Compensation de mouvement et position : Rôle et caractéristiques importantes à vérifier lors de la sélection d'un capteur inertiel

La compensation de mouvement et de position fait référence à la capacité d'un système, impliquant généralement des capteurs ou des dispositifs, à ajuster ou à compenser le mouvement ou la position afin de maintenir des informations précises sur la position.

Cette compensation permet de conserver des données de position et d'orientation fiables et cohérentes malgré les mouvements ou les perturbations externes.

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 des performances accrues, 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 essentiels pour la sélection d'un MRU ou d'un INS/GNSS 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 inertielle, également appelé INS, est un dispositif de navigation qui fournit roulis, tangage, cap, la position, la vitesse et pilonnement. Il est composé de divers éléments : L'unité de mesure inertielle (IMU) centrale inertielle (IMU), qui est le cœur du système de navigation inertielle, un microprocesseur et un récepteur GPS/GNSS.

L'IMU intègre 3 accéléromètres, 3 gyroscopes et, selon les besoins du site cap , 3 magnétomètres.

L'IMU mesure les angles d'Euler sur 3 axes en tournant pour déterminer tangage, roulis, et le lacet.

Le microprocesseur utilise un filtre de Kalman étendu (EKF) embarqué pour fusionner en temps réel les données inertielles et les données GNSS si la position, la vitesse ou les données GNSS sont nécessaires ( cap ). En outre, certains INS fournissent également des données pilonnement et des données de mesure 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 plate-forme.

Ils peuvent être installés sur différents types de plates-formes telles que des bouées, des navires, des systèmes de surface ou sous-marins (USV, ROVou AUV), ce qui fait de la taille, de la consommation d'énergie et de l'enceinte des facteurs déterminants dans le choix de la solution, mais pas seulement. Vous trouverez ci-dessous quelques 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 capteurs SBG Systems' MRU et INS bénéficient d'une procédure d'étalonnage haut de gamme individuelle utilisant des tables rotatives multi-axes et des chambres de température.

Ils sont largement étalonnés en température de -40 à 85°C et chaque capteur est livré avec son rapport d'étalonnage. Il s'agit d'une étape importante de la production, car elle garantit que le système maintiendra 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 - pilonnement Mesure - Choisir le capteur en fonction de l'état de la mer

Si le capteur inertiel miniature de SBG, appelé Ellipse , fournit en temps réel une précision de 5 cm, pilonnement , qui s'adapte automatiquement à la période des vagues, il le fait sur une période de vague limitée. Pour permettre des missions où les fréquences des vagues sont plus grandes ou plus complexes, les produits SBG de qualité supérieure sont dotés d'une fonction pilonnement différée qui permet d'obtenir une pilonnement précise à 2 cm calculée en temps réel, avec un peu de retard.

 

 

3 - Récepteur GNSS multi-constellations et corrections

La nouvelle génération de récepteurs GNSS d'entrée de gamme est désormais capable d'utiliser GPS, Glonass, Beidou et Galileo et d'accroître ainsi la disponibilité des satellites dans les zones difficiles où la couverture satellitaire est limitée. 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 est la solution cap en cas de faible dynamique ou de mission menée à proximité d'un pôle ?

D'après notre expérience, la plupart des applications océanographiques soulignent l'importance d'avoir 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 réel cap qui est valide, même à l'arrêt ou à très faible dynamique, contrairement au GPS à une seule antenne.

Il fournit également un véritable cap 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. Il s'agit d'une caractéristique essentielle, en particulier pour les études et les missions en cours dans les pôles.

Chez SBG, nous venons de lancer le Ellipse-D 3ème génération, un GNSS/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

Les capteurs inertiels peuvent être facilement intégrés dans n'importe quel projet maritime. Ceci 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 facile sur des plateformes autonomes.

Lors du choix d'un capteur, il convient de s'intéresser non seulement à la fiche technique, mais aussi à l'assistance fournie par l'entreprise pendant et après l'intégration.

La réactivité et la pertinence du support sont des éléments clés de la réussite du 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 matière de rapidité de développement des projets.

Nous avons vu comment les nouveaux capteurs miniatures tels que le Ellipse s'adaptent à la plupart des applications océanographiques. Le système INS/GNSS haut de gamme compense les différents instruments sur des navires entièrement équipés intégrant différentes catégories d'instruments.

SBG Systems fournit la solution marineNavsight , qui comprend un centrale inertielle avec roulis/tangage des degrés de performance de 0,02° à 0,007°.

NavsightL'unité de traitement, robuste, intègre l'intelligence de fusion, un récepteur GNSS de qualité cartographie, un enregistreur de données et diverses options de connectivité.

Cette solution avancée convient parfaitement aux flottes entières de navires dédiés à l'océanographie. Ils avaient besoin de compenser des instruments tels que les échosondeurs 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 quelques conseils vous aideront à mener à bien vos futures intégrations.

 

 

L'article complet a été publié dans l'édition de février du Marine Technology Reporter.

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