Os ecossondas multifeixe (MBES) são sistemas de cartografia acústica ativa que transmitem um leque de feixes estreitos para gerar medições de profundidade densas e georreferenciadas, bem como modelos 3D do fundo marinho. Instalados em USV, ROV, AUV e UUV, estes sistemas apoiam levantamentos hidrográficos, modelação do terreno, inspeção de condutas e infraestruturas offshore, deteção de destroços, mapeamento de habitats e evasão de obstáculos.
Esta página apresenta fabricantes de ecossondas multifeixe para USV, AUV e ROV, que oferecem configurações que incluem sistemas batimétricos, de inspeção de alta resolução, de faixa ampla, de visão frontal, de cabeça dupla e interferométricos.
Leia o Visão geral da tecnologia
Soluções avançadas de imagem e posicionamento subaquáticos para veículos marítimos não tripulados e autônomos
Sistemas de posicionamento GNSS, SLAM 3D e mapeamento móvel, veículos de superfície não tripulados
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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Os ecossondas multifeixe (MBES) são instrumentos acústicos ativos que mapeiam o fundo marinho com elevada resolução. Em vez de registarem um único ponto de profundidade diretamente abaixo de uma embarcação, estes sistemas transmitem energia acústica ao longo de um amplo setor angular, formando um leque denso de feixes de receção estreitos. Ao medir o tempo de percurso acústico de ida e volta e o ângulo do feixe, combinando depois estas medições com dados de posicionamento, rumo, movimento e velocidade do som, geram nuvens de pontos 3D precisas e georreferenciadas. Esta tecnologia de sonar multifeixe permite que as Embarcações de Superfície Não Tripuladas (USVs) a mapear vastas áreas com segurança a partir da superfície, enquanto os Veículos Operados à Distância (ROVs) e os Veículos Subaquáticos Autónomos (AUVs) transportam os sensores para perto do fundo do mar, a fim de reduzir a perda de resolução espacial associada a longos alcances acústicos em águas profundas.
Sondador multifeixe MBES Surveyor 240 para pequenas USV, da Cerulean Sonar
Muitos sistemas avançados também registam a intensidade da retrodifusão acústica, que mede a intensidade do sinal devolvido para fornecer informações sobre a composição do fundo marinho. Sinais de retorno mais intensos indicam normalmente materiais mais duros ou mais rugosos, como rocha ou cascalho, enquanto sinais mais fracos podem sugerir sedimentos mais macios. No entanto, uma vez que a retrodifusão é altamente sensível à frequência de funcionamento, aos ângulos de incidência, à rugosidade do leito marinho e às propriedades da coluna de água, uma classificação precisa requer a integração destes dados de refletividade com a batimetria de base, amostras físicas de carótidas e fotografia submarina de alta resolução.
Um sistema de levantamento com ecossonda multifeixe batimétrica foi concebido para gerar medições de profundidade altamente precisas e georreferenciadas, que podem ser processadas em grelhas batimétricas estruturadas e modelos digitais de terreno. Para alcançar uma precisão de nível de levantamento, o sonar deve integrar-se perfeitamente com sensores de alta precisão de posicionamento, rumo, movimento e velocidade do som. Quando montado em AUVs ou ROVs, um transdutor compacto e resistente à pressão opera mais próximo do leito marinho e pode, frequentemente, utilizar frequências mais elevadas para proporcionar uma resolução espacial superior à que os sistemas montados à superfície conseguem atingir em águas profundas.
Os sistemas de sonar multifeixe de inspeção de alta resolução operam a frequências acústicas elevadas e a distâncias de trabalho curtas para captar detalhes finos na infraestrutura submarina, com alguns sistemas a oferecerem uma resolução de alcance na escala milimétrica em condições favoráveis de curto alcance. Normalmente instalados em ROVs de trabalho utilizando suportes com movimento panorâmico e inclinação, estes sistemas permitem aos pilotos inspecionar condutas, fundações e coletores a partir de vários ângulos. Produzem imagens acústicas em tempo real e, dependendo da configuração do sistema e do método de processamento, nuvens de pontos 3D densas para detetar anomalias estruturais sem necessidade de contacto físico.
Os sistemas de mapeamento de faixa ampla utilizam setores angulares extensos e taxas de emissão rápidas para cobrir grandes áreas do fundo marinho em menos passagens, maximizando a eficiência operacional. No caso dos USV, um ecobatímetro multifeixe para águas pouco profundas pode cobrir várias vezes a profundidade local da água, embora o desempenho exija uma gestão cuidadosa da potência da carga útil, da estabilidade do veículo, da compensação de movimento e da sobreposição das linhas de levantamento, a fim de evitar lacunas na cobertura. Os AUV também tiram partido de faixas largas, exigindo um controlo preciso da altitude para manter uma densidade de sondagem uniforme.
Um sistema de sonar multifeixe de visão frontal sonda o percurso à frente de um veículo, em vez do fundo marinho diretamente abaixo, funcionando como uma ferramenta essencial para a evasão de obstáculos e a localização de alvos. Estes sistemas de alta frequência geram imagens acústicas semelhantes a vídeo que penetram em águas turvas ou totalmente escuras. Embora sejam ideais para a navegação, os operadores devem avaliar cuidadosamente a calibração e a geometria do sistema antes de extrair dados dimensionais ou de levantamento fiáveis a partir das imagens.
Um sistema de ecossonda multifeixe de duas cabeças combina duas cabeças transdutoras com campos de visão sobrepostos ou complementares para alargar a cobertura, reduzir o efeito de sombra acústica e melhorar a medição de declives acentuados ou estruturas verticais. Os USV utilizam frequentemente cabeças duplas inclinadas para o exterior para maximizar a largura da faixa em águas pouco profundas, enquanto os ROV as utilizam para inspecionar simultaneamente tanto o leito marinho como as estruturas verticais. Esta configuração exige uma calibração física precisa e uma sincronização temporal rigorosa, um disparo coordenado ou separação de frequências para evitar interferências acústicas.
A integração do ROV depende da classe do veículo. Os ROV de grande porte, da classe de trabalho, suportam cargas úteis pesadas, enquanto as plataformas da classe de observação requerem designs compactos de ecossondas multifeixe para gerir a flutuabilidade e o arrasto. A colocação do sonar deve evitar a sombra acústica causada por propulsores, manipuladores ou sistemas de gestão do cabo, utilizando suportes voltados para baixo para o mapeamento do leito marinho e suportes oblíquos para condutas e coletores submarinos.
Com telemetria por cabo de elevada largura de banda, os operadores recebem imagens do sonar multifeixe em tempo real para ajustar as definições de ganho e alcance em tempo real. A atualização de veículos existentes requer uma compensação precisa da flutuabilidade para manter um manuseamento estável durante o lançamento, a recuperação e a navegação subaquática.
A integração de um ecossonda multifeixe para operações de AUV requer o alojamento do sensor atrás de uma carenagem hidrodinâmica, a fim de preservar a bateria durante missões de longa duração. O rastreio preciso e autónomo da linha é fundamental para proporcionar feixes acústicos nítidos e dados de levantamento multifeixe de alta qualidade.
Uma vez que a telemetria acústica submarina está limitada em termos de largura de banda, os sistemas armazenam dados brutos a bordo e utilizam processamento de ponta em tempo real para monitorizar a densidade de sondagem. Este processamento local de dados pode gerar batimetria em tempo real para orientar sistemas de navegação assistida pelo terreno e de evasão de obstáculos, mesmo em micro-AUVs limitados a cabeças de sonar compactas e de baixa potência.
Ecosonda oceanográfica multifeixe MS8200 para cartografia em águas profundas da Hydro-Tech
A integração em USV deve contrariar o arrastamento das bolhas na interface ar-água para evitar a aeração do sinal. Os integradores utilizam suportes de casco em V profundo, quilhas retráteis ou varas rígidas suspensas lateralmente para fixar o sensor, minimizando simultaneamente o arrasto hidrodinâmico.
Para corrigir a ação das ondas, os USV recorrem a um sistema GNSS/Sistema de Navegação Inercial (INS) estreitamente acoplado, com braços de alavanca calibrados. Enquanto as missões próximas da costa transmitem dados em tempo real, as travessias ao largo dependem do armazenamento a bordo, exigindo hardware multifeixe eficiente e de baixo consumo para suportar levantamentos prolongados.
Um levantamento multifeixe profissional é um método amplamente utilizado para produzir cartas náuticas de alta precisão de portos, baías, rios e rotas de navegação costeiras. A implantação de um sonar multifeixe para águas pouco profundas num USV autónomo permite aos operadores executar linhas de levantamento sistemáticas e repetíveis com segurança, reduzindo simultaneamente a necessidade de colocar pessoal e embarcações de levantamento tripuladas em zonas perigosas de águas pouco profundas.
Através da recolha de um padrão denso de sondagens acústicas, os topógrafos podem construir modelos digitais do terreno de alta resolução que revelam a morfologia do fundo marinho em escala detalhada. Estes modelos detalhados mostram ondas de areia, recifes rochosos e zonas de erosão localizadas que podem ser difíceis ou impossíveis de detetar de forma fiável com sondagens esparsas de feixe único.
As indústrias eólica offshore, petrolífera e do gás dependem de equipamento de levantamento multifeixe para planear as fundações das turbinas, traçar o percurso dos cabos submarinos e inspecionar condutas. Durante os levantamentos de condutas, o sonar de varredura multifeixe mapeia o alinhamento da conduta e ajuda a identificar vãos livres perigosos, exposição ou erosão localizada do fundo marinho.
Um sonar de varredura multifeixe 3D permite mapear naufrágios históricos e sítios arqueológicos submersos sem estabelecer contacto físico. A realização de múltiplas passagens a partir de diferentes ângulos reduz as sombras acústicas, permitindo aos investigadores reconstruir estruturas verticais complexas e monitorizar sítios delicados quanto à deterioração física e às alterações ambientais.
A combinação da batimetria multifeixe com a retrodifusão acústica calibrada permite aos cientistas mapear habitats marinhos e classificar ecossistemas do leito marinho. Além disso, os sistemas equipados para a obtenção de imagens da coluna de água podem captar sinais de retorno da coluna de água para rastrear fugas de gás, plumas hidrotermais e camadas de dispersão biológica.
O panorama do mapeamento acústico submarino está a evoluir rapidamente, impulsionado por várias tendências tecnológicas fundamentais:
Estes avanços tecnológicos contínuos estão a expandir os sensores multifeixe para além das ferramentas de medição convencionais, permitindo fluxos de trabalho de levantamento mais adaptáveis, avaliação de dados em tempo real e maior autonomia em plataformas submarinas devidamente equipadas.
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