Der Begriff Bewegungskompensation und Position bezieht sich auf die Fähigkeit eines Systems, das in der Regel Sensoren oder Geräte umfasst, Bewegungen oder Bewegungen auszugleichen, um genaue Positionsdaten zu erhalten. Durch diese Kompensation werden zuverlässige und konsistente Positions- und Orientierungsdaten trotz externer Bewegungen oder Störungen aufrechterhalten.
Bewegungskompensation und Position: Wählen Sie den richtigen Inertialsensor
Die Meeresforschung spielt eine entscheidende Rolle bei den heutigen ökologischen Herausforderungen wie Klimawandel, Umweltverschmutzung und Ökologie. Ozeanographen sind auf sich schnell entwickelnde Technologien angewiesen, um höhere Leistungen zu erzielen, die für das Verständnis und die Lösung von Herausforderungen entscheidend sind.
Seit über 15 Jahren stellen wir Trägheitsnavigationssysteme für die Schifffahrtsindustrie her. Wir werden erklären, was Trägheitsnavigationssysteme sind und wie sie eingesetzt werden. Darüber hinaus werden wir die wichtigsten Parameter hervorheben, die für die Auswahl einer MRU oder eines INS für den Bewegungsausgleich und die präzise Positionsverfolgung von ozeanografischen Instrumenten entscheidend sind.
Ihr Verbündeter für präzise Bewegungs- und Navigationsmessungen
Ein Trägheitsnavigationssystem, auch INS genannt, ist ein Navigationsgerät, das rollen, nicken, richtung, Positions-, Geschwindigkeits- und Hebungsdaten liefert. Es setzt sich aus verschiedenen Elementen zusammen: Einer Inertial Measurement UnitIMU), dem Herzstück des INS, einem Mikroprozessor und einem GPS/GNSS-Empfänger.
In der IMU sind 3 Beschleunigungsmesser, 3 Gyroskope und je nach Anforderung an richtung 3 Magnetometer eingebaut. Sie misst Euler-Winkel über 3 Achsen durch Drehen, um nicken, rollen und Gieren zu bestimmen. Der Mikroprozessor führt einen erweiterten Onboard-Kalman-Filter (EKF) aus, um Inertialdaten in Echtzeit mit GNSS-Daten zu fusionieren, wenn eine Positions-, Geschwindigkeits- oder GNSS-basierte richtung erforderlich ist. Darüber hinaus liefern einige INS auch Daten zur Messung von Seegang und Wellen für alle ozeanographischen Aufgaben und Missionen.
Ozeanographen verwenden viele verschiedene Instrumente zur Messung verschiedener Elemente wie Umweltparameter (z. B. Salzgehalt), Sedimentologie oder Strömung. Dazu gehören auch Trägheitsnavigationssysteme, die die Instrumente oder die Bewegung der Plattform kompensieren.
Sie können auf verschiedenen Arten von Plattformen wie Bojen, Schiffen, Oberflächen- oder UnterwassersystemenUSV, ROV oder AUVs) installiert werden, so dass Größe, Stromverbrauch und Gehäuse entscheidende Faktoren bei der Auswahl der Lösung sind, aber nicht nur. Im Folgenden finden Sie 5 nützliche Tipps, die Sie bei der Auswahl eines Inertialsensors beachten sollten.
1 - Wie prüft man die Robustheit und Wiederholbarkeit der Daten?
Da Trägheitssensoren in Plattformen eingebaut werden, die monatelang auf See bleiben können, ist die Robustheit der Sensoren entscheidend. Deshalb werden alle MRU- und INS von SBG Systemseinem individuellen High-End-Kalibrierungsverfahren unter Verwendung von mehrachsigen Drehtischen und Temperaturkammern unterzogen.
Jeder Sensor wird einer umfassenden Kalibrierung von -40ºC bis 85°C unterzogen und mit einem detaillierten Kalibrierungsbericht geliefert. Dies ist ein wichtiger Schritt in der Produktion, da er sicherstellt, dass das System ein optimales, konstantes Verhalten beibehält und unter allen Umgebungsbedingungen, selbst den härtesten, kontinuierlich genaue Daten liefert.
Bei SBG garantiert der spezielle interne Qualifizierungsprozess das gleiche Leistungsniveau über die gesamte Lebensdauer ohne signifikante Drift. Bei der Kalibrierung durchlaufen die Trägheitssensoren einen strengen Screening-Prozess, bei dem alle Sensoren, die nicht den Spezifikationen entsprechen, entfernt werden, so dass sich die Fachleute auf konsistente Messungen während ihrer Einsätze verlassen können.
2 - Hebungsmessung: Wählen Sie den Sensor je nach Seegang
Der Miniatur-Trägheitssensor Ellipse von SBG liefert zwar eine 5 cm genaue Echtzeit-Höhenmessung, die sich automatisch an die Wellenperiode anpasst, aber nur für eine begrenzte Wellenperiode. Für Einsätze, bei denen die Wellenfrequenzen größer oder komplexer sind, sind die höherwertigen SBG-Produkte mit einer Funktion für verzögerten Seegang ausgestattet, die einen Seegang mit einer Genauigkeit von 2 cm in Echtzeit und mit einer kleinen Verzögerung berechnet.
3 - Multi-Konstellations-GNSS-Empfänger und Korrekturen
Die neuen GNSS-Empfänger der Einstiegsklasse nutzen jetzt GPS, Glonass, Beidou und Galileo und verbessern die Satellitenverfügbarkeit in Gebieten mit geringer Abdeckung. Wenn die metrische Position für die Studie nicht ausreicht, erreichen High-End-Systeme dank PPP-Korrekturen eine Echtzeitposition von 5 cm.
Diese Technologie wird ständig weiterentwickelt, um erschwinglichere und einfachere Lösungen anzubieten. RTK, das eine Position im Zentimeterbereich liefert, ist in Küstennähe immer noch die genaueste Positionierungslösung. Wenn die Daten nicht in Echtzeit benötigt werden, ist mit einer Nachbearbeitungssoftware eine noch höhere Präzision möglich.
4 - Was richtung Lösung, wenn niedrige Dynamik oder Mission in der Nähe eines Pols durchgeführt wird?
Unserer Erfahrung nach zeigen die meisten ozeanographischen Anwendungen, wie wichtig ein INS mit zwei Antennen ist (d.h. mit zwei Antennen auf demselben GPS/GNSS-Empfänger).
Diese Art von Trägheitssensor verwendet zwei GPS/GNSS-Antennen, um Position, Geschwindigkeit und einen echten richtung zu liefern, der im Gegensatz zu GPS mit nur einer Antenne auch im Stillstand oder bei sehr geringer Dynamik gültig ist. Außerdem liefert es in jeder Situation eine genaue richtung , ohne von magnetischen Störungen oder der Erdrotation beeinflusst zu werden, wie es bei einem Magnetometer und einem Kreiselkompass der Fall wäre. Dies ist ein entscheidendes Merkmal, insbesondere für aktuelle Studien und Missionen an den Polen.
Bei SBG haben wir gerade die dritte Generation der Ellipse-D auf den Markt gebracht, ein 17 Gramm schweres Zweifrequenz- und INS mit High-End-Funktionalitäten, die es zu einer idealen Lösung für die Ozeanographie machen.
5 - Einfache Integration und technische Unterstützung
Sie können Trägheitssensoren problemlos in jedes Schiffsprojekt integrieren. Dies ist dank ihrer Kompatibilität mit zahlreicher Industriesoftware und Protokollen möglich (mehr als 90 verschiedene Nachrichten bei SBG). Für eine einfache Integration auf autonomen Plattformen stehen auch ROS-Treiber zur Verfügung.
Achten Sie bei der Auswahl eines Sensors nicht nur auf das Datenblatt, sondern auch auf den Support des Unternehmens während und nach der Integration.
Reaktionsfähigkeit und Sachdienlichkeit des Supports sind der Schlüssel zum Erfolg des Projekts. Die Trägheitssensorik und Navigation ist eine Disziplin, bei der viele Parameter berücksichtigt werden müssen. Das Erlernen einiger Grundlagen durch Schulungen könnte die Projektentwicklung beschleunigen.
Wir haben gesehen, wie neue Miniatursensoren wie der Ellipse für die meisten ozeanografischen Anwendungen geeignet sind. High-End INS kompensiert verschiedene Instrumente auf voll ausgerüsteten Schiffen, die verschiedene Instrumentenqualitäten integrieren.
SBG Systems Navsight-Lösung
SBG Systems bietet die Navsight Marine Solution an, die eine Trägheitsmesseinheit mit nicken von 0,02° bis 0,007° umfasst.
Navsight, eine robuste Verarbeitungseinheit, integriert Fusionsintelligenz, einen GNSS-Empfänger in Vermessungsqualität, einen Datenlogger und verschiedene Konnektivitätsoptionen.
Diese fortschrittliche Lösung eignet sich gut für ganze Flotten von Schiffen, die sich der Ozeanografie widmen. Sie müssen beispielsweise Instrumente wie Fächerecholote kompensieren.
Für jede Art von Anwendung ist die Wahl eines Trägheitssensors wie die Wahl eines Partners für die Entwicklung Ihres Projekts. Wir hoffen, dass diese Ratschläge Ihren zukünftigen Integrationen zum Erfolg verhelfen werden.
Der vollständige Artikel wurde in der Februar-Ausgabe des Marine Technology Reporter veröffentlicht. "Bewegungskompensation und Position: Rolle und wichtige Merkmale, die bei der Auswahl eines Inertialsensors zu prüfen sind"