Podwodne systemy nawigacyjne łączą czujniki inercyjne, akustyczne, prędkości, głębokości oraz kursu, dostarczając dane dotyczące pozycjonowania i ruchu w sytuacjach, gdy system GNSS jest niedostępny pod powierzchnią wody. Systemy te znajdują zastosowanie w okrętach podwodnych, pojazdach AUV, UUV, ROV, systemach nurkowych oraz platformach transportu ładunków.
Na tej stronie przedstawiono dostawców podwodnych systemów nawigacyjnych, w tym systemów INS, DVL, nawigacji akustycznej, kompasów, wysokościomierzy oraz nawigacji opartej na sonarze do zastosowań morskich.
Przeczytaj Przegląd technologii
Zaawansowane inercyjne systemy nawigacyjne (INS) zapewniające niezawodną nawigację w trudnych warunkach operacyjnych
Najnowocześniejsze rozwiązania inercyjne do precyzyjnej nawigacji i pozycjonowania w środowiskach pozbawionych sygnału GPS
Zaawansowane rozwiązania na potrzeby modernizacji sektora obronnego: napędy, czujniki, systemy łączności i rzeczywistości rozszerzonej
Autonomiczna robotyka wojskowa i technologie | Amfibijne pojazdy gąsienicowe
Taktyczne systemy IMU, GPS/INS oraz rozwiązania do orientacji uzbrojenia
Niezawodne rozwiązania w zakresie pozycjonowania, nawigacji i pomiaru czasu (PNT) dla sektora wojskowego i obronnego
Innowacyjna technologia czujników podwodnych do misji morskich i bezpieczeństwa
Wysokoprecyzyjne systemy czujników inercyjnych MEMS, kwarcowych i FOG do zastosowań wojskowych, lotniczych i obronnych
Wysokowydajne światłowody, żyroskopy laserowe pierścieniowe oraz czujniki inercyjne i systemy nawigacyjne MEMS
Podwodne rozwiązania w zakresie wykrywania, łączności, obrazowania, sterowania i nawigacji dla sił morskich
Technologie nawigacji morskiej i podwodnej, pozycjonowania oraz pomiarów dla zastosowań marynarki wojennej i obronnych
Systemy autonomiczne, czujniki podwodne i technologie podwodne na potrzeby obrony morskiej
Jeśli projektujesz, budujesz lub dostarczasz Systemy nawigacji podwodnej, Załóż profil, aby zaprezentować swoje możliwości i nawiązać kontakt z osobami, które aktywnie poszukują Twoich rozwiązań.
Podwodne systemy nawigacyjne umożliwiają okrętom podwodnym, bezzałogowym pojazdom podwodnym (UUV), nurkom oraz innym platformom podwodnym określanie ruchu, orientacji, głębokości i pozycji w sytuacji, gdy nawigacja satelitarna jest niedostępna. W odróżnieniu od nawigacji powierzchniowej nawigacja podwodna musi funkcjonować bez stałego odbioru sygnałów z globalnego systemu nawigacji satelitarnej (GNSS), dlatego też łączy w sobie czujniki inercyjne, akustyczne, prędkości, głębokości oraz kursu.
Nowoczesny system nawigacji podwodnej opiera się raczej na integracji czujników niż na pojedynczym urządzeniu nawigacyjnym. Na architekturę systemu wpływają: czas trwania misji, dokładność, rozmiar pojazdu, głębokość operacyjna, odległość od dna morskiego, warunki akustyczne oraz dostępne pomoce nawigacyjne. Konwencjonalne sygnały GNSS nie są w stanie zapewnić ciągłego ustalania pozycji pod wodą, dlatego nawigacja podwodna z wykorzystaniem GPS zazwyczaj wymaga wynurzenia się na powierzchnię, zastosowania odsłoniętej anteny lub boi albo innej metody przekazywania informacji o pozycji pozyskanych z zewnętrznych źródeł do platformy podwodnej.
Morski inercyjny system nawigacyjny TALIN firmy Honeywell Aerospace
Podwodna nawigacja inercyjna wykorzystuje żyroskopy i akcelerometry do oszacowania położenia, prędkości oraz ruchu w odniesieniu do znanego punktu początkowego. Czujniki te są zazwyczaj umieszczone w inercyjnej jednostce pomiarowej (IMU), natomiast system nawigacji inercyjnej (INS) zapewnia obliczenia nawigacyjne oraz oszacowanie błędów. Systemy odniesienia położenia i kursu (AHRS) mogą dostarczać dane orientacyjne dla mniejszych platform lub stanowić część szerszego systemu nawigacji podwodnej. Ponieważ z upływem czasu kumulują się odchylenia, błędy wyrównania oraz szumy czujników, wydajność systemu INS jest zazwyczaj poprawiana za pomocą innych środków pomocniczych służących do nawigacji.
Dopplerowskie logi prędkości (DVL) mierzą prędkość pojazdu metodą akustyczną, zazwyczaj względem dna morskiego, gdy dostępna jest funkcja namierzania dna. Dane z DVL można połączyć z pomiarami INS w celu ograniczenia błędu nawigacji zliczeniowej, co sprawia, że integracja INS/DVL stanowi powszechną podstawę nawigacji pojazdów podwodnych typu AUV. Funkcja „bottom lock” zależy od wysokości nad dnem oraz sygnału zwrotnego z dna morskiego. Pomiary toru w wodzie mogą stanowić alternatywę w przypadku braku możliwości śledzenia dna, chociaż zmierzona prędkość jest wówczas prędkością względną względem otaczającej wody.
Nawigacja akustyczna zapewnia pomiary zewnętrzne, które mogą korygować lub ograniczać dokładność pokładowego rozwiązania nawigacyjnego. Systemy Long Baseline (LBL), Short Baseline (SBL) oraz Ultra-Short Baseline (USBL) wykorzystują pomiary akustyczne między pojazdem a znanymi punktami odniesienia, natomiast transpondery i boje nawigacyjne mogą zapewnić dodatkowe ustalenia pozycji. Te akustyczne techniki nawigacji podwodnej pomagają kontrolować dryf inercyjny, ale mogą wymagać zainstalowanej infrastruktury, statku powierzchniowego lub sprzętu zewnętrznego. Na dokładność mogą wpływać zmiany prędkości dźwięku, zjawisko wielodrożności, zasięg oraz geometria punktów odniesienia.
Czujniki ciśnienia dostarczają informacji o głębokości na potrzeby kontroli pionowej, planowania misji oraz fuzji czujników. Stanowią one podstawowe czujniki nawigacji podwodnej, ponieważ określają składową pionową rozwiązania nawigacyjnego. Gęstość wody oraz warunki atmosferyczne mogą wpływać na przeliczenie ciśnienia na głębokość.
Kompasy magnetyczne wskazują kurs bez konieczności korzystania z zewnętrznego odniesienia akustycznego lub satelitarnego. Znajdują one zastosowanie w systemach nawigacyjnych dla nurków, kompaktowych urządzeniach do nawigacji podwodnej oraz w niektórych architekturach pojazdów, choć na ich dokładność mogą wpływać zakłócenia magnetyczne generowane przez platformę lub występujące lokalnie. Techniki nawigacji podwodnej oparte na kompasie wymagają zatem odpowiedniej kalibracji, instalacji i kompensacji.
Wysokościomierze i echosondy mierzą odległość do dna morskiego lub innej powierzchni za pomocą energii akustycznej. Ich pomiary wspomagają kontrolę wysokości, omijanie przeszkód, podążanie za dnem oraz nawigację opartą na ukształtowaniu terenu. W systemie nawigacyjnym pojazdu AUV dane dotyczące wysokości mogą również wskazywać, czy system DVL ma szansę utrzymać śledzenie dna.
Urządzenie Mini-Ranger 2 USBL do pozycjonowania akustycznego firmy Forcys
Zintegrowana nawigacja łączy pomiary z systemów INS, DVL, ciśnienia, kursu, czujników akustycznych oraz innych w spójną ocenę stanu pojazdu. Metody filtrowania, takie jak filtry Kalmana, uwzględniają niepewność czujników i korygują wynik, gdy dostępne stają się dane pomocnicze. Niezawodne systemy monitorują również jakość pomiarów w przypadku pogorszenia działania czujników lub ich niedostępności.
Nawigacja wspomagana ukształtowaniem terenu polega na porównywaniu zmierzonych cech dna morskiego z zapisanymi danymi batymetrycznymi lub informacjami o środowisku w celu ograniczenia błędu nawigacyjnego. Sonar może również identyfikować elementy charakterystyczne, które stanowią punkty odniesienia względnego w sytuacji, gdy zewnętrzna infrastruktura akustyczna jest niedostępna. Wspomagana sonarem metoda jednoczesnej lokalizacji i mapowania (SLAM) może również wspomagać pozycjonowanie. Śledzenie cech optycznych może zapewnić określenie ruchu względnego przy odpowiedniej widoczności. Podejścia te mają znaczenie dla nawigacji autonomicznych pojazdów podwodnych o długim zasięgu oraz misji wymagających zmniejszenia zależności od środków pomocniczych z zewnątrz.
Autonomiczne pojazdy podwodne (AUV) oraz zdalnie sterowane pojazdy podwodne (ROV) wykorzystują podwodne systemy nawigacyjne do podążania wyznaczonymi trasami, utrzymywania pozycji, przeprowadzania badań, zbliżania się do celów oraz koordynowania działania czujników lub ładunku. Platformy autonomiczne wymagają pokładowego systemu nawigacyjnego, który może działać bez ciągłego udziału operatora, natomiast nawigacja podwodnych pojazdów ROV może opierać się na sygnałach akustycznych oraz informacjach przekazywanych z jednostki powierzchniowej. Wybór czujników zależy od stopnia autonomii, sposobu połączenia z jednostką powierzchniową, zasięgu działania oraz charakterystyki misji.
System nawigacji okrętu podwodnego musi zapewniać precyzyjne działanie pod wodą, ograniczając jednocześnie zależność od wynurzania się w celu uzyskania zewnętrznych punktów odniesienia. Aby utrzymać dokładność nawigacji, można połączyć wysokowydajną nawigację inercyjną, pomiary głębokości, wspomaganie pomiaru prędkości oraz niezależne punkty odniesienia. W przypadku załogowych pojazdów podwodnych stosuje się podobne zasady, a sprzęt do nawigacji podwodnej dobiera się pod kątem głębokości, autonomii oraz profilu misji.
System nawigacji dla nurków może łączyć kompas, czujnik głębokości, informacje czasowe, wyświetlacz cyfrowy oraz pomoce akustyczne lub inercyjne w celu wspomagania przemieszczania się między podwodnymi punktami orientacyjnymi. Pojazdy transportujące pływaków mogą być wyposażone w czujniki klasy pojazdowej oraz komputery nawigacyjne przeznaczone do dłuższych misji. W nawigacji nurków wojskowych kładzie się szczególny nacisk na niewielkie rozmiary, masę i pobór mocy (SWaP) oraz prostotę obsługi.
Podwodne systemy dostarczania broni i ładunku wymagają danych nawigacyjnych do celów naprowadzania, realizacji trasy, wyboru momentu zwolnienia ładunku oraz podejścia końcowego. Architektura czujników może łączyć nawigację inercyjną z danymi dotyczącymi prędkości, głębokości, sygnałami akustycznymi lub informacjami opartymi na ukształtowaniu terenu. Zastosowania obronne wymagają również odporności na sytuacje, w których zewnętrzne aktualizacje nawigacyjne są sporadyczne lub niedostępne.
Podwodny sprzęt nawigacyjny przeznaczony dla sektora obronnego może wymagać kwalifikacji pod kątem wymagań środowiskowych, elektromagnetycznych, mechanicznych oraz specyficznych dla danej platformy. Istotne kwestie obejmują:
System INS ANELLO Maritime do nawigacji podwodnej firmy ANELLO Photonics
Kwalifikacja stanowi zatem część ogólnej inżynierii systemowej, a nie jedynie cechę pojedynczego narzędzia nawigacji podwodnej.
Prace rozwojowe koncentrują się na ograniczeniu dryfu, zwiększeniu autonomii oraz utrzymaniu użytecznej nawigacji przy mniejszej liczbie zewnętrznych punktów odniesienia. Do ważnych obszarów należą:
Postępy te przyczyniają się do rozwoju podwodnej nawigacji w kierunku bardziej adaptacyjnych, zintegrowanych i autonomicznych systemów nawigacji podwodnej.
Wyszukiwanie firm i produktów
