Compensazione del movimento e posizione si riferisce alla capacità di un sistema, che tipicamente coinvolge sensori o dispositivi, di regolare o compensare il movimento al fine di mantenere informazioni di posizionamento accurate. Questa compensazione mantiene dati di posizione e orientamento affidabili e coerenti, nonostante movimenti o disturbi esterni.
Compensazione del movimento e posizione: scegli il sensore inerziale giusto
L'oceanografia svolge un ruolo cruciale tra le sfide ambientali odierne, come i cambiamenti climatici, l'inquinamento e l'ecologia. Gli oceanografi si affidano a tecnologie in rapida evoluzione per ottenere prestazioni più elevate, fondamentali per comprendere e risolvere le sfide.
Da oltre 15 anni produciamo sistemi di navigazione inerziale per l'industria nautica. Spiegheremo cosa sono i sistemi di navigazione inerziale e come vengono utilizzati. Inoltre, evidenzieremo i parametri fondamentali per la scelta di una MRU o di un GNSS per la compensazione del moto e il tracciamento preciso della posizione degli strumenti oceanografici.
Il suo alleato per misure di movimento e navigazione accurate
Un sistema di navigazione inerziale, chiamato anche INS, è un dispositivo di navigazione che fornisce rollio, beccheggio, direzione, posizione, velocità e ondeggiamento. È composto da vari elementi: Un'unità di misura inerzialeIMU), che è il cuore dell'INS, un microprocessore e un ricevitore GNSS .
L'IMU incorpora 3 accelerometri, 3 giroscopi e, a seconda delle esigenze di rotta, 3 magnetometri. Misura gli angoli di Eulero su 3 assi ruotando per determinare beccheggio, rollio e imbardata. Il microprocessore esegue un filtro di Kalman esteso (EKF) a bordo per fondere in tempo reale i dati inerziali con il GNSS se sono richieste posizione, velocità o direzione GNSS. Inoltre, alcuni INS forniscono anche dati di misurazione dell'onda e dell'ondulazione per tutte le attività e le missioni oceanografiche.
Gli oceanografi utilizzano molti strumenti diversi per misurare vari elementi come i parametri ambientali (ad esempio la salinità), la sedimentologia o la corrente. Tra questi vi sono i sistemi di navigazione inerziale, che compensano gli strumenti o il movimento della piattaforma.
Possono essere installati su diversi tipi di piattaforme, come boe, navi, sistemi di superficie o sottomarini (USV, ROV o AUV), rendendo le dimensioni, il consumo energetico e l'involucro fattori determinanti nella scelta della soluzione, ma non solo. Di seguito sono riportati 5 consigli utili da verificare nella scelta di un sensore inerziale.
1 – Come verificare la robustezza e la ripetibilità dei dati?
Poiché i sensori inerziali sono incorporati in piattaforme che possono rimanere in mare per mesi, la robustezza dei sensori è fondamentale. Ecco perché tutte le MRU e gli INS di SBG Systemsbeneficiano di una procedura di calibrazione individuale di alto livello che utilizza tavole rotanti multiasse e camere termiche.
Ogni sensore viene sottoposto a una calibrazione completa da -40ºC a 85°C e viene fornito con un rapporto di calibrazione dettagliato. Si tratta di una fase importante della produzione, in quanto garantisce che il sistema mantenga un comportamento costante ottimale e fornisca continuamente dati accurati in tutte le condizioni ambientali, anche le più difficili.
Alla SBG, lo specifico processo di qualificazione interno garantisce lo stesso livello di prestazioni per tutta la durata di vita, senza derive significative. Una volta calibrati, i sensori inerziali vengono sottoposti a un rigoroso processo di screening, eliminando tutti i sensori che non soddisfano le specifiche, in modo che i professionisti possano contare su misurazioni coerenti durante le loro missioni.
2 – Misura del beccheggio: scegliere il sensore in base allo stato del mare
Se il sensore inerziale miniaturizzato di SBG chiamato Ellipse fornisce un'onda precisa di 5 cm in tempo reale che si adatta automaticamente al periodo d'onda, lo fa su un periodo d'onda limitato. Per consentire missioni in cui le frequenze d'onda sono maggiori o più complesse, i prodotti SBG di livello superiore sono dotati di una funzione di ondulazione ritardata che consente di ottenere un'ondulazione precisa di 2 cm calcolata in tempo reale, con un piccolo ritardo.
3 - Ricevitore GNSS multicostellazione e correzioni
I nuovi ricevitori GNSS entry-level utilizzano ora GPS, Glonass, Beidou e Galileo, migliorando la disponibilità dei satelliti nelle aree a bassa copertura. Se la posizione metrica non è sufficiente per lo studio, i sistemi di fascia alta raggiungono una posizione in tempo reale di 5 cm grazie alle correzioni PPP.
Questa tecnologia è in continua evoluzione per offrire soluzioni più accessibili e semplici. L'RTK, che fornisce una posizione centimetrica, è ancora la soluzione di posizionamento più accurata in prossimità della costa. Se i dati non sono richiesti in tempo reale, è possibile ottenere una precisione ancora maggiore utilizzando un software di post-elaborazione.
4 – Quale soluzione di heading quando la dinamica è bassa o la missione è condotta vicino a un polo?
In base alla nostra esperienza, la maggior parte delle applicazioni oceanografiche evidenzia l'importanza di disporre di un INS a doppia antenna (cioè che utilizza due antenne sullo stesso ricevitore GNSS ).
In effetti, questo tipo di sensore inerziale utilizza due antenne GNSS per fornire posizione, velocità e un angolo di rotta reale valido anche quando si è fermi o a dinamiche molto basse, contrariamente a quanto avviene con il GPS a singola antenna. Inoltre, fornisce una direzione reale in qualsiasi situazione senza essere influenzata da disturbi magnetici o dalla rotazione terrestre, come invece accadrebbe con un magnetometro e una girobussola. Si tratta di una caratteristica fondamentale, in particolare per gli studi in corso e le missioni ai poli.
Alla SBG abbiamo appena lanciato Ellipse di terza generazione, un INS a doppia frequenza e doppia antenna di 17 grammi con funzionalità di alto livello, che lo rendono una soluzione ideale per l'oceanografia.
5 – Integrazione Semplice e Supporto Tecnico
È possibile integrare facilmente i sensori inerziali in qualsiasi progetto navale. Ciò è possibile grazie alla loro compatibilità con numerosi software e protocolli industriali (più di 90 messaggi diversi presso SBG). Vengono inoltre forniti driver ROS per una facile integrazione su piattaforme autonome.
Quando si sceglie un sensore, non ci si deve concentrare solo sulla scheda tecnica, ma anche sul supporto dell'azienda durante e dopo l'integrazione.
La reattività e la pertinenza del supporto sono fondamentali per il successo del progetto. Il rilevamento inerziale e la navigazione sono una disciplina che tiene conto di molti parametri. L'apprendimento di alcuni fondamenti attraverso la formazione potrebbe anche cambiare la velocità di sviluppo del progetto.
Abbiamo visto come i nuovi sensori miniaturizzati come l'Ellipse si adattino alla maggior parte delle applicazioni oceanografiche. L INSGNSS di fascia alta compensa i vari strumenti su navi completamente attrezzate che integrano diversi tipi di strumenti.
SoluzioneNavsight di SBG Systems
SBG Systems fornisce la soluzione Navsight Marine, dotata di un'unità di misura inerziale con prestazioni di rollio/inclinazione da 0,02° a 0,007°.
Navsight, una robusta unità di elaborazione, integra intelligenza di fusione, un ricevitore GNSS di livello survey, un data logger e varie opzioni di connettività.
Questa soluzione avanzata è adatta a intere flotte di navi dedicate all'oceanografia. Per esempio, per compensare strumenti come gli ecoscandagli multibeam.
Per qualsiasi tipo di applicazione, scegliere un sensore inerziale è come scegliere un partner per lo sviluppo del progetto. Speriamo che questi consigli vi aiutino a portare al successo le vostre future integrazioni.
L'articolo completo è stato pubblicato su Marine Technology Reporter, edizione di febbraio. "Compensazione del movimento e posizione: Ruolo e caratteristiche importanti da verificare nella scelta di un sensore inerziale".