Compensación de movimiento y posición se refiere a la capacidad de un sistema, que normalmente involucra sensores o dispositivos, para ajustar o compensar el movimiento con el fin de mantener información posicional precisa. Esta compensación mantiene datos de posición y orientación fiables y consistentes a pesar del movimiento o las perturbaciones externas.
Compensación de movimiento y posición: elija el sensor inercial adecuado
La oceanografía desempeña un papel crucial en los desafíos medioambientales actuales, como el cambio climático, la contaminación y la ecología. Los oceanógrafos confían en tecnologías que evolucionan rápidamente para obtener un mayor rendimiento, lo cual es fundamental para comprender y resolver los desafíos.
Durante más de 15 años, hemos fabricado sistemas de navegación inercial para la industria marina. Explicaremos qué son los sistemas de navegación inercial y cómo se utilizan. Además, destacaremos los parámetros clave cruciales para seleccionar un MRU o INS/GNSS para la compensación de movimiento y el seguimiento preciso de la posición de los instrumentos oceanográficos.
Su aliado para mediciones precisas de movimiento y navegación
Un sistema de navegación inercial, también llamado INS, es un dispositivo de navegación que proporciona balanceo (roll), cabeceo (pitch), rumbo (heading), posición, velocidad y movimiento vertical (heave). Se compone de varios elementos: una unidad de medición inercial (IMU), que es el núcleo del INS, un microprocesador y un receptor GPS/GNSS.
La IMU incorpora 3 acelerómetros, 3 giróscopos y, dependiendo del requisito de rumbo, 3 magnetómetros. Mide los ángulos de Euler en 3 ejes mediante rotación para determinar el cabeceo (pitch), el balanceo (roll) y la guiñada (yaw). El microprocesador ejecuta un filtro de Kalman extendido (EKF) mejorado a bordo para fusionar datos inerciales en tiempo real con GNSS si se requieren posición, velocidad o rumbo basados en GNSS. Además, algunos INS también proporcionan datos de movimiento vertical (heave) y medición de olas para todas las tareas y misiones oceanográficas.
Los oceanógrafos utilizan muchos instrumentos diferentes para medir diversos elementos como parámetros ambientales (salinidad, por ejemplo), sedimentología o corriente. Esto incluye los sistemas de navegación inercial, que compensan el movimiento de los instrumentos o de la plataforma.
Pueden instalarse en diferentes tipos de plataformas como boyas, embarcaciones, sistemas de superficie o submarinos (USV, ROV o AUV), haciendo que el tamaño, el consumo de energía y la carcasa sean factores determinantes al elegir la solución, pero no los únicos. A continuación, se presentan 5 consejos útiles a tener en cuenta al elegir un sensor inercial.
1 – ¿Cómo comprobar la robustez y la repetibilidad de los datos?
Como los sensores inerciales están integrados en plataformas que pueden permanecer en el mar durante meses, la robustez del sensor es crucial. Es por eso que todos los MRU e INS de SBG Systems se benefician de un procedimiento de calibración individual de alta gama utilizando mesas rotatorias multieje y cámaras de temperatura.
Cada sensor se somete a una calibración exhaustiva de -40ºC a 85°C y viene con un informe de calibración detallado. Es un paso importante en la producción, ya que garantiza que el sistema mantendrá un comportamiento constante óptimo y entregará datos precisos continuamente en todas las condiciones ambientales, incluso las más duras.
En SBG, el proceso de cualificación interno específico garantiza el mismo nivel de rendimiento durante toda la vida útil sin una deriva significativa. Una vez calibrados, los sensores inerciales pasan por un estricto proceso de selección, eliminando todos los sensores que no cumplen con las especificaciones para que los profesionales puedan contar con mediciones consistentes durante sus misiones.
2 – Medición de oleaje: Elija el sensor en función del estado del mar
Si el sensor inercial en miniatura de SBG, llamado Ellipse, ofrece una compensación de oleaje (heave) precisa en tiempo real de 5 cm que se ajusta automáticamente al período de la ola, lo hace en un período de ola limitado. Para permitir misiones en las que las frecuencias de las olas son mayores o más complejas, los productos SBG de mayor calidad vienen con una función de compensación de oleaje (heave) retardada que da como resultado una compensación de oleaje (heave) precisa de 2 cm calculada en tiempo real, con un pequeño retardo.
3 – Receptor GNSS Multiconstelación y Correcciones
Los nuevos receptores GNSS de nivel básico ahora utilizan GPS, Glonass, Beidou y Galileo, lo que mejora la disponibilidad de satélites en áreas de baja cobertura. Si la posición métrica no es suficiente para el estudio, los sistemas de gama alta alcanzan una posición en tiempo real de 5 cm gracias a las correcciones PPP.
Esta tecnología está en constante evolución para ofrecer soluciones más asequibles y sencillas. RTK, que proporciona una posición centimétrica, sigue siendo la solución de posicionamiento más precisa cuando se está cerca de la costa. Si los datos no se requieren en tiempo real, es posible obtener una precisión aún mayor utilizando un software de post-procesamiento.
4 – ¿Qué solución de Heading utilizar cuando la dinámica es baja o la misión se lleva a cabo cerca de un polo?
Según nuestra experiencia, la mayoría de las aplicaciones oceanográficas destacan la importancia de disponer de un INS de doble antena (es decir, que utilice dos antenas en el mismo receptor GPS/GNSS).
De hecho, este tipo de sensor inercial utiliza dos antenas GPS/GNSS para proporcionar posición, velocidad y un ángulo de rumbo verdadero que es válido, incluso cuando está estacionario o a muy baja dinámica, al contrario que el GPS de una sola antena. También proporciona un rumbo verdadero en cualquier situación sin verse afectado por las perturbaciones magnéticas o la rotación de la Tierra, como lo estarían un magnetómetro y un girocompás. Es una característica fundamental, sobre todo para los estudios y misiones actuales en los polos.
En SBG, acabamos de lanzar el Ellipse-D de tercera generación, un GNSS/INS de doble frecuencia y doble antena de 17 gramos con funcionalidades de alta gama, lo que lo convierte en una solución ideal para la oceanografía.
5 – Fácil integración y soporte técnico
Puede integrar fácilmente sensores inerciales en cualquier proyecto marino. Esto es posible gracias a su compatibilidad con numerosos protocolos y software de la industria (más de 90 mensajes diferentes en SBG). También se proporcionan drivers ROS para una fácil integración en plataformas autónomas.
Al elegir un sensor, céntrese no solo en la hoja de datos, sino también en el soporte de la empresa durante y después de la integración.
La capacidad de respuesta y la pertinencia del soporte son clave para el éxito del proyecto. La detección inercial y la navegación son una disciplina que tiene en cuenta muchos parámetros. Aprender algunos fundamentos a través de la formación también podría cambiar las reglas del juego en la rapidez del desarrollo del proyecto.
Hemos visto cómo los nuevos sensores en miniatura como el Ellipse se adaptan a la mayoría de las aplicaciones oceanográficas. Los INS/GNSS de gama alta compensan varios instrumentos en buques totalmente equipados que integran diferentes grados de instrumentos.
Solución Navsight de SBG Systems
SBG Systems ofrece la solución Navsight Marine, que incluye una unidad de medición inercial con grados de rendimiento de balanceo/cabeceo de 0,02° a 0,007°.
Navsight, una unidad de procesamiento robusta, integra inteligencia de fusión, un receptor GNSS de calidad topográfica, un registrador de datos y varias opciones de conectividad.
Esta solución avanzada es muy adecuada para flotas enteras de buques dedicados a la oceanografía. Necesitaban compensar instrumentos como las ecosondas multihaz, por ejemplo.
Para cualquier tipo de aplicación, elegir un sensor inercial es como elegir un socio para desarrollar su proyecto. Esperamos que estos consejos le ayuden a que sus futuras integraciones tengan éxito.
El artículo completo apareció en Marine Technology Reporter, edición de febrero. “Compensación de movimiento y posición: papel y características importantes que debe comprobar al seleccionar un sensor inercial”
