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 przebywać na morzu przez wiele miesięcy, kluczowa jest ich wytrzymałość. Dlatego wszystkie MRU i INS firmy SBG Systems korzystają z indywidualnej, zaawansowanej procedury kalibracji z wykorzystaniem wieloosiowych stołów obrotowych i komór temperaturowych.
Każdy czujnik przechodzi kompleksową kalibrację w zakresie od -40°C do 85°C i jest dostarczany ze szczegółowym raportem z kalibracji. Jest to ważny etap w produkcji, ponieważ zapewnia, że system zachowa optymalne, stałe zachowanie i będzie stale dostarczał dokładne dane we wszystkich warunkach środowiskowych, nawet tych najtrudniejszych.
W SBG, specyficzny, wewnętrzny proces kwalifikacji gwarantuje taki sam poziom wydajności przez cały okres eksploatacji, bez znaczącego dryftu. Po kalibracji, czujniki inercyjne przechodzą rygorystyczny proces selekcji, eliminujący wszystkie czujniki, które nie spełniają specyfikacji, dzięki czemu profesjonaliści 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
Możesz łatwo zintegrować czujniki inercyjne z dowolnym projektem morskim. Jest to możliwe dzięki ich kompatybilności z licznym oprogramowaniem i protokołami branżowymi (ponad 90 różnych komunikatów w SBG). Sterowniki ROS są również dostępne dla łatwej integracji na platformach autonomicznych.
Wybierając czujnik, skup się nie tylko na karcie katalogowej, ale także na wsparciu firmy podczas i po integracji.
Responsywność i trafność wsparcia są kluczem do sukcesu projektu. Sensoryka inercyjna i nawigacja to dziedzina, która uwzględnia wiele parametrów. Nauczenie się podstaw poprzez szkolenie może również znacząco przyspieszyć rozwój projektu.
Widzieliśmy, jak nowe miniaturowe czujniki, takie jak Ellipse, pasują do większości zastosowań oceanograficznych. Wysokiej klasy INS/GNSS kompensuje różne instrumenty na w pełni wyposażonych statkach, integrując instrumenty różnej klasy.
Rozwiązanie SBG Systems Navsight
SBG Systems oferuje rozwiązanie Navsight Marine, wyposażone w inercyjną jednostkę pomiarową (Inertial Measurement Unit) o parametrach roll/pitch od 0,02° do 0,007°.
Navsight, wytrzymała jednostka przetwarzająca, integruje inteligencję fuzji danych, odbiornik GNSS klasy survey, rejestrator danych i różnorodne opcje łączności.
To zaawansowane rozwiązanie jest odpowiednie dla całej floty statków przeznaczonych do oceanografii. Rozwiązanie kompensuje wskazania instrumentów, takich jak echosondy wielowiązkowe.
W każdym rodzaju aplikacji wybór czujnika inercyjnego jest jak wybór partnera do rozwoju projektu. Mamy nadzieję, że te porady pomogą w pomyślnej integracji w przyszłości.
Cały artykuł został opublikowany w Marine Technology Reporter, wydanie lutowe. “Kompensacja ruchu i pozycja: rola i ważne cechy, które należy sprawdzić przy wyborze czujnika inercyjnego”
