EQUIPAMIENTOS ACÚSTICOS.

Existen distintos dispositivos acústicos, en función de la zona a cartografiar:

• Sondas monohaz.
• Sondas multihaz.
• Sondas laterales o Side Scan Sonar.
• Sondas TOPAS.

En general, estos dispositivos (salvo la sonda TOPAS, como se verá más adelante) pueden ir o bien montados en el casco del barco, o en cascos independientes conectados al barco mediante cable coaxial o fibra óptica, y arrastrados por este. Puede apreciarse en las siguientes imagenes.

Sonda multihaz montada sobre el casco del buque.

Sonda lateral en dispositivo deep-tow, para ser arrastrado.
El peso es de unas 2 toneladas, y puede requerir hasta 9 Km. de cable coaxial.

Sondas monohaz (single beam echosounder[SBES]).

Las sondas monohaz emiten un haz de una frecuencia, tipicamente 200 kHz. Fueron las primeras en desarrollarse y actualmente estan en desuso en el campo de la cartografía submarina. No obstante, para otras aplicaciones (como navegación, pesca...) pueden ser de utilidad, dada su simplicidad y facilidad de manejo, para profundidades de hasta 1000 metros.

Sondas multihaz (multibeam echosounder[MBES]).

Las sondas multihaz son de gran aplicación en el campo de la cartografía submarina. Emiten varios haces de una determinada frecuencia en varias direcciones, con lo que el barrido de muestreo y la cantidad de datos para cada punto es mucho mayor. Así, se pueden eliminar las medidas atípicas y corregir los valores obtenidos, siendo mucho más precisas.

La siguiente tabla muestra los parámetros típicos para una sonda multihaz:

No obstante, existen distintas frecuencias de trabajo dependiendo de la profundidad.

La intensidad de la señal reflejada en la vertical es muy elevada (señal especular). En los laterales, la señal se va atenuando en función de la distancia. Con el fin estabilizar la señal obtenida, se puede tratar esta como se ver más adelante. A la vez que se realiza esta estabilización, la amplitud de la señal recibida se almacena también como dato de la reflectividad, que es intrinseca a la naturaleza del fondo marino. Así, se pueden caracterizar relacionando la reflectividad de un área a las observaciones in situ mediante ROVs o exploraciones con submarinistas en ese área.

La posición de la sonda es medida por GPS diferencial (DGPS), obteniendo precisiones de una decena de centimetros, y de 0,05° para los ángulos. Otro dato a medir es el movimiento vertical del barco (de la sonda). Puede emplearse un mareógrafo, que determine los valores corrigiendo las medidas, o los datos obtenidos por el DGPS, que tiene una precisión similar. Pero existen otros factores que también pueden influir en las medidas, y que en caso de ser necesarios pueden medirse para efectuar las pertinentes correcciones, como son la salinidad del agua, su temperatura, la cantidad de partículas en suspensión, etc. La precisión de la medida de la sonda varia con el ángulo. En las zonas más alejadas, la precisión es menor, llegando incluso a haber 1-1,5 metros de error. Esto puede paliarse solapando las zonas de medida y obteniendo valores medios.

Sonda lateral (Side Scan Sonar [SSS]).

Las sondas laterales son, quizás, los dispositivos más versatiles para la realización de batimetrías en un amplio rango de profundidades y resoluciones. La mayoria de las sondas laterales van montadas en dispositivos sumergibles que son arrastrados por un barco, evitando en gran medida la problemática asociada al movimiento de la nave. Este tipo de dispositivos sumergibles se denomina deep tow. En muchos casos, a la vez que la sonda lateral, incorpora numerosos sensores para medir las propiedades del agua, y la naturaleza geológica del terreno. El principio de funcionamiento es muy sencillo: la sonda emite lateralmente ecos en una banda de anchura constante, que se va desplazando con el avance del barco. La emisión de este eco caracteriza las irregularidades del terreno permitiendo crear una batimetría de gran precisión, y escalas de hasta 1:10.000 - 1:5.000. Pero además, permite el almacenamiento de información acerca de la reflectividad del fondo, para su posterior caracterización.

Esquema de funcionamiento de una sonda lateral en dispositivo deep-tow.

La siguiente tabla muestra los parametros caracteristicos de una sonda lateral:

El avance de la banda acústica permite tomar varias medidas para un mismo punto. El dato final para ese punto sera superposición de distintas medidas, lo que mejora la precisión del método. La forma en que funciona la sonda merece un análisis detallado. El eco propiamente dicho no se produce hasta que la señal emitida por la sonda no choca contra el fondo. La recepción de este eco no se produce en una sola vez. Se recibe una primera señal muy intensa, que no sirve para determinar la orografía, pero sí para estimar la posición de la sonda respecto del fondo, en su vertical. Pero la resolución horizontal de esta señal es muy pobre, por lo que para ello se utilizan los ecos siguientes.

Uno de los problemas que presenta la sonda lateral es la aparición de sombras tras determinadas formaciones. El análisis preliminar de los datos obtenidos y las primeras imágenes proporcionadas por la sonda pueden ayudar a determinar si es necesaria una nueva medida en la zona de sombra, o si existen suficientes datos como para extrapolar las mediciones próximas. Pero esta aparición de sombras es de utilidad en otras aplicaciones, como es la localización de pecios, minas, etc. en el fondo.

Uno de los parámetros más importantes a controlar es la posición relativa de la sonda respecto del barco. La posición del barco se determina generalmente por GPS diferencial (DGPS), pero la posición de la sonda respecto de este puede variar en función de las corrientes, la velocidad, el oleaje... La frecuencia de emisión de la red GPS (1,5 GHz) no permite que estas ondas se propaguen bajo el agua, por lo que no es posible el posicionamiento mediante un GPS instalado en la sonda. Por ello, ha de contar con un sistema de posicionamiento relativo respecto del barco. Además, en caso de necesitar una precisión mayor, pueden situarse algunas boyas posicionadas por DGPS y comunicadas entre sí y con el dispositivo sumergido, de manera que la referencia sea multiple respecto de varios puntos y la presición mayor. Es lo que se denomina Sistema GIB (GPS Intelligent Buoy).

Posicionamiento relativo de un dispositivo sumergido respecto del barco.

Sonda TOPAS.

TOPAS es un perfilador del fondo marino indicado para aplicaciones donde sean necesarias una elevada penetración o alta resolución.

El sistema tiene los siguientes componentes: Fuente acústica, consola de operación y unidades de almacenamiento másivo y periféricos.

El sistema tiene capacidad de procesado en tiempo real y puede presentar los datos brutos y los procesados en pantalla, en impresora térmica y en una impresora de color. Los parametros de procesado pueden cambiarse en cualquier momento para mejorar en tiempo real la calidad de los datos adquiridos.

El sistema tiene dos modos básicos de operación:

• Alta resolución. Este modo es típico para investigación de rutas de cable y de tuberias, donde se necesita información detallada de la superficie, y de los sedimentos en los 10 primeros metros. Da buenos resultados entre 2000 y 4000 m. a más profundidad la relacion señal / ruido no es óptima. Se configura con pulsos individuales cortos (ricker pulses), ya que tienen un buen comportamiento, son de fase lineal y tienen un ancho de banda relativamente amplio.

• Alta penetración. Cuando se trabaja en aguas profundas o se necesita mucha penetración, es necesario transmitir más energia, se utilizan barridos lineales de frecuencia (chirp).

El perfilador de fondos TOPAS está diseñado alrededor de una antena paramétrica, utilizando las caracteristicas no lineales de propagación del medio (agua) que permiten la generación de señales de baja frecuencia utilizando un pulso de muy corta duración (burst) de una señal de alta frecuencia, o a partir de la intermodulación de dos señales de alta frecuencia.

Esta técnica permite la generación de un haz acústico muy estrecho de baja frecuencia a partir de un sensor relativamente pequeño; de esta forma se eliminan algunos inconvenientes clásicos en la generación de señales acústicas de baj frecuencia (lóbulos laterales, ringing). También permite la estabilización electrónica de los haces, tanto en balanceo como en cabeceo.

La señal recibida (eco) es amplificada, digitalizada, procesada y mostrada en tiempo real.

Los principales pasos del procesado son: filtrado pasabanda, deconvolucion (senales FM - chirp), stacking, TVG (Time Variable Gain), control automático de ganancia (AVC) y filtrado de oleaje y cálculo de atributos.