Compensation de mouvement et position
La compensation de mouvement et la position font référence à la capacité d’un système, impliquant généralement des capteurs ou des dispositifs, à ajuster ou à compenser le mouvement afin de maintenir des informations de position précises. Cette compensation maintient des données de position et d’orientation fiables et cohérentes malgré les mouvements ou perturbations externes.
Compensation de mouvement et position : choisissez 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 des performances supérieures, essentielles pour comprendre et résoudre ces défis.
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. De plus, nous mettrons en évidence les paramètres clés essentiels pour sélectionner un MRU ou un INS/GNSS pour la compensation de mouvement et le suivi précis de la position des instruments océanographiques.
Votre allié pour des mesures de mouvement et de navigation précises
Un Système de Navigation Inertielle, également appelé INS, est un dispositif de navigation qui fournit le roulis, le tangage, le cap, la position, la vitesse et le pilonnement. Il est composé de divers éléments : une centrale inertielle (IMU), qui est le cœur de l'INS, un microprocesseur et un récepteur GPS/GNSS.
L'IMU intègre 3 accéléromètres, 3 gyroscopes et, selon les exigences de cap, 3 magnétomètres. Elle mesure les angles d'Euler sur 3 axes par rotation pour déterminer le tangage, le roulis et le lacet. Le microprocesseur exécute un filtre de Kalman étendu (EKF) embarqué amélioré pour fusionner en temps réel les données inertielles avec le GNSS si la position, la vitesse ou le cap basé sur le GNSS sont requis. De plus, certains INS fournissent également des données de pilonnement et de mesure de 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 le courant. Cela inclut les Systèmes de Navigation Inertielle, qui compensent le mouvement des instruments ou de la plateforme.
Ils peuvent être installés sur différents types de plateformes telles que des bouées, des navires, des systèmes de surface ou sous-marins (USV, ROV ou AUV) faisant de la taille, de la consommation électrique et du boîtier des facteurs déterminants lors du choix de la solution, mais pas seulement. Voici 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 pouvant rester en mer pendant des mois, leur robustesse est primordiale. C'est pourquoi toutes les MRU et tous les INS de SBG Systems bénéficient d'une procédure d'étalonnage individuel haut de gamme faisant appel à des tables tournantes multi-axes et à des enceintes climatiques.
Chaque capteur subit un étalonnage approfondi de -40 °C à 85 °C et est livré avec un rapport d'étalonnage détaillé. Il s'agit d'une étape majeure de la production car elle garantit que le système conservera un comportement constant optimal et fournira des données précises en continu dans toutes les conditions environnementales, même les plus extrêmes.
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 étalonnés, les capteurs inertiels passent par un processus de sélection strict qui élimine tous les capteurs ne respectant pas les spécifications, afin que les professionnels puissent compter sur des mesures cohérentes lors de leurs missions.
2 – Mesure de la houle : choisissez le capteur en fonction de l'état de la mer
Si le capteur inertiel miniature de SBG appelé Ellipse fournit un pilonnement précis en temps réel 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, ce qui donne un pilonnement précis à 2 cm calculé en temps réel, avec un léger retard.
3 – Récepteur GNSS multi-constellation 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 une 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 est en constante évolution pour offrir des solutions plus abordables et 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 élevée est possible grâce à un logiciel de post-traitement.
4 – Quelle solution de cap en cas de faible dynamique ou de mission menée près 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 vrai valide, même à l'arrêt ou à très faible dynamique, contrairement aux GPS à antenne unique. Il fournit également un cap vrai dans toutes les situations sans être affecté par les perturbations magnétiques ou la rotation de la Terre, ce qui serait le cas pour un magnétomètre et un gyrocompas. C'est une caractéristique essentielle, en particulier pour les études de courants et les missions dans les régions polaires.
Chez SBG, nous venons de lancer l'Ellipse-D de 3ème génération, un GNSS/INS de 17 grammes, bi-fréquence et bi-antenne, doté de fonctionnalités haut de gamme, ce qui en fait une solution idéale pour l'océanographie.
5 – Intégration facile et support technique
Vous pouvez facilement intégrer des capteurs inertiels dans tout projet maritime. Cela est rendu possible grâce à leur compatibilité avec de nombreux logiciels et protocoles de l'industrie (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, concentrez-vous non seulement sur la fiche technique, mais aussi sur le support de l'entreprise pendant et après l'intégration.
La réactivité et la pertinence du support sont essentielles à la réussite du projet. La détection et la navigation inertielles constituent une discipline qui prend en compte de nombreux paramètres. Maîtriser certains fondamentaux grâce à une formation peut également changer la donne pour accélérer le développement d'un projet.
Nous avons vu comment de nouveaux capteurs miniatures tels que l'Ellipse s'intègrent dans la plupart des applications océanographiques. Un système INS/GNSS haut de gamme compense divers instruments sur des navires entièrement équipés intégrant différentes catégories d'instruments.
Solution Navsight de SBG Systems
SBG Systems propose la solution marine Navsight, dotée d'une unité de mesure inertielle avec des classes de performance en roulis/tangage de 0,02° à 0,007°.
Navsight, une unité de traitement robuste, intègre une intelligence de fusion, un récepteur GNSS de qualité géodésique, un enregistreur de données et diverses options de connectivité.
Cette solution avancée est parfaitement adaptée aux flottes entières de navires dédiés à l'océanographie. Ils avaient besoin de compenser des instruments tels que les sondeurs bathymétriques multifaisceaux, par exemple.
Pour tout type d'application, choisir un capteur inertiel, c'est choisir un partenaire pour le développement de votre projet. Nous espérons que ces conseils contribueront à la réussite de vos futures intégrations.
L'article complet a été publié dans le magazine Marine Technology Reporter, édition de février. « Motion Compensation and Position: Role and Important Features to Check when Selecting an Inertial Sensor »
