Os ecossondas de feixe único (SBES) são instrumentos acústicos ativos que medem a distância até ao fundo marinho, limites submersos ou alvos próximos a partir de ROVs, AUVs e USVs. Ao transmitirem um impulso focado e cronometrarem o eco de retorno, estes instrumentos permitem a sondagem de profundidade, a altimetria, o acompanhamento do terreno, a deteção de obstáculos e levantamentos batimétricos de feixe único.
Esta página apresenta os principais fornecedores de ecossondas de feixe único, que disponibilizam designs compactos adequados a plataformas não tripuladas com restrições de carga útil e largura de banda.
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Uma sonda acústica de feixe único (SBES) é um instrumento acústico ativo concebido para medir a distância entre um transdutor subaquático e um limite ou alvo. O sistema emite um impulso acústico controlado, deteta o eco de retorno e calcula a distância a partir do tempo de percurso de ida e volta e da velocidade do som na água. No caso das plataformas subaquáticas, esta configuração constitui uma ferramenta essencial para cartografar profundidades, calcular a altitude acima do leito marinho ou garantir uma distância de segurança adequada.
Ao contrário dos sistemas multifeixe, que mapeiam uma faixa ampla, um sistema de sonar de feixe único produz uma medição de profundidade ou distância ao longo de um feixe acústico estreito, gerando uma sequência de sondagens individuais ao longo do percurso da plataforma. Consequentemente, o planeamento de um levantamento com ecossonda de feixe único requer uma análise cuidadosa do espaçamento entre linhas, para garantir que as características de interesse não sejam ignoradas entre transectos adjacentes. Em plataformas ROV, AUV e USV, o tamanho compacto, o baixo consumo de energia e a saída de dados simples de um SBES tornam-no altamente valorizado em situações em que a capacidade de carga útil, a autonomia da bateria ou a largura de banda de comunicação são limitadas.
Ecosonda de feixe único Sounder S500 da Cerulean Sonar
Os ecossondas de feixe único medem a profundidade da água diretamente por baixo de uma embarcação de levantamento ou de um USV, calculando o tempo de percurso dos impulsos acústicos refletidos pelo fundo marinho. Quando combinadas com dados de posicionamento precisos, estas medições podem ser utilizadas para criar perfis de profundidade, contornos e modelos batimétricos para rios, lagos, canais, portos e águas costeiras. Uma vez que cada transmissão abrange apenas uma área restrita, as linhas de levantamento devem ser planeadas cuidadosamente para se obter uma cobertura adequada e reduzir o risco de não detetar características do leito marinho entre transectos adjacentes.
No caso dos veículos subaquáticos, um sonar de feixe único orientado para baixo funciona como altímetro, medindo a distância entre o transdutor e o fundo do mar. Para os pilotos de ROV, os dados de altitude em tempo real são vitais para manter uma distância de segurança durante as inspeções visuais e o trabalho com o manipulador em águas com baixa visibilidade. Os AUV utilizam esta medição nos seus sistemas de orientação e controlo para manter uma altitude estável para a captação de imagens óticas e a recolha de dados do sonar de varredura lateral.
Os algoritmos de acompanhamento do terreno permitem que um AUV siga os contornos do fundo marinho em vez de manter uma profundidade constante, mantendo os sensores de bordo dentro da sua gama de funcionamento ideal. O altímetro de feixe único fornece um fluxo contínuo de medições de distância ao computador de orientação do veículo, que ajusta as superfícies de controlo ou os propulsores para manter a altitude comandada. As implementações práticas requerem a validação de dados e uma filtragem digital robusta para impedir que ecos anómalos provenientes da vida marinha, de material em suspensão, de declives acentuados ou de detritos desencadeiem respostas de controlo inadequadas.
Ao montar um ecossonda de feixe único numa orientação voltada para a frente ou lateral, os operadores podem utilizá-la para medição direcional de proximidade, aviso de obstáculos ou assistência à atracação. O sensor mede a distância apenas dentro do seu feixe acústico estreito e não fornece a forma do alvo, a cobertura de rumo nem os detalhes espaciais disponíveis num sonar de imagem. Por conseguinte, é geralmente utilizado como um sensor de medição de distância suplementar, em vez de como o único sistema de prevenção de colisões do veículo. É possível posicionar várias unidades compactas à volta do veículo para fornecer medições de distância em várias direções selecionadas.
Pequenas embarcações não tripuladas (USV) equipadas para batimetria por sonar de feixe único são adequadas para o mapeamento de lagos, lagoas, reservatórios e habitats sensíveis de zonas húmidas, aos quais as embarcações tripuladas de maiores dimensões podem ter dificuldade em aceder. Para além da determinação do perfil de profundidade, os dados calibrados de retorno acústico podem apoiar a interpretação das características do fundo, das camadas de sedimentos ou da vegetação submersa. Os sistemas de dupla frequência ou de banda larga podem fornecer informações adicionais para separar os ecos da vegetação do fundo subjacente, embora uma classificação fiável exija, geralmente, um processamento adequado, calibração e dados de referência no terreno.
As instalações em ROVs requerem um ecobatímetro capaz de funcionar de forma fiável em conjunto com propulsores, equipamento hidráulico, eletrónica de potência, sistemas de iluminação e comunicações por cabo. As considerações de integração incluem a classificação de pressão, a frequência de funcionamento, o alcance de medição, a taxa de atualização, a interface de dados, a demanda de energia, a geometria de montagem e a compatibilidade com o sistema de controlo ou navegação do veículo.
O transdutor deve ter um percurso acústico desobstruído e ser posicionado de forma a minimizar a interferência proveniente da estrutura do ROV, das ferramentas, dos patins e de outros sensores. Deve também ser mantido afastado do jato dos propulsores e de áreas onde a turbulência ou as bolhas arrastadas possam dispersar a energia acústica, enfraquecer os sinais de retorno ou causar a perda intermitente do bloqueio no fundo. O ligamento à terra, o encaminhamento dos cabos e a sincronização com outros instrumentos acústicos podem também ser necessários para reduzir a interferência.
Sonda acústica de feixe único D270 para levantamento batimétrico pela CHC Navigation
Os AUVs requerem elevada autonomia operacional, eficiência energética e um processo de tomada de decisões a bordo fiável com uma configuração de sonda acústica de feixe único. Os altímetros modernos dos AUV podem fornecer informações sobre a intensidade do sinal, indicadores de qualidade ou o estado de deteção do fundo, a par de cada medição de distância. O sistema de controlo do veículo pode utilizar estes dados para identificar dados não fiáveis ou a perda de fixação no fundo e iniciar uma resposta adequada, tal como subir, abrandar ou alterar a trajetória da missão.
Nas plataformas USV, o transdutor é normalmente integrado no casco ou num poste rígido, de modo a manter deslocamentos estáveis e medidos com precisão em relação à antena GNSS e a outros sensores de navegação utilizados para a batimetria de feixe único. A instalação deve minimizar as variações no calado do transdutor, na vibração, no ruído do fluxo e na descida das bolhas, especialmente à medida que a velocidade da embarcação e o estado do mar aumentam.
Os sistemas de nível topográfico incorporam habitualmente medições de rumo e movimento, para que o movimento vertical, a inclinação longitudinal e a inclinação lateral induzidos pelas ondas possam ser tidos em conta sempre que exigido pela geometria do levantamento e pelas especificações de precisão. A sincronização temporal precisa, as medições da velocidade do som, as correções do calado, a calibração do sistema e o pós-processamento são igualmente importantes para a obtenção de profundidades georreferenciadas fiáveis.
Os rápidos avanços na eletrónica ao nível dos sensores e no processamento digital estão a alargar o papel dos sistemas de feixe único em plataformas não tripuladas.
Ao combinar estas capacidades digitais avançadas com um método de medição fundamentalmente robusto, os modernos sistemas de feixe único continuam a ser uma opção fiável e de baixo consumo de recursos para aplicações em que bastam medições precisas ao longo de um feixe acústico estreito.
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