Compensazione del movimento e posizione
Per "compensazione del movimento e della posizione" si intende la capacità di un sistema, che solitamente comprende sensori o dispositivi, di regolare o compensare i movimenti al fine di mantenere informazioni precise sulla posizione. Tale compensazione garantisce dati affidabili e coerenti relativi alla posizione e all'orientamento, nonostante i movimenti o i disturbi esterni.
Compensazione del movimento e posizione: Scegliere il sensore inerziale giusto
L'oceanografia gioca un ruolo cruciale tra le sfide ambientali odierne come il cambiamento climatico, l'inquinamento e l'ecologia. Gli oceanografi fanno affidamento su tecnologie in rapida evoluzione per ottenere prestazioni superiori, fondamentali per comprendere e risolvere le sfide.
Da oltre 15 anni produciamo sistemi di navigazione inerziale per il settore marino. Vi spiegheremo cosa sono i sistemi di navigazione inerziale e come vengono utilizzati. Inoltre, evidenzieremo i parametri chiave fondamentali per la scelta di un MRU o di un INS/GNSS per la compensazione del moto e il tracciamento preciso della posizione degli strumenti oceanografici.
Il tuo alleato per misurazioni precise del movimento e della navigazione
Un sistema di navigazione inerziale, anche chiamato INS, è un dispositivo di navigazione che fornisce rollio, beccheggio, prua, posizione, velocità e moto ondoso (heave). È composto da vari elementi: Un'unità di misura inerziale (IMU), che è il cuore dell'INS, un microprocessore e un ricevitore GPS/GNSS.
L'IMU integra 3 accelerometri, 3 giroscopi e, a seconda dei requisiti di prua, 3 magnetometri. Misura gli angoli di Eulero su 3 assi ruotando per determinare beccheggio, rollio e imbardata. Il microprocessore esegue un filtro di Kalman esteso (EKF) avanzato a bordo per fondere in tempo reale i dati inerziali con il GNSS se sono richieste posizione, velocità o prua basata su GNSS. Inoltre, alcuni INS forniscono anche dati di misura del moto ondoso (heave) e delle onde per tutte le attività e missioni oceanografiche.
Gli oceanografi utilizzano molti strumenti diversi per misurare vari elementi come parametri ambientali (ad esempio la salinità), la sedimentologia o la corrente. Ciò include i sistemi di navigazione inerziale, che compensano il movimento degli strumenti o della piattaforma.
Possono essere installati su diversi tipi di piattaforme come boe, imbarcazioni, sistemi di superficie o sottomarini (USV, ROV o AUV), rendendo dimensioni, consumo energetico e contenitore fattori determinanti nella scelta della soluzione, ma non solo. Di seguito sono riportati 5 consigli utili da considerare quando si sceglie un sensore inerziale.
1 – Come verificare la robustezza e la ripetibilità dei dati?
Poiché i sensori inerziali sono integrati in piattaforme che possono rimanere in mare per mesi, la robustezza dei sensori è fondamentale. Ecco perché tutti gli MRU e gli INS di SBG Systems beneficiano di una procedura di calibrazione di fascia alta individuale che utilizza tavole rotanti multiasse e camere climatiche.
Ciascun sensore viene sottoposto a un'estesa calibrazione da -40ºC a 85°C e viene fornito con un rapporto di calibrazione dettagliato. Si tratta di un passaggio fondamentale nella produzione, in quanto garantisce che il sistema mantenga un comportamento costante ottimale e fornisca dati accurati ininterrottamente in tutte le condizioni ambientali, anche le più estreme.
In SBG, lo specifico processo di qualificazione interno garantisce lo stesso livello di prestazioni per l'intero ciclo di vita senza derive significative. Una volta calibrati, i sensori inerziali vengono sottoposti a un rigoroso processo di selezione, rimuovendo tutti i sensori che non soddisfano le specifiche, affinché i professionisti possano contare su misurazioni coerenti durante le loro missioni.
2 – Misurazione del beccheggio: scegliere il sensore in base alle condizioni del mare
Se il sensore inerziale in miniatura di SBG denominato Ellipse fornisce un heave in tempo reale accurato a 5 cm che si adatta automaticamente al periodo d'onda, lo fa su un periodo d'onda limitato. Per consentire missioni in cui le frequenze d'onda sono maggiori o più complesse, i prodotti SBG di fascia più alta includono una funzione di heave ritardato che garantisce un heave accurato a 2 cm calcolato in tempo reale, con un piccolo ritardo.
3 – Ricevitore GNSS multi-costellazione e correzioni
I nuovi ricevitori GNSS entry-level utilizzano ora GPS, Glonass, Beidou e Galileo, migliorando la disponibilità dei satelliti nelle aree a bassa copertura. Se la precisione metrica non è sufficiente per lo studio, i sistemi di fascia alta raggiungono una posizione in tempo reale di 5 cm grazie alle correzioni PPP.
Questa tecnologia è in continua evoluzione per offrire soluzioni più convenienti e semplici. L'RTK, che fornisce una posizione centimetrica, rimane la soluzione di posizionamento più accurata quando ci si trova vicino alla costa. Se non sono necessari dati in tempo reale, è possibile ottenere una precisione ancora maggiore utilizzando un software di post-processamento.
4 – Quale soluzione di rotta adottare in caso di bassa dinamica o quando la missione viene condotta in prossimità di un polo?
Dalla nostra esperienza, la maggior parte delle applicazioni oceanografiche evidenzia l'importanza di avere un INS a doppia antenna (vale a dire, che utilizza due antenne sullo stesso ricevitore GPS/GNSS).
Questo tipo di sensore inerziale utilizza infatti due antenne GPS/GNSS per fornire posizione, velocità e un vero angolo di rotta valido anche da fermi o a bassissima dinamica, contrariamente al GPS a singola antenna. Fornisce inoltre la rotta vera in qualsiasi situazione senza subire l'impatto di disturbi magnetici o della rotazione terrestre, a differenza di quanto farebbero un magnetometro e una bussola giroscopica. Si tratta di una caratteristica fondamentale, in particolare per gli studi sulle correnti e le missioni ai poli.
In SBG abbiamo appena lanciato l'Ellipse-D di 3ª generazione, un GNSS/INS a doppia frequenza e doppia antenna da 17 grammi con funzionalità di fascia alta, che lo rendono una soluzione ideale per l'oceanografia.
5 – Facile integrazione e assistenza tecnica
Puoi integrare facilmente i sensori inerziali in qualsiasi progetto marino. Ciò è possibile grazie alla loro compatibilità con numerosi software e protocolli industriali (più di 90 messaggi diversi in SBG). Vengono forniti anche driver ROS per una facile integrazione su piattaforme autonome.
Quando scegli un sensore, concentrati non solo sulla scheda tecnica ma anche sul supporto dell'azienda durante e dopo l'integrazione.
La reattività e la pertinenza del supporto sono fondamentali per il successo del progetto. Il rilevamento e la navigazione inerziale sono una disciplina che tiene conto di molti parametri. Acquisire alcuni fondamenti attraverso la formazione potrebbe anche fare la differenza nella velocità di sviluppo del progetto.
Abbiamo visto come i nuovi sensori in miniatura come l'Ellipse si adattino alla maggior parte delle applicazioni oceanografiche. I sistemi INS/GNSS di fascia alta compensano vari strumenti su navi completamente attrezzate che integrano strumenti di diverso livello.
La soluzione Navsight di SBG Systems
SBG Systems offre la soluzione Navsight Marine, dotata di un'unità di misura inerziale con classi di prestazioni di rollio/beccheggio da 0,02° a 0,007°.
Navsight, una robusta unità di elaborazione, integra intelligenza di fusione, un ricevitore GNSS di grado geodetico, un registratore di dati e varie opzioni di connettività.
Questa soluzione avanzata è ideale per intere flotte di navi dedicate all'oceanografia, che necessitano di compensare strumenti come gli ecoscandagli multibeam, ad esempio.
Per qualsiasi tipo di applicazione, scegliere un sensore inerziale è come scegliere un partner per lo sviluppo del proprio progetto. Ci auguriamo che questi consigli contribuiscano al successo delle vostre future integrazioni.
L'articolo completo è stato pubblicato su Marine Technology Reporter, edizione di febbraio. "Motion Compensation and Position: Role and Important Features to Check when Selecting an Inertial Sensor"
