Compensación de movimiento y posición: Función y características importantes que deben comprobarse al seleccionar un sensor inercial

15 de noviembre de 2021

La compensación del movimiento y la posición se refiere a la capacidad de un sistema, en el que suelen intervenir sensores o dispositivos, para ajustar o compensar el movimiento con el fin de mantener una información posicional precisa.

Esta compensación mantiene unos datos de posición y orientación fiables y coherentes a pesar del movimiento externo o las perturbaciones.

La oceanografía desempeña un papel crucial en medio de los retos medioambientales actuales, como el cambio climático, la contaminación y la ecología.

Los oceanógrafos dependen de tecnologías en rápida evolución para obtener un mayor rendimiento, crucial para comprender y resolver los retos.

Llevamos más de 15 años fabricando sistemas de navegación inercial para la industria naval. Explicaremos qué son los sistemas de navegación inercial y cómo se utilizan. Además, destacaremos los parámetros clave cruciales para seleccionar una MRU o INS/GNSS para la compensación del 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 datos de balanceo, cabeceo, cabo, posición, velocidad y oleaje. 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 giroscopios y, en función de los requisitos de cabo , 3 magnetómetros.

La IMU mide los ángulos de Euler en 3 ejes girando para determinar el cabeceo, el balanceo y la guiñada.

El microprocesador ejecuta un Filtro de Kalman Extendido (EKF) mejorado a bordo para fusionar en tiempo real los datos inerciales con los del GNSS si se requieren datos de posición, velocidad o basados en el GNSS cabo . Además, algunos INS también proporcionan oleaje y datos de medición de olas para todas las tareas y misiones oceanográficas.

Compensación de movimiento y posición
Compensación de movimiento y posición : Movimiento de la plataforma

 

 

Los oceanógrafos utilizan muchos instrumentos diferentes para medir diversos elementos, como parámetros medioambientales (salinidad, por ejemplo), sedimentología o corrientes. Incluyen sistemas de navegación inercial, que compensan el movimiento de los instrumentos o de la plataforma.

Pueden instalarse en distintos tipos de plataformas, como boyas, buques, sistemas de superficie o submarinos (USV, ROV, o AUV), lo que hace que el tamaño, el consumo de energía y el recinto sean factores determinantes a la hora de elegir la solución, pero no los únicos. A continuación se ofrecen algunos consejos útiles que deben tenerse en cuenta a la hora de elegir un sensor inercial.

 

1 - ¿Cómo comprobar la robustez y la repetibilidad de los datos?

Dado que los sensores inerciales están integrados en plataformas que pueden permanecer en el mar durante meses, la robustez de los sensores es crucial. Por eso, todos los SBG Systems' MRU e INS se benefician de un procedimiento de calibración individual de alta gama que utiliza mesas giratorias multieje y cámaras de temperatura.

Están ampliamente calibrados en temperaturas de -40 a 85 °C y cada sensor se entrega con su informe de calibración. Es un paso importante en la producción, ya que garantiza que el sistema mantendrá un comportamiento constante óptimo y proporcionará datos precisos de forma continua 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 desviaciones significativas. Una vez calibrados, los sensores inerciales se someten a un estricto proceso de selección que elimina todos los sensores que no cumplen las especificaciones, para que los profesionales puedan contar con mediciones coherentes durante sus misiones.

 

2 - oleaje Medición - Elija el sensor en función del estado del mar

Si bien el sensor inercial en miniatura de SBG, denominado Ellipse , ofrece una precisión de 5 cm en tiempo real oleaje que se ajusta automáticamente al periodo de las olas, lo hace en un periodo de olas limitado. Para permitir misiones en las que las frecuencias de las olas son mayores o más complejas, los productos superiores de SBG categoría vienen con una función de retardo oleaje que da como resultado un oleaje preciso hasta 2 cm calculado en tiempo real, con un poco de retardo.

proyecto de boya instrumentada
INS/GNSS en una boya instrumentada para controlar el movimiento, la estabilización y la posición

 

 

3 - Receptor GNSS multiconstelación y correcciones

La nueva generación de receptores GNSS de gama básica es ahora capaz de utilizar GPS, Glonass, Beidou y Galileo y, de este modo, aumentar la disponibilidad de satélites en zonas difíciles donde la cobertura de los satélites es limitada. Si la posición métrica no es suficiente para el estudio, los sistemas de gama alta alcanzan los 5 cm de posición en tiempo real gracias a las correcciones PPP.

Esta tecnología evoluciona constantemente 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 no se necesitan datos en tiempo real, es posible obtener una precisión aún mayor utilizando un software de posprocesamiento.

 

4 - ¿Qué cabo solución cuando la dinámica baja o la misión se lleva a cabo cerca de un polo?

Según nuestra experiencia, la mayoría de las aplicaciones oceanográficas ponen de relieve la importancia de contar con un INS de doble antena (es decir, que utilice dos antenas en el mismo receptor GPS/GNSS).

En efecto, este tipo de sensor inercial utiliza dos antenas GPS/GNSS para proporcionar la posición, la velocidad y un ángulo verdadero cabo que es válido, incluso cuando está parado o a muy baja dinámica, contrariamente al GPS de antena única.

Además, ofrece una verdadera cabo en cualquier situación, sin verse afectado por las perturbaciones magnéticas o la rotación de la Tierra, cuando sí lo estarían un magnetómetro y un girocompás. Se trata de una característica crítica, sobre todo para los estudios actuales y las misiones en los polos.

En SBG, acabamos de lanzar el Ellipse-D de 3ª generación, un GNSS/INS de 17 gramos de doble frecuencia y doble antena con funcionalidades de alta gama, lo que lo convierte en una solución ideal para la oceanografía.

Ellipse-D_Box_OEM_Hand
Ellipse-D Doble antena y doble frecuencia INS/GNSS

 

 

5 - Fácil integración y asistencia técnica

Los sensores inerciales pueden integrarse fácilmente en cualquier proyecto marino. Esto es posible gracias a su compatibilidad con numerosos software y protocolos del sector (más de 90 mensajes diferentes en SBG). También se proporcionan controladores ROS para una fácil integración en plataformas autónomas.

A la hora de elegir un sensor, no sólo hay que fijarse en la ficha técnica, sino también en la asistencia de la empresa durante y después de la integración.

La capacidad de reacción y la pertinencia del soporte son claves para el éxito del proyecto. La detección inercial y la navegación son disciplinas que tienen en cuenta muchos parámetros. Aprender algunos fundamentos a través de la formación también podría cambiar las reglas del juego en cuanto a rapidez de desarrollo del proyecto.

Hemos visto cómo nuevos sensores en miniatura como el Ellipse se adaptan a la mayoría de las aplicaciones oceanográficas. El INS/GNSS de gama alta compensa los diversos instrumentos en buques totalmente equipados que integran diferentes grados de instrumentos.

SBG Systems proporciona la solución marinaNavsight , que incluye una unidad de medición inercial con grados de rendimiento de balanceo/inclinación de 0,02° a 0,007°.

Navsight, una robusta unidad de procesamiento, integra inteligencia de fusión, un receptor GNSS cartografía-categoría , 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 contribuyan al éxito de sus futuras integraciones.

Navsight Ekinox 2 INS
Navsight con subsea Ekinox categoría IMU

 

 

El artículo completo apareció en la edición de febrero de Marine Technology Reporter.

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