モーション補正と位置とは、正確な位置情報を維持するために、通常はセンサーやデバイスを含むシステムが、動きやモーションを調整または補正する能力を指します。この補正により、外部の動きや外乱があっても、信頼性が高く一貫した位置および姿勢データが維持されます。
モーション補正と位置：最適な慣性センサーの選択
海洋学は、気候変動、汚染、生態系などの今日の環境問題において重要な役割を果たしています。海洋学者は、より高いパフォーマンスのために急速に進化する技術に依存しており、課題の理解と解決に不可欠です。
15年以上にわたり、当社は海洋産業向けに慣性航法システムを製造してきました。慣性航法システムとは何か、またどのように利用されているかについて説明します。さらに、海洋観測機器のモーション補正と正確な位置追跡のために、MRUまたはINS/GNSSを選択する上で重要な主要パラメータを強調します。
正確なモーションおよびナビゲーション計測を支援します
慣性航法システム（INSとも呼ばれる）は、ロール、ピッチ、ヘディング、位置、速度、ヒーブを提供する航法装置です。これは、INSの核となる慣性計測ユニット（IMU）、マイクロプロセッサ、GPS/GNSS受信機といった様々な要素で構成されています。
IMUは、3つの加速度計、3つのジャイロスコープ、およびヘディングの要件に応じて3つの磁力計を内蔵しています。ピッチ、ロール、ヨーを決定するために、回転によって3軸にわたるオイラー角を測定します。マイクロプロセッサは、位置、速度、またはGNSSベースのヘディングが必要な場合に、リアルタイムの慣性データをGNSSと融合させるために、強化されたオンボードの拡張カルマンフィルター（EKF）を実行します。さらに、一部のINSは、すべての海洋学的なタスクとミッションのために、ヒーブおよび波浪測定データも提供します。
海洋学者は、環境パラメータ（例えば塩分濃度）、堆積学、または潮流といった様々な要素を測定するために、多くの異なる機器を使用します。これには、機器またはプラットフォームの動きを補償する慣性航法システムが含まれます。
これらは、ブイ、船舶、水上または水中システム（USV、ROV、またはAUV）など、様々な種類のプラットフォームに設置できます。そのため、ソリューションを選択する際には、サイズ、消費電力、およびエンクロージャが決定要因となりますが、それだけではありません。以下に、慣性センサーを選択する際に確認すべき5つの役立つヒントを示します。
1 – 堅牢性とデータ再現性を確認する方法
慣性センサーは何ヶ月も海上にとどまる可能性のあるプラットフォームに組み込まれるため、センサーの堅牢性は非常に重要です。そのため、SBG SystemsのすべてのMRUとINSは、多軸回転テーブルと温度チャンバーを使用した個別のハイエンド・キャリブレーション手順の恩恵を受けています。
各センサーは-40℃から85℃までの広範囲なキャリブレーションを受け、詳細なキャリブレーション・レポートが付属しています。これは製造における重要なステップであり、システムが最適な一定の動作を維持し、最も過酷な環境下でも正確なデータを継続的に提供することを保証します。
SBG Systemsでは、特定の社内認定プロセスにより、経年劣化によるドリフトを発生させることなく、同じレベルの性能を保証しています。キャリブレーション後、慣性センサーは厳格なスクリーニングプロセスを経て、仕様を満たさないすべてのセンサーが取り除かれるため、専門家はミッション中に一貫した測定を期待できます。
2 – ヒーブ計測：海洋状態に応じてセンサーを選択
SBGの小型慣性センサーであるEllipseが、波周期に自動的に調整される5cm精度のリアルタイムHeaveを提供するとしても、それは限られた波周期でのみ可能です。波の周波数がより大きいか、より複雑なミッションを可能にするために、より高グレードのSBG製品には、わずかな遅延でリアルタイムで計算された2cmの精度でHeaveを提供する、遅延Heave機能が付属しています。
3 – マルチコンステレーションGNSS受信機と補正
新しいエントリーレベルのGNSS受信機は現在、GPS、Glonass、Beidou、Galileoを使用しており、低カバレッジエリアでの衛星可用性を向上させています。メートルの位置精度が調査に十分でない場合、ハイエンドシステムはPPP補正のおかげで5cmのリアルタイム位置精度を実現します。
このテクノロジーは、より手頃な価格でシンプルなソリューションを提供するために常に進化しています。センチメートルの位置を提供するRTKは、海岸に近い場合でも、依然として最も正確な測位ソリューションです。データがリアルタイムで必要ない場合は、後処理ソフトウェアを使用すると、さらに高い精度が可能です。
4 – 低ダイナミクスまたは極に近い場所でのミッションにおける最適なヘディングソリューションとは？
当社の経験から、ほとんどの海洋観測アプリケーションは、デュアルアンテナINS（つまり、同じGPS/GNSS受信機で2つのアンテナを使用するINS）を持つことの重要性を強調しています。
実際、この種の慣性センサーは、2つのGPS/GNSSアンテナを使用して、単一アンテナGPSとは対照的に、静止時または非常に低いダイナミクスの場合でも有効な位置、速度、および真方位角を提供します。また、磁力計とジャイロコンパスの場合のように、磁気擾乱または地球の自転の影響を受けることなく、あらゆる状況で真方位を提供します。これは、特に極地での現在の研究やミッションにとって重要な機能です。
SBGでは、ハイエンド機能を備えた17グラムのデュアル周波数およびデュアルアンテナGNSS/INSであるEllipse-D第3世代を発売したばかりで、海洋学に最適なソリューションとなっています。
5 - 容易な統合とテクニカルサポート
慣性センサーは、あらゆる海洋プロジェクトに容易に統合できます。これは、多数の業界ソフトウェアおよびプロトコル（SBGでは90を超える異なるメッセージ）との互換性によるものです。ROSドライバーも、自律プラットフォームへの容易な統合のために提供されています。
センサーを選択する際は、データシートだけでなく、統合中および統合後の企業のサポートにも焦点を当ててください。
サポートの応答性と妥当性は、プロジェクトの成功の鍵となります。慣性センシングとナビゲーションは、多くのパラメーターを考慮に入れる分野です。トレーニングを通じていくつかの基礎を学ぶことも、プロジェクト開発の迅速化におけるゲームチェンジャーとなる可能性があります。
Ellipseのような新しい小型センサーが、ほとんどの海洋観測用途に適合することがわかりました。ハイエンドINS/GNSSは、異なるグレードの機器を統合する、フル装備の船舶上のさまざまな機器を補正します。
SBG Systems Navsightソリューション
SBG Systemsは、0.02°から0.007°のロール/ピッチ性能グレードを備えた慣性計測ユニットを特徴とするNavsight Marineソリューションを提供します。
堅牢な処理ユニットであるNavsightは、フュージョンインテリジェンス、測量グレードのGNSS受信機、データロガー、およびさまざまな接続オプションを統合しています。
この高度なソリューションは、海洋学専用の船舶のフリート全体に適しています。たとえば、マルチビーム音響測深機などの機器を補正する必要がありました。
あらゆるタイプのアプリケーションにおいて、慣性センサーを選択することは、プロジェクトを開発するためのパートナーを選択することに似ています。これらのアドバイスが、将来の統合を成功に導くのに役立つことを願っています。
完全な記事は、Marine Technology Reporter、2月号に掲載されました。「モーション補正と位置：慣性センサーを選択する際に確認する役割と重要な機能」
