Posicionamento Dinâmico - Parte 6

4.2.3 - Short Baseline System

Um sistema short baseline é como um sistema long baseline, com exceção de que existe uma matriz de transdutores (hidrofones), espalhado ao longo da parte de baixo do navio DP e a(s) linha(s) de base são as distâncias entre eles. Assim, a precisão pode ser melhor do que na do tipo ultra- ou super-short baseline e opera com um transponder, mas ainda depende de correções de movimento do navio. Alguns navios têm até oito perfurações no casco para tubos ou varas em que os hidrofones são implantados.

Assim como nos sistemas USBL, os sistemas SBL não requerem transponders ou equipamentos montados no fundo do mar e são, portanto, adequados para rastrear alvos submarinos de barcos ou navios que estão ancorados ou em curso. No entanto, ao contrário dos sistemas USBL, que oferecem uma  precisão fixa, a precisão no posicionamento SBL melhora com o espaçamento do transdutor. Assim, quando o espaço permitir, por exemplo, quando operando a partir de navios maiores ou um dique, o sistema SBL pode alcançar uma precisão e posição que é similar àquela dos sistemas LBL montados no fundo do mar, tornando o sistema adequado para trabalhos de pesquisa de alta precisão. Quando se opera a partir de uma embarcação menor onde o espaçamento do transdutor é limitado (i.e quando a linha de base é curta), o sistema SBL irá exibir precisão reduzida.

Sistemas SBL determinam a posição de um alvo a partir de três ou mais transdutores que estão, por exemplo, dispostos a partir do costado da superfície do navio de onde as operações ocorrem. Estas medidas de alcance, que são normalmente suplementadas por dados de profundidade de um sensor de pressão, são então usadas para triangular a posição do alvo. Na figura acima, o transdutor da linha de base (A) envia um sinal, o qual é recebido pelo transponder (B) no alvo. O transponder responde, e a resposta é recebida pelos três transdutores da linha de base (A,C,D). Medidas do tempo decorrido agora indicam as distâncias B-A, B-C e B-D. As posições resultantes do alvo são sempre relativas à localização dos transdutores da linha de base. Em casos onde a operação é conduzida a partir de um alvo em deslocamento mas a posição do alvo deva ser conhecida em coordenadas terrestres como latitude/longitude ou UTM, o sistema de posicionamento SBL é combinado com um receptor GPS e uma bússola eletrônica, ambas montadas no barco. Estes instrumentos determinam o local e orientação do barco, os quais são combinados com os dados de posição relativa do sistema SBL para estabelecer a posição do alvo em coordenadas terrestres.

Outra aplicação

Um único transponder, denominado T1 na gravura abaixo, é montado ao objeto marcado. Sistemas SBL podem operar de vários modos diferentes, sendo o modo “transponder” o mais comum.

No modo transponder, um dos receptores dos navios emite um sinal acústico. Com a recepção deste sinal, pelo transponder, uma resposta acústica é emitida. Os sistemas SBL utilizam a triangulação para determina a posição do transponder submarino medindo o alcance e ângulo do alvo em relação à superfície do navio. O sistema SBL determina o ângulo do transponder submarino medindo os tempos relativos de chegada das respostas acústicas de cada transceptor. O alcance do objeto marcado é calculado usando o tempo decorrido desde a emissão do sinal acústico pelo transceptor até a recepção da resposta acústica.

A característica mais acentuada do sistema SBL é a distância entre os transceptores, também chamado de linha base, linha de base ou baseline. Para sistemas SBL a linha de base é tipicamente de 20-50m.

Arte gráfica mostrando um sistema de posicionamento  acústico do tipo short baseline

Este sistema centrado no navio fornece a posição do dispositivo submarino marcado em relação à posição e orientação do navio. Relacionar a posição relativa do receptor à posição absoluta do fundo do mar é um desafio que requer a adição de vários sensores. Uma unidade de referência vertical (VRU), unidade de navegação de superfície e uma giro são necessário para determinar a posição do alvo submarino em relação ao fundo do mar.

Sistemas SBL tem perdido mercado, em anos recente, para os sistemas mais leves e menores do tipo USBL. Uma vez que o sistema SBL não fornece a precisão de posição excelente como é fornecida pelo sistema LBL, nem mesmo a facilidade de lançamento do sistema USBL, este sistema (SBL) é raramento escolhido para uso em novas aplicações. De fato, fabricantes de sistemas SBL (e.g. Sonardyne) tem interrompido a fabricação de seus sitemas SBL.

As vantagens e desvantagens de um sistema de posicionamento SBL  são listados abaixo:

Vantagens	Desvantagens
·         Baixa complexidade do sistema torna o SBL uma ferramenta de fácil uso.	·         Grandes linhas de base (baselines) são necessário para uma melhor precisão
·         Boa precisão de alcance	·         As posições do transceptor deve ser precisamente identificada no navio, normalmente requer-se um dique seco.
·  Fácil de dispor já que nenhum transponder é depositado no fundo do mar	· A precisão da posição absoluta depende de sensores adicionais (giro, VRU)
·  Pequenos transdutores no navio	·  No mínimo 3 transdutores devem ser firmemente montados no navio.

High Precision Acoustic Positioning – HiPAP^®

A família HIPAP (Kongsberg) consiste dos sistemas de posicionamento subaquático de maior sucesso existente no mercado. Foi primeiramente desenvolvido com foco no princípio SSBL – Super Short Base Line, já que este era um requisito de mercado na tentativa de se evitar o princípio LBL – Long Base Line em águas profundas e em aplicações de pesquisa aquáticas precisa.

A principal vantagem do princípio SSBL é que só requer um único transdutor montado no navio e um  transponder subaquático. A tecnologia de um único transdutor e processamento de sinal digital avançado parece ser a solução ideal para se obter uma precisão ótima de posicionamento em águas profundas.

Maiores detalhes sobre a tecnologia consulte o site da Kongsberg. Estou traduzindo o folder e prometo postar aqui em breve.

4.3 - Referência de Posição Taut Wire (Fio Tesado)

Como o próprio nome diz, o sistema Taut Wire (Cabo Tesado) consiste em um peso montado no convés que tensiona um cabo. Um cabo é mantido a uma tensão constante, por meio de um peso depressor sobre o leito do mar ou ainda, a ponta do cabo pode ser passada para outra embarcação, onde, mantida uma determinada tensão, o DP permanece na distância pré-estabelecida do alvo em função da tensão. Qualquer movimento do navio fará com que o fio tensionado se desvie da sua inclinação inicial. Esse movimento ativa potenciômetros montados no sensor e produz alterações de sinais analógicos diretamente proporcionais ao desvio da inclinação. Esse sistema é mais antigo, não vemos mais a bordo nos dias de hoje.

APLICAÇÃO

Um cabo tesado é uma referência de posição útil, particularmente quando o navio pode passar longos períodos em um local estático e a profundidade da água seja limitada. O mais comum consiste de uma montagem de guindaste no convés, geralmente disposto na parte lateral do navio e um peso depressor sobre um cabo abaixado por um guincho à tensão constante. No final do curso do guindaste sensores de ângulo detectam o ângulo do cabo. O peso é abaixado para o leito do mar e o guincho ligado à tensão constante, ou no modo de ‘amarração’. Daí em diante, o guincho opera para manter uma tensão constante no fio e consequentemente detectar os movimentos do navio. O comprimento do cabo implantando, juntamente com o ângulo do fio, define a posição da cabeça do sensor com relação ao peso depressor uma vez que a distância vertical entre a roldana da lança do guindaste para o fundo do mar é conhecida. Isto já é medido na implantação.

Esboço 4.3 - Princípios Taut Wire

Estes ângulos são corrigidos no arame esticado ou pela sistema DP de controle para inclinações de navios (roll e pitch ângulos e movimento).

Vertical sistemas de fios tensos têm limitações no ângulo de fio por causa do crescente risco de arrastar o peso com o aumento ângulos. Um ângulo de fio típico máximo é 20 graus, ponto em que o DP sistema irá iniciar um aviso.Alguns vasos também têm horizontais ou superfície fios esticados que podem ser usados ​​quando fechar a uma estrutura fixa ou navio a partir da qual uma posição deve ser mantida. O princípio de funcionamento é o mesmo, mas um ponto de fixação segura é necessária em vez de um peso.

Estes ângulos são corrigidos no fio esticado ou pelo sistema de controle DP para inclinações do navio (ângulos roll e pitch e movimento).

Sistemas de fio tesado vertical têm limitações no ângulo do fio por causa do crescente risco de arrastar o peso à medida que os ângulos aumentam. Um ângulo máximo típico permitido é de 20 graus, em cujo ponto o sistema DP irá dar início a um advertência. Alguns navios também possuem fios tesos horizontal ou de superfície que podem ser utilizados quando estiverem próximos de uma estrutura fixa de um navio do qual se de tem de manter uma posição. O princípio de operação é o mesmo, porém requer-se um ponto fixo seguro ao invés de um peso.

HAIN:

Hydroacoustic Aided Inertial Navegation é o sistema de referência mais novo lançado. Consiste em uma unidade de medição inercial (IMU) medindo o próprio movimento da embarcação, tipo um Speed Log . A IMU é componente essencial em um sistema de navegação inercial (INS), que processa os dados do sensor IMU em um computador. As medições a partir de uma posição INS são muito precisas. O IMU portanto, não é apropriado como um sensor de referência DP por conta própria, mas é um dos dois componentes principais em um sistema de referência HAIN. Os dados IMU são processados juntamente com os dados de posição de um sistema de referência hidroacústica em um computador, que então dá saída única de dados combinados caracterizando o HAIN. A posição do navio, a velocidade, proa e tendência são atualizadas a 300 Hz, com base nas leituras da IMU, e corrigidas todas as vezes que uma nova posição acústica é medida.

O HAIN pode, portanto, ser visto como um add-on para o sistema de referência acústica. Ele melhora a robustez, qualidade e confiabilidade do sistema de referência acústica dramaticamente e dá ao sistema de referência melhor e mais confiável sinal acústico disponível.