer através de uma varredura rápida, o sonar de imagem 3D gera nuvens de pontos volumétricas ou grelhas de voxels. Estes sistemas de imagem por sonar 3D eliminam a ambiguidade de elevação em ativos submarinos complexos, como estruturas de suporte e coletores, permitindo verificações dimensionais precisas e avaliações de espaço livre estrutural.
O sonar de abertura sintética combina sinais acústicos de retorno ao longo de uma trajetória controlada do veículo para sintetizar uma grande matriz. Esta técnica pode proporcionar uma elevada resolução ao longo da trajetória, que é em grande parte independente da distância, embora a qualidade geral da imagem continue a depender da frequência, da abertura, das condições ambientais e do processamento. Destaca-se no mapeamento do leito marinho com AUV, em contramedidas contra minas e em levantamentos de condutas, desde que os sistemas de navegação e de compensação de movimento controlem rigorosamente os erros de fase induzidos pelo movimento.
Os sonares de perfilagem e batimétricos são concebidos principalmente para obter medições geométricas de distância, perfil e profundidade do fundo marinho, embora muitos sistemas também registem a intensidade da retrodifusão acústica. Integrados com navegação inercial e medições da velocidade do som, os ecossondas batimétricos multifeixe produzem mapas georreferenciados, enquanto o sonar de imagem lateral projeta feixes laterais para destacar a textura e o relevo finos do fundo marinho.
Os sistemas de imagem por sonar subaquático proporcionam visibilidade essencial em torno das pernas das plataformas, das árvores submarinas e das fundações das turbinas eólicas, quando a água turva impede a visibilidade das câmaras. O sonar de imagem frontal orienta a aproximação do veículo, enquanto os sonares 3D e multifeixe apoiam medições de erosão, vãos livres de condutas e deformação estrutural.
Os topógrafos utilizam o sonar multifeixe para cartografar canais de navegação e batimetria, enquanto os sonares de imagem laterais identificam perigos submersos e variações na textura do fundo marinho. Os USV (veículos não tripulados de superfície) realizam levantamentos eficientes em zonas costeiras pouco profundas, enquanto os AUV (veículos não tripulados subaquáticos) que operam em águas profundas executam mapeamentos de áreas extensas sob a ação das ondas ou sob a cobertura de gelo.
A localização de embarcações perdidas, destroços de aeronaves ou equipamento submarino depende de sonares de imagem lateral de área alargada ou de matrizes de abertura sintética de AUV. Os contactos de alvo identificados durante as varreduras iniciais são, em seguida, investigados de perto por ROV equipados com sonares de imagem frontal.
A imagem acústica permite aos investigadores observar a vida marinha, aglomerações de peixes e habitats do fundo do mar sem recorrer a luz artificial que possa perturbar o comportamento dos animais. A análise da retrodifusão e da coluna de água também apoia a classificação do substrato do fundo do mar e a deteção de fugas de gás em reservas marinhas extensas.
O sonar de abertura sintética proporciona as elevadas taxas de cobertura e a resolução espacial precisa necessárias para detetar minas no fundo do mar de baixo perfil ou parcialmente enterradas durante operações de contramedida. Os sistemas não tripulados varram com segurança as rotas marítimas suspeitas, assinalando os contactos para a reaquisição e identificação dos alvos por ROVs em voo estacionário.
Os algoritmos de autonomia processam dados de imagem de sonar em tempo real para criar mapas locais de obstáculos e calcular trajetórias seguras para os veículos. Os AUVs velozes exigem alcances de deteção mais longos para manobras evasivas, enquanto os ROVs em voo estacionário dependem de uma ampla cobertura angular para navegar com segurança no interior de estruturas congestionadas.
Um sistema de imagem por sonar subaquático atinge a máxima utilidade quando os sinais acústicos recebidos estão intimamente ligados a coordenadas espaciais precisas, à atitude da plataforma e a marcas temporais exatas. Os dados de navegação estabilizam as imagens, apoiam a geolocalização de alvos e permitem que múltiplas observações sejam combinadas em mapas coerentes ou modelos tridimensionais.
A integração destas fontes de posicionamento permite que os sinais acústicos sejam georreferenciados com maior precisão, proporcionando a estabilidade necessária para um mapeamento submarino aplicável e para a tomada de decisões autónoma.
A tecnologia de perceção acústica continua a avançar rapidamente, impulsionada pela eletrónica miniaturizada, pelo processamento de ponta e pela colaboração multiplataforma. Os especificadores avaliam estas capacidades emergentes com base no desempenho no terreno, na estabilidade da calibração e no suporte à integração.
Estes avanços tecnológicos continuam a transformar as cargas úteis acústicas em motores de perceção inteligentes e multimodais para os modernos sistemas oceânicos não tripulados.
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