Schiffsbewegungsmessungen sind unerlässlich für maritime Anwendungen, die eine präzise Navigation und Vermessungsstabilität erfordern. SBG Systems bietet Echtzeit-Schiffsbewegungsdaten mit fortschrittlichen Inertialsensoren. Diese Sensoren berechnen die Schiffsbewegung mit 50 Hz durch die doppelte Integration von Beschleunigungsmessersignalen. Die doppelte Integration erzeugt eine Drift aufgrund von Orientierungsfehlern oder Sensor-Bias. Ein Hochpassfilter stabilisiert das Ausgangssignal, indem er konstante Bewegungskomponenten entfernt. Die automatische Abstimmung stellt sicher, dass sich der Filter an unterschiedliche Seegangsbedingungen anpasst. Diese Funktion unterstützt Schwellperioden von bis zu 20 Sekunden bei der Echtzeit-Heave-Schätzung. Dadurch bleiben die Schiffsbewegungsmessungen während des Betriebs genau und stabil.
Das Design des Hochpassfilters stellt sicher, dass Heave, Surge und Sway unter statischen Bedingungen auf Null zurückkehren. Die Referenz ist immer der Rotationsmittelpunkt des Schiffes. Nur für den Marinebereich qualifizierte Einheiten liefern einen Heave-Output. Surge und Sway sind bei Geräten der Ellipse-Serie nicht verfügbar. Surge und Sway sind nur in nahezu statischen Anwendungen wie Bojen gültig. Diese Werte reagieren weiterhin empfindlich auf Orientierungsfehler. Die Ausgaben werden strikt am Messpunkt der IMU ausgegeben.
Schiffsbewegungs-Referenzrahmen
Die Schiffsbewegungsausgaben folgen einer bestimmten Referenzrahmendefinition. Der Ursprung des Rahmens befindet sich an der Ausgabepunktposition. Heave ist die vertikale Verschiebung, positiv nach unten. Surge ist die Längsverschiebung, positiv in Richtung des Schiffsbugs. Sway ist die Querverschiebung, positiv in Richtung Steuerbord des Schiffes. Dieser konsistente Rahmen gewährleistet eine zuverlässige Interpretation über verschiedene Schiffstypen hinweg.
Der Heave-Output zeigt ein Sprungverhalten bei plötzlichen Bewegungsänderungen. Wenn ein Sprung auftritt, steigt Heave an und kehrt dann sanft auf Null zurück. Die Erholung kann je nach Seegangsverlauf mehrere Minuten dauern. Die Ausgabeform bleibt trotz Umgebungsunterschieden konsistent. Heave-Messungen beinhalten keine Gezeitenbeiträge. Eine Gezeitenkompensation muss separat angewendet werden, um eine genaue Höhenbestimmung zu erreichen.
Das Rotationszentrum und die Funktionsweise von versetztem Heave
Heave wird auch durch die Rotation des Schiffes beeinflusst. Im Rotationszentrum hebt sich die Rotations-Heave vollständig auf. Abseits dieses Punktes verursachen Rollen und Stampfen dynamische Heave-Komponenten. Semistatische Effekte durch Wind, Ballast oder Lastungleichgewicht beeinflussen die Ergebnisse zusätzlich. Unterschiedliche Standorte erzeugen Heave-Signale mit unterschiedlichen Formen und Amplituden.
Die Sensorplatzierung beeinflusst die Heave-Leistung stark. Die Montage in der Nähe des Rotationszentrums gewährleistet maximale Genauigkeit. Benutzer können einen Überwachungspunkt für Geräte wie Sonarsysteme konfigurieren. Nur Heave-Messungen können zu diesem Überwachungspunkt verlagert werden. Surge und Sway müssen am Standort der IMU referenziert bleiben. Hebelarme müssen präzise gemessen werden, um Schätzfehler zu vermeiden. Selbst kleine dimensionale oder winklige Ungenauigkeiten setzen sich in Heave-, Surge- oder Sway-Ergebnissen fort. Es ist wichtig, jegliche Fehlausrichtung zwischen der IMU und dem Schiffsrahmen zu korrigieren, entweder mechanisch oder durch Softwarekonfiguration.
Einige ältere Versionen ignorierten Hebelarme bei der Heave-Berechnung. Dies schränkte die Genauigkeit bei wind- oder strömungsinduzierten Schiffsbewegungen ein. Aktuelle Firmware-Versionen berücksichtigen Hebelarme und verbessern so die Heave-Schätzung unter dynamischen Bedingungen.
Heave-verbesserte Höhe
Benutzer vergleichen den Heave-Output oft mit der Kalman-gefilterten Höhe. Die RTK-Höhe liefert präzise absolute Messungen unter günstigen GNSS-Bedingungen. Eine Gezeitenkompensation ist bei Verwendung der RTK-Höhe nicht erforderlich. Die RTK-Höhe kann sich jedoch in GNSS-ungünstigen Umgebungen verschlechtern.
Der Heave-Algorithmus liefert präzise relative Messungen ohne GNSS-Abhängigkeit. Er erfordert eine Gezeitenkompensation, bleibt aber bei GNSS-Ausfällen zuverlässig. Der Enhanced Altitude-Modus führt Heave mit der RTK-Höhe zusammen. Dieser Ansatz gewährleistet absolute Genauigkeit auch in schlechten GNSS-Umgebungen. Enhanced Altitude erfordert Marine-Bewegungsprofile und eine präzise RTK- oder PPP-Positionierung. Diese Funktion kann bei Bedarf deaktiviert werden.
Verzögerte Heave-Korrektur
Verzögertes Heave verbessert die Genauigkeit für hydrographische Vermessungen. Der Algorithmus verwendet vergangene Daten, um Phasenfehler zu korrigieren. Er bietet eine bessere Leistung bei langperiodischem Seegang. Verzögertes Heave führt zu einer festen Ausgabeverzögerung von 150 Sekunden. Ausgabenachrichten enthalten Zeitstempel für eine konsistente Datierung. Wir empfehlen diesen Modus für die Kartierung des Meeresbodens, da er keinen Echtzeitbetrieb erfordert. Echtzeit-Heave bleibt für vorläufige Schätzungen verfügbar. Für den vollen Betrieb muss das Gerät 150 Sekunden vor und nach den Vermessungen aktiv bleiben.
Heave-Schätzung in der Nachbearbeitung
Die Nachbearbeitung liefert die genaueste Heave-Schätzung. Software wie Qinertia berechnet Heave mithilfe von Vorwärts- und Rückwärtsanalysen neu. Die zusammengeführte Verarbeitung verbessert die Präzision über Echtzeit- oder verzögerte Methoden hinaus. Dieser Ansatz liefert die höchste Genauigkeit für hydrographische Vermessungsarbeiten.
SBG Systems bietet fortschrittliche Lösungen zur Messung von Schiffsbewegungen, die Echtzeitausgaben, verbesserte Filterung, verzögerte Algorithmen und Verbesserungen in der Nachbearbeitung kombinieren. Diese Funktionen gewährleisten eine zuverlässige Leistung in den Bereichen Navigation, Hydrographie und Offshore-Betrieb.
