运动补偿与位置
运动补偿与定位是指一个系统（通常涉及传感器或设备）为保持准确的位置信息而调整或补偿运动的能力。这种补偿机制能够确保在受到外部运动或干扰的情况下，仍能保持可靠且一致的位置和姿态数据。
运动补偿与定位：选择合适的惯性传感器
在气候变化、污染和生态等当今的环境挑战中，海洋学发挥着至关重要的作用。海洋学家依靠快速发展的技术来获得更高的性能，这对于理解和解决挑战至关重要。
15 年多来，我们一直为海洋工业制造惯性导航系统。我们将解释什么是惯性导航系统以及它们是如何被使用的。此外，我们还将重点介绍对于为海洋学仪器进行运动补偿和精确位置跟踪而选择 MRU 或 INS/GNSS 至关重要的关键参数。
您在精准运动与导航测量方面的得力伙伴
惯性导航系统（也称为 INS）是一种提供横摇、纵倾、航向、位置、速度和升沉的导航设备。它由多种元件组成：惯性测量单元（IMU，INS 的核心）、微处理器和 GPS/GNSS 接收器。
IMU 嵌入了 3 个加速度计、3 个陀螺仪，并根据航向要求嵌入了 3 个磁力计。它通过旋转测量三个轴上的欧拉角，以确定纵倾、横摇和偏航。微处理器运行增强型板载扩展卡尔曼滤波器 (EKF)，如果需要位置、速度或基于 GNSS 的航向，则将惯性数据与 GNSS 进行实时融合。此外，一些 INS 还为所有海洋学任务提供升沉和波浪测量数据。
海洋学家使用许多不同的仪器来测量各种要素，例如环境参数（例如盐度）、沉积学或水流。这包括惯性导航系统，它们可以补偿仪器或平台的运动。
它们可以安装在不同类型的平台上，例如浮标、船只、水面或水下系统（USV、ROV 或 AUV），这使得尺寸、功耗和外壳成为选择解决方案时的决定性因素，但并非唯一因素。以下是选择惯性传感器时需要检查的 5 个有用提示。
1 – 如何检查稳健性和数据可重复性？
由于惯性传感器嵌入在可能在海上停留数月的平台中，传感器的鲁棒性至关重要。这就是为什么所有 SBG Systems 的 MRU 和 INS 都受益于使用多轴转台和温度箱的独立高端校准程序。
每个传感器都经过 -40ºC 至 85ºC 的广泛校准，并附带详细的校准报告。这是生产中的一个主要步骤，因为它确保系统能够保持最佳的恒定性能，并在所有环境条件（甚至是恶劣条件）下持续提供准确的数据。
在 SBG，特定的内部资质认证流程保证了在整个生命周期内具有相同水平的性能，且没有明显的漂移。校准后，惯性传感器将经过严格的筛选过程，剔除所有不符合规格的传感器，以便专业人员在任务期间能够依赖一致的测量结果。
2 – 横摇测量：根据海况选择传感器
如果 SBG 名为 Ellipse 的微型惯性传感器能够提供可自动适应波浪周期的 5 厘米精度的实时垂荡，那它也是在有限的波浪周期内实现的。为了支持波浪频率更大或更复杂的任务，更高等级的 SBG 产品带有延迟垂荡功能，从而能够以微小的延迟计算出精度达 2 厘米的实时垂荡。
3 – 多星座 GNSS 接收机与校正
新型入门级 GNSS 接收机现在使用 GPS、Glonass、Beidou 和 Galileo，从而提高了低覆盖区域的卫星可用性。如果米级位置不足以满足研究需要，借助 PPP 校正，高端系统可以达到 5 厘米的实时位置。
这项技术不断发展，以提供更经济、更简单的解决方案。在靠近海岸时，提供厘米级位置的 RTK 仍然是最精确的定位解决方案。如果不需要实时数据，使用后处理软件甚至可以实现更高的精度。
4 – 当动态范围较低或任务在靠近极点处执行时，应采用何种航向解决方案？
根据我们的经验，大多数海洋学应用都凸显了拥有双天线 INS（即在同一个 GPS/GNSS 接收机上使用两个天线）的重要性。
确实，这种类型的惯性传感器使用两个 GPS/GNSS 天线来提供位置、速度以及真实航向角，即使在静止状态或动态极低的情况下也是如此，这与单天线 GPS 相反。它还可以在任何情况下提供真实航向，而不受磁场干扰或地球自转的影响，而磁强计和电罗经则会受其影响。这是一项关键功能，特别是对于当前的海流研究和极地任务。
在 SBG，我们刚刚推出了 Ellipse-D 第三代产品，这是一款 17 克的双频双天线 GNSS/INS，具有高端功能，使其成为海洋学的理想解决方案。
5 – 轻松集成与技术支持
您可以轻松地将惯性传感器集成到任何海洋项目中。这归功于它们与众多行业软件和协议（SBG 支持 90 多种不同的消息）的兼容性。还提供了 ROS 驱动程序，以便于在自主平台上进行集成。
在选择传感器时，不仅要关注数据表，还要关注公司在集成期间及之后的支持。
支持的响应能力和针对性是项目成功的关键。惯性传感和导航是一门需要考虑很多参数的学科。通过培训学习一些基础知识也可能成为加快项目开发速度的关键改变者。
我们已经看到了像 Ellipse 这样新型的微型传感器是如何适应大多数海洋学应用的。高端 INS/GNSS 可对全装备船舶上集成了不同等级仪器的各种仪器进行补偿。
SBG Systems Navsight 解决方案
SBG Systems 提供 Navsight 海洋解决方案，配备横摇/纵摇性能等级从 0.02° 到 0.007° 的惯性测量单元。
Navsight 是一个强大的处理单元，集成了融合智能、测量级 GNSS 接收机、数据记录器和各种连接选项。
这种先进的解决方案非常适合专门从事海洋学研究的整个船队。他们需要对诸如多波束回声测深仪等仪器进行补偿。
对于任何类型的应用，选择惯性传感器就像为开发项目选择合作伙伴一样。我们希望这些建议能帮助您的未来集成取得成功。
完整文章刊登在 2 月号的《Marine Technology Reporter》杂志上。“运动补偿与位置：选择惯性传感器时需检查的角色和重要特征”
