运动补偿和位置是指系统(通常涉及传感器或设备)对运动或移动进行调整或补偿,以保持准确位置信息的能力。这种补偿可在外部运动或干扰的情况下保持位置和方向数据的可靠性和一致性。
运动补偿和位置:选择正确的惯性传感器
在气候变化、污染和生态等当今环境挑战中,海洋学发挥着至关重要的作用。海洋学家依赖于快速发展的技术来实现更高的性能,这对于理解和解决挑战至关重要。
15 年来,我们一直在为海洋行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如何使用它们。此外,我们还将重点介绍选择 MRU 或INS 用于海洋仪器的运动补偿和精确定位跟踪的关键参数。
您进行精确运动和导航测量的助手
惯性导航系统又称INS,是一种导航设备,可提供滚转、俯仰、航向精度、位置、速度和倾斜。它由各种元件组成:
惯性测量单元包含 3 个加速度计、3 个陀螺仪和 3 个IMU ,具体取决于航向精度 INS要求。它通过旋转测量 3 个轴的欧拉角,以确定俯仰、滚动和偏航。如果需要位置、速度或基于全球导航卫星系统的航向精度 ,微处理器可运行增强型机载扩展卡尔曼滤波器(EKF),将惯性数据与全球导航卫星系统实时融合。此外,一些INS 还为所有海洋学任务和使命提供海浪和波浪测量数据。
海洋学家使用许多不同的仪器来测量各种要素,如环境参数(例如盐度)、沉积学或海流。
它们可以安装在不同类型的平台上,如浮标、船只、水面或水下系统USV、ROV 或 AUV),因此在选择解决方案时,尺寸、功耗和外壳是决定性因素,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重复性?
由于惯性传感器被安装在平台上,可能会在海上停留数月之久,因此传感器的坚固性至关重要。这就是为什么SBG Systems公司的所有 MRU 和INS 都采用多轴旋转台和温度室进行单独的高端校准程序。
它们在 -40 至 85°C 的温度范围内进行了广泛校准,每个传感器都附有校准报告。这是生产中的一个重要步骤,因为它可以确保系统在所有环境条件下,甚至是最恶劣的环境条件下,都能保持最佳的恒定行为,并持续提供准确的数据。
在 SBG,特定的内部鉴定流程可确保传感器在整个使用寿命期间保持相同的性能水平,不会出现明显偏移。在校准时,惯性传感器要经过严格的筛选过程,剔除所有不符合规范的传感器,这样专业人员在执行任务时就能保证测量结果的一致性。
2 - 波浪测量:根据海况选择传感器
如果说 SBG 的微型惯性传感器 "Ellipse "能提供 5 厘米精确的实时波浪,并能根据波浪周期自动调整,那么它是在有限的波浪周期内提供的。为了便于执行波频更大或更复杂的任务,SBG 的更高级产品配备了延迟波形功能,可实时计算出精确到 2 厘米的波形,但略有延迟。
3 - 多星座全球导航卫星系统接收器和校正
新一代入门级全球导航卫星系统接收器现在能够利用全球定位系统、格洛纳斯、北斗和伽利略系统,从而提高了卫星覆盖范围有限的困难地区的卫星可用性。如果公制定位无法满足研究需要,高端系统可通过 PPP 校正实现 5 厘米的实时定位。
这项技术在不断发展,以提供更经济、更简单的解决方案。RTK 可提供厘米级定位,在靠近海岸的情况下仍然是最精确的定位解决方案。如果不需要实时数据,使用后处理软件可以实现更高的精度。
4 - 低动力或任务在极点附近执行时,航向精度 解决方案是什么?
根据我们的经验,大多数海洋学应用都强调了双天线INS (即在同一个 GPS/GNSS 接收机上使用两个天线)的重要性。
事实上,这种惯性传感器使用两根 GPS/GNSS 天线来提供位置、速度和真正的航向精度 角,即使在静止或极低动态时也有效,这与单天线 GPS 相反。
它还能在任何情况下提供真正的航向精度 ,而不会受到磁干扰或地球自转的影响,而磁力计和陀螺罗盘则会受到影响。这是一项至关重要的功能,特别是对于目前在两极进行的研究和执行的任务而言。
在 SBG,我们刚刚推出了第三代Ellipse-D ,这是一款重 17 克的双频双天线INS /INS,具有高端功能,是海洋学的理想解决方案。
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-D 双天线和双频INS
5 - 易于集成和技术支持
惯性传感器可轻松集成到任何海事项目中。这得益于其与众多行业软件和协议的兼容性(SBG 有 90 多种不同的信息)。
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和集成后提供的支持。
支持的响应速度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大量参数的学科。通过培训学习一些基础知识也可以改变项目开发的速度。
我们已经看到新的微型传感器(如Ellipse )如何适合大多数海洋学应用。高端INS 可对整合了不同等级仪器的装备齐全的船只上的各种仪器进行补偿。
SBG Systems Navsight 解决方案
SBG Systems 提供的Navsight 海洋解决方案,其惯性测量单元的滚动/俯仰性能等级从 0.02° 到 0.007°。
Navsight 是一个强大的处理单元,集成了融合智能、勘测级 GNSS 接收器、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,选择惯性传感器就如同选择项目开发的合作伙伴。我们希望这些建议能帮助您在未来的集成中取得成功。
文章全文刊登在《海洋技术记者》2 月刊上。"运动补偿和位置:选择惯性传感器时应检查的作用和重要功能"