Kompensacja ruchu i pozycja odnosi się do zdolności systemu, zazwyczaj obejmującego czujniki lub urządzenia, do regulacji lub kompensacji ruchu w celu utrzymania dokładnych informacji o pozycji. Ta kompensacja zapewnia niezawodne i spójne dane o pozycji i orientacji pomimo zewnętrznego ruchu lub zakłóceń.
Kompensacja ruchu i pozycja: Wybierz odpowiedni czujnik inercyjny
Oceanografia odgrywa kluczową rolę w obliczu współczesnych wyzwań środowiskowych, takich jak zmiany klimatyczne, zanieczyszczenia i ekologia. Oceanografowie polegają na szybko rozwijających się technologiach, które zapewniają wyższą wydajność, co jest kluczowe dla zrozumienia i rozwiązywania problemów.
Od ponad 15 lat produkujemy inercyjne systemy nawigacyjne dla przemysłu morskiego. Wyjaśnimy, czym są inercyjne systemy nawigacyjne i jak są wykorzystywane. Dodatkowo, podkreślimy kluczowe parametry, które są istotne przy wyborze MRU lub INS/GNSS do kompensacji ruchu i precyzyjnego śledzenia pozycji instrumentów oceanograficznych.
Twój sprzymierzeniec w dokładnych pomiarach ruchu i nawigacji
Inercyjny system nawigacyjny, zwany również INS, to urządzenie nawigacyjne, które dostarcza dane dotyczące roll, pitch, heading, pozycji, prędkości i heave. Składa się z różnych elementów: Inercyjnej Jednostki Pomiarowej (IMU), która jest rdzeniem INS, mikroprocesora i odbiornika GPS/GNSS.
IMU zawiera 3 akcelerometry, 3 żyroskopy i, w zależności od wymagań dotyczących heading, 3 magnetometry. Mierzy kąty Eulera w 3 osiach poprzez obrót w celu określenia pochylenia, przechyłu i odchylenia. Mikroprocesor uruchamia rozszerzony pokładowy filtr Kalmana (EKF), aby w czasie rzeczywistym łączyć dane inercyjne z GNSS, jeśli wymagana jest pozycja, prędkość lub heading oparty na GNSS. Ponadto, niektóre INS zapewniają również dane dotyczące wznoszenia i pomiaru fal dla wszystkich zadań i misji oceanograficznych.
Oceanografowie używają wielu różnych instrumentów do pomiaru różnych elementów, takich jak parametry środowiskowe (np. zasolenie), sedymentologia lub prąd. Obejmuje to inercyjne systemy nawigacyjne, które kompensują ruch instrumentów lub platformy.
Mogą być instalowane na różnych typach platform, takich jak boje, statki, systemy nawodne lub podwodne (USV, ROV lub AUV), co sprawia, że rozmiar, pobór mocy i obudowa są czynnikami determinującymi przy wyborze rozwiązania, ale nie tylko. Poniżej znajduje się 5 przydatnych wskazówek, które należy sprawdzić przy wyborze czujnika inercyjnego.
1 – Jak sprawdzić niezawodność i powtarzalność danych?
Ponieważ czujniki inercyjne są wbudowane w platformy, które mogą pozostawać na morzu przez wiele miesięcy, ich wytrzymałość ma kluczowe znaczenie. Dlatego wszystkie MRU INS SBG Systems INS indywidualną procedurę kalibracji na najwyższym poziomie, z wykorzystaniem wieloosiowych stołów obrotowych i komór temperaturowych.
Każdy czujnik przechodzi kompleksową kalibrację w zakresie temperatur od -40ºC do 85°C i jest dostarczany wraz ze szczegółowym raportem kalibracyjnym. Jest to istotny etap produkcji, ponieważ gwarantuje, że system będzie zachowywał optymalną, stałą charakterystykę i nieprzerwanie dostarczał dokładne dane w każdych warunkach środowiskowych, nawet tych najbardziej ekstremalnych.
W firmie SBG specjalny, wewnętrzny proces kwalifikacji gwarantuje ten sam poziom wydajności przez cały okres eksploatacji bez znaczących odchyleń. Po kalibracji czujniki inercyjne przechodzą rygorystyczny proces selekcji, w wyniku którego eliminowane są wszystkie czujniki niespełniające specyfikacji, dzięki czemu specjaliści mogą liczyć na spójne pomiary podczas swoich misji.
2 – Pomiar kołysania pionowego: Wybierz czujnik w zależności od stanu morza
Jeśli miniaturowy czujnik inercyjny SBG o nazwie Ellipse zapewnia dokładny pomiar kołysania pionowego w czasie rzeczywistym z dokładnością do 5 cm, który automatycznie dostosowuje się do okresu falowania, to robi to w ograniczonym zakresie okresu falowania. Aby umożliwić misje, w których częstotliwości fal są większe lub bardziej złożone, produkty SBG wyższej klasy są wyposażone w funkcję opóźnionego kołysania pionowego, co daje kołysanie pionowe z dokładnością do 2 cm, obliczane w czasie rzeczywistym, z niewielkim opóźnieniem.
3 – Wielosystemowy odbiornik GNSS i korekty
Nowe odbiorniki GNSS klasy podstawowej wykorzystują GPS, Glonass, Beidou i Galileo, co poprawia dostępność satelitów na obszarach o słabym zasięgu. Jeśli dokładność pozycyjna na poziomie metra nie jest wystarczająca do danego badania, systemy z wyższej półki osiągają dokładność 5 cm w czasie rzeczywistym dzięki korektom PPP.
Technologia ta stale ewoluuje, oferując coraz bardziej przystępne cenowo i proste rozwiązania. RTK, zapewniający dokładność pozycyjną na poziomie centymetrów, pozostaje najdokładniejszym rozwiązaniem pozycjonowania w pobliżu wybrzeża. Jeśli dane nie są wymagane w czasie rzeczywistym, można osiągnąć jeszcze większą precyzję, korzystając z oprogramowania do post-processingu.
4 – Jakie rozwiązanie w zakresie kursu przy niskiej dynamice lub misji prowadzonej w pobliżu bieguna?
Z naszego doświadczenia wynika, że większość zastosowań oceanograficznych podkreśla znaczenie posiadania dwuantenowego INS (tj. wykorzystującego dwie anteny na tym samym odbiorniku GPS/GNSS).
Rzeczywiście, tego rodzaju czujnik inercyjny wykorzystuje dwie anteny GPS/GNSS, aby zapewnić pozycję, prędkość i rzeczywisty kąt heading, który jest ważny, nawet gdy jest nieruchomy lub przy bardzo niskiej dynamice, w przeciwieństwie do pojedynczej anteny GPS. Zapewnia również rzeczywisty heading w każdej sytuacji, bez wpływu zakłóceń magnetycznych lub obrotu Ziemi, jak miałoby to miejsce w przypadku magnetometru i żyrokompasu. Jest to kluczowa cecha, szczególnie w przypadku bieżących badań i misji na biegunach.
W SBG właśnie wprowadziliśmy na rynek Ellipse-D trzeciej generacji, 17-gramowy, dwuczęstotliwościowy i dwuantenowy GNSS/INS z zaawansowanymi funkcjami, co czyni go idealnym rozwiązaniem dla oceanografii.
5 – Łatwa integracja i wsparcie techniczne
Czujniki inercyjne można z łatwością zintegrować z dowolnym projektem morskim. Jest to możliwe dzięki ich kompatybilności z licznymi programami i protokołami branżowymi (ponad 90 różnych komunikatów w SBG). Dostępne są również sterowniki ROS, ułatwiające integrację z platformami autonomicznymi.
Wybierając czujnik, należy zwrócić uwagę nie tylko na arkusz danych technicznych, ale także na wsparcie oferowane przez producentazarówno w trakcie, jak i po zakończeniu integracji.
Szybkość reakcji i trafność wsparcia mają kluczowe znaczenie dla powodzenia projektu. Pomiar inercyjny i nawigacja to dziedzina, która uwzględnia wiele parametrów. Poznanie podstaw poprzez szkolenia może również znacząco wpłynąć na tempo rozwoju projektu.
Widzieliśmy, jak nowe miniaturowe czujniki, takie jak Ellipse większości zastosowań oceanograficznych. Wysokiej klasyGNSS działanie różnych przyrządów na w pełni wyposażonych statkach, integrując urządzenia o różnym stopniu zaawansowania.
Rozwiązanie SBG Systems Navsight
SBG Systems rozwiązanie Navsight Solution, wyposażone w inercyjny układ pomiarowy (IMU) o dokładności pomiaru przechyłu i pochylenia w zakresie od 0,02° do 0,007°.
Navsight, solidny moduł przetwarzania danych, łączy w sobie funkcje analizy danych z wielu źródeł, GNSS klasy geodezyjnej, rejestrator danych oraz różne opcje łączności.
To zaawansowane rozwiązanie doskonale nadaje się do stosowania na całych flotach statków przeznaczonych do badań oceanograficznych. Konieczne było na przykład kompensowanie odchyleni w przyrządach takich jak echosondy wielowiązkowe.
Niezależnie od rodzaju zastosowania, wybór czujnika inercyjnego przypomina wybór partnera do realizacji projektu. Mamy nadzieję, że te porady pomogą w pomyślnej integracji przyszłych rozwiązań.
Pełna wersja artykułu ukazała się w lutowym wydaniu magazynu „Marine Technology Reporter”. „Kompensacja ruchu i pozycjonowanie: rola oraz kluczowe cechy, na które należy zwrócić uwagę przy wyborze czujnika inercyjnego”
