La compensation de mouvement et de position fait référence à la capacité d'un système, impliquant généralement des capteurs ou des dispositifs, à s'ajuster ou à compenser les mouvements ou les déplacements afin de maintenir des informations de position précises. Cette compensation permet de conserver des données de position et d'orientation fiables et cohérentes malgré les mouvements ou les perturbations externes.
Compensation de mouvement et position : Choisir le bon capteur inertiel
L'océanographie joue un rôle crucial face aux défis environnementaux actuels tels que le changement climatique, la pollution et l'écologie. Les océanographes s'appuient sur des technologies en évolution rapide pour obtenir de meilleures performances, essentielles pour comprendre et résoudre les problèmes.
Depuis plus de 15 ans, nous fabriquons des systèmes de navigation inertielle pour l'industrie maritime. Nous expliquerons ce que sont les systèmes de navigation inertielle et comment ils sont utilisés. En outre, nous mettrons en évidence les paramètres clés essentiels pour la sélection d'un MRU ou d'un INS pour la compensation de mouvement et le suivi précis de la position des instruments océanographiques.
Votre allié pour des mesures précises de mouvement et de navigation
Un système de navigation inertiel, également appelé INS, est un dispositif de navigation qui fournit le roulis, le tangage, le cap, la position, la vitesse et le pilonnement. Il se compose de plusieurs éléments : Une unité de mesure inertielleIMU, qui est le cœur de l'INS, un microprocesseur et un récepteur GPS/GNSS.
L'IMU intègre 3 accéléromètres, 3 gyroscopes et, en fonction du cap requis, 3 magnétomètres. Elle mesure les angles d'Euler sur 3 axes en tournant pour déterminer le tangage, le roulis et le lacet. Le microprocesseur utilise un filtre de Kalman étendu (EKF) embarqué pour fusionner en temps réel les données inertielles avec celles du GNSS si la position, la vitesse ou le cap basé sur le GNSS sont requis. En outre, certains INS fournissent également des données de mesure du pilonnement et des vagues pour toutes les tâches et missions océanographiques.
Les océanographes utilisent de nombreux instruments différents pour mesurer divers éléments tels que les paramètres environnementaux (la salinité par exemple), la sédimentologie ou les courants. Cela inclut les systèmes de navigation inertielle, qui compensent les instruments ou le mouvement de la plateforme.
Ils peuvent être installés sur différents types de plateformes telles que des bouées, des navires, des systèmes de surface ou sous-marinsUSV, ROV ou AUV), ce qui fait de la taille, de la consommation d'énergie et de l'enceinte des facteurs déterminants lors du choix de la solution, mais pas seulement. Vous trouverez ci-dessous 5 conseils utiles à vérifier lors du choix d'un capteur inertiel.
1 - Comment vérifier la robustesse et la répétabilité des données ?
Les capteurs inertiels étant intégrés dans des plates-formes qui peuvent rester en mer pendant des mois, leur robustesse est cruciale. C'est pourquoi tous les MRU et INS de SBG Systemsbénéficient d'une procédure d'étalonnage individuelle haut de gamme utilisant des tables rotatives multi-axes et des chambres de température.
Chaque capteur est soumis à un étalonnage approfondi de -40ºC à 85°C et est accompagné d'un rapport d'étalonnage détaillé. Il s'agit d'une étape importante de la production, car elle garantit que le système conservera un comportement constant optimal et fournira des données précises en permanence dans toutes les conditions environnementales, même les plus difficiles.
Chez SBG, le processus de qualification interne spécifique garantit le même niveau de performance tout au long de la durée de vie, sans dérive significative. Une fois calibrés, les capteurs inertiels sont soumis à un processus de sélection strict, éliminant tous les capteurs qui ne répondent pas aux spécifications afin que les professionnels puissent compter sur des mesures cohérentes au cours de leurs missions.
2 - Mesure du louvoiement : Choisir le capteur en fonction de l'état de la mer
Si le capteur inertiel miniature de SBG, appelé Ellipse, fournit en temps réel un pilonnement précis de 5 cm qui s'ajuste automatiquement à la période de la vague, il le fait sur une période de vague limitée. Pour permettre des missions où les fréquences des vagues sont plus importantes ou plus complexes, les produits SBG de qualité supérieure sont dotés d'une fonction de pilonnement différé qui permet d'obtenir un pilonnement précis à 2 cm calculé en temps réel, avec un léger retard.
3 - Récepteur GNSS multi-constellations et corrections
Les nouveaux récepteurs GNSS d'entrée de gamme utilisent désormais GPS, Glonass, Beidou et Galileo, ce qui améliore la disponibilité des satellites dans les zones à faible couverture. Si la position métrique n'est pas suffisante pour l'étude, les systèmes haut de gamme atteignent une position en temps réel de 5 cm grâce aux corrections PPP.
Cette technologie évolue constamment pour offrir des solutions plus abordables et plus simples. Le RTK, qui fournit une position centimétrique, reste la solution de positionnement la plus précise à proximité de la côte. Si les données ne sont pas requises en temps réel, une précision encore plus grande est possible en utilisant un logiciel de post-traitement.
4 - Quelle solution de cap en cas de faible dynamique ou de mission à proximité d'un pôle ?
D'après notre expérience, la plupart des applications océanographiques soulignent l'importance de disposer d'un INS à double antenne (c'est-à-dire qui utilise deux antennes sur le même récepteur GPS/GNSS).
En effet, ce type de capteur inertiel utilise deux antennes GPS/GNSS pour fournir la position, la vitesse et un angle de cap réel qui est valide, même lorsqu'il est stationnaire ou à très faible dynamique, contrairement au GPS à une seule antenne. Il fournit également un cap réel dans toutes les situations sans être affecté par les perturbations magnétiques ou la rotation de la Terre, alors qu'un magnétomètre et un gyrocompas le seraient. C'est une caractéristique essentielle, en particulier pour les études et les missions actuelles aux pôles.
Chez SBG, nous venons de lancer l'Ellipse-D 3ème génération, un INS bi-fréquence et bi-antenne de 17 grammes avec des fonctionnalités haut de gamme, ce qui en fait une solution idéale pour l'océanographie.
5 - Facilité d'intégration et support technique
Vous pouvez facilement intégrer des capteurs inertiels dans n'importe quel projet maritime. Cela est possible grâce à leur compatibilité avec de nombreux logiciels et protocoles industriels (plus de 90 messages différents chez SBG). Des pilotes ROS sont également fournis pour une intégration aisée sur des plateformes autonomes.
Lors du choix d'un capteur, ne vous focalisez pas uniquement sur la fiche technique mais également sur le support de la société pendant et après l'intégration.
La réactivité et la pertinence du support sont des éléments clés de la réussite d'un projet. La détection inertielle et la navigation sont des disciplines qui prennent en compte de nombreux paramètres. L'apprentissage de certains principes fondamentaux par le biais d'une formation pourrait également changer la donne en termes de rapidité de développement du projet.
Nous avons vu comment les nouveaux capteurs miniatures tels que l'Ellipse s'adaptent à la plupart des applications océanographiques. Le INS haut de gamme compense les différents instruments sur des navires entièrement équipés intégrant différentes catégories d'instruments.
SolutionNavsight de SBG Systems
SBG Systems propose la solution Navsight Marine, qui comprend une unité de mesure inertielle avec des performances de tangage de 0,02° à 0,007°.
Navsight, une unité de traitement robuste, intègre une intelligence de fusion, un récepteur GNSS de qualité, un enregistreur de données et diverses options de connectivité.
Cette solution avancée est bien adaptée aux flottes entières de navires dédiés à l'océanographie. Ils avaient besoin de compenser des instruments tels que les sondeurs multifaisceaux, par exemple.
Pour tout type d'application, choisir un capteur inertiel revient à choisir un partenaire pour développer votre projet. Nous espérons que ces conseils vous aideront à réussir vos futures intégrations.
L'article complet a été publié dans le Marine Technology Reporter, édition de février. "Compensation de mouvement et position: Rôle et caractéristiques importantes à vérifier lors de la sélection d'un capteur inertiel"
