Bewegungskompensation und Position: Rolle und wichtige Merkmale, die bei der Auswahl eines Inertialsensors zu prüfen sind

November 15, 2021

Bewegungsausgleich und Position bezieht sich auf die Fähigkeit eines Systems, in der Regel unter Einbeziehung von Sensoren oder Geräten, Bewegungen oder Bewegungen anzupassen oder auszugleichen, um genaue Positionsinformationen zu erhalten.

Diese Kompensation sorgt für zuverlässige und konsistente Positions- und Orientierungsdaten trotz externer Bewegungen oder Störungen.

Die Meereskunde 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/GNSS für den Bewegungsausgleich und die präzise Positionsverfolgung von ozeanografischen Instrumenten entscheidend sind.

 

Ihr Verbündeter für genaue Bewegungs- und Navigationsmessungen

Ein Trägheitsnavigationssystem, auch INS genannt, ist ein Navigationsgerät, das rollen, nicken, richtung, Position, Geschwindigkeit und heben liefert: Einer Trägheitsmesseinheit (Inertial Measurement Unit, IMU), die das Herzstück des INS ist, einem Mikroprozessor und einem GPS/GNSS-Empfänger.

In der IMU sind 3 Beschleunigungsmesser, 3 Gyroskope und je nach richtung Anforderung 3 Magnetometer integriert.

Die IMU misst Euler-Winkel über 3 Achsen durch Rotation, 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 Position, Geschwindigkeit oder GNSS-basierte richtung erforderlich sind. Darüber hinaus liefern einige INS auch heben und Wellenmessdaten für alle ozeanografischen Aufgaben und Missionen.

Bewegungskompensation und Position
Bewegungsausgleich und Position: Bewegung der Plattform

 

 

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 Unterwassersystemen installiert werden (USV, 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 einige 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 profitieren alle SBG Systems' MRU und INS von einem individuellen High-End-Kalibrierungsverfahren mit mehrachsigen Drehtischen und Temperaturkammern.

Sie sind umfassend für Temperaturen von -40 bis 85 °C kalibriert, und jeder Sensor wird mit einem 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, dass die Leistung über die gesamte Lebensdauer hinweg gleich bleibt und keine signifikante Drift auftritt. Nach der Kalibrierung durchlaufen die Trägheitssensoren einen strengen Screening-Prozess, bei dem alle Sensoren, die nicht den Spezifikationen entsprechen, entfernt werden, damit sich die Fachleute auf konsistente Messungen während ihrer Einsätze verlassen können.

 

2 - heben Messung - Auswahl des Sensors je nach Seegang

Der Miniatur-Trägheitssensor von SBG mit der Bezeichnung Ellipse liefert zwar eine 5 cm genaue Echtzeitmessung heben , die sich automatisch an die Wellenperiode anpasst, aber nur für eine begrenzte Wellenperiode. Für Einsätze, bei denen die Wellenfrequenzen größer oder komplexer sind, sind höherwertige SBG-Produkte mit einer verzögerten heben -Funktion ausgestattet, die eine heben mit einer Genauigkeit von 2 cm in Echtzeit und mit einer kleinen Verzögerung berechnet.

Bojenplan mit Instrumenten
INS/GNSS auf einer instrumentierten Boje zur Überwachung von Bewegung, Stabilisierung und Position

 

 

3 - Multi-Konstellations-GNSS-Empfänger und Korrekturen

Die neue Generation von GNSS-Empfängern der Einstiegsklasse ist jetzt in der Lage, GPS, Glonass, Beidou und Galileo zu nutzen und so die Satellitenverfügbarkeit in schwierigen Gebieten zu erhöhen, in denen die Satellitenabdeckung begrenzt ist. 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 - Welche richtung Lösung gibt es, wenn die Dynamik gering ist oder die Mission in der Nähe eines Pols durchgeführt wird?

Unserer Erfahrung nach zeigen die meisten ozeanographischen Anwendungen, wie wichtig es ist, ein INS mit zwei Antennen zu haben (d. h. mit zwei Antennen am selben GPS/GNSS-Empfänger).

Diese Art von Trägheitssensor verwendet zwei GPS/GNSS-Antennen, um Position, Geschwindigkeit und einen echten richtung Winkel 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 wichtiges Merkmal, insbesondere für aktuelle Studien und Missionen an den Polen.

Bei SBG haben wir gerade das Ellipse-D der 3. Generation auf den Markt gebracht, ein 17 Gramm schweres GNSS/INS mit zwei Frequenzen und zwei Antennen und High-End-Funktionen, die es zu einer idealen Lösung für die Ozeanographie machen.

Ellipse-D_Box_OEM_Hand
Ellipse-D INS/GNSS mit zwei Antennen und zwei Frequenzen

 

 

5 - Einfache Integration und technische Unterstützung

Trägheitssensoren lassen sich leicht in jedes Schiffsprojekt integrieren. Dies ist dank ihrer Kompatibilität mit zahlreicher Industriesoftware und Protokollen (mehr als 90 verschiedene Nachrichten bei SBG) möglich. Für eine einfache Integration auf autonomen Plattformen werden auch ROS-Treiber bereitgestellt.

Achten Sie bei der Auswahl eines Sensors nicht nur auf das Datenblatt, sondern auch auf die Unterstützung durch das Unternehmen während und nach der Integration.

Reaktionsfähigkeit und Relevanz der Unterstützung sind der Schlüssel zum Erfolg des Projekts. Trägheitsnavigation ist eine Disziplin, bei der viele Parameter berücksichtigt werden müssen. Das Erlernen einiger Grundlagen im Rahmen einer Schulung könnte sich ebenfalls positiv auf die Schnelligkeit der Projektentwicklung auswirken.

Wir haben gesehen, wie neue Miniatursensoren wie Ellipse für die meisten ozeanografischen Anwendungen geeignet sind. High-End INS/GNSS kompensiert verschiedene Instrumente auf voll ausgestatteten Schiffen, die unterschiedliche Instrumente integrieren.

SBG Systems bietet die Navsight Marine Solution, die eine Inertialmesseinheit mit rollen/nicken Leistungsstufen von 0,02° bis 0,007° umfasst.

Navsight, eine robuste Verarbeitungseinheit, integriert Fusionsintelligenz, einen kartographie-grade GNSS-Empfänger, einen Datenlogger und verschiedene Anschlussmöglichkeiten.

Diese fortschrittliche Lösung eignet sich gut für ganze Flotten von Schiffen, die sich der Ozeanografie widmen. Sie müssen zum Beispiel Instrumente wie Fächerecholote kompensieren.

Für jede Art von Anwendung ist die Wahl eines Inertialsensors wie die Wahl eines Partners für die Entwicklung Ihres Projekts. Wir hoffen, dass diese Ratschläge dazu beitragen werden, Ihre zukünftigen Integrationen zum Erfolg zu führen.

Navsight Ekinox 2 INS
Navsight mit Unterwasser-IMU Ekinox

 

 

Der vollständige Artikel wurde in der Februar-Ausgabe des Marine Technology Reporter veröffentlicht.

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