Compensação de movimento e posição refere-se à capacidade de um sistema, normalmente envolvendo sensores ou dispositivos, de ajustar ou compensar o movimento, a fim de manter informações de posição precisas. Essa compensação mantém dados de posição e orientação confiáveis e consistentes, apesar do movimento ou distúrbios externos.
Compensação de Movimento e posição: Escolha o sensor inercial certo
A oceanografia desempenha um papel crucial nos desafios ambientais atuais, como as alterações climáticas, a poluição e a ecologia. Os oceanógrafos confiam em tecnologias em rápida evolução para obter maior desempenho, o que é fundamental para compreender e resolver os desafios.
Há mais de 15 anos, fabricamos sistemas de navegação inercial para a indústria marítima. Explicaremos o que são os sistemas de navegação inercial e como são utilizados. Além disso, destacaremos os principais parâmetros cruciais para selecionar um MRU ou INS/GNSS para compensação de movimento e rastreamento preciso da posição de instrumentos oceanográficos.
Seu aliado para medições precisas de movimento e navegação
Um Sistema de Navegação Inercial, também chamado de INS, é um dispositivo de navegação que fornece roll, pitch, heading, posição, velocidade e heave. É composto por vários elementos: Uma Unidade de Medição Inercial (IMU), que é o núcleo do INS, um microprocessador e um receptor GPS/GNSS.
A IMU incorpora 3 acelerômetros, 3 giroscópios e, dependendo do requisito de heading, 3 magnetômetros. Ele mede os ângulos de Euler em 3 eixos girando para determinar pitch, roll e yaw. O microprocessador executa um Filtro de Kalman Estendido (EKF) integrado aprimorado para fundir em tempo real dados inerciais com GNSS, se posição, velocidade ou heading baseado em GNSS forem necessários. Além disso, alguns INS também fornecem dados de medição de heave e ondas para todas as tarefas e missões oceanográficas.
Os oceanógrafos usam muitos instrumentos diferentes para medir vários elementos, como parâmetros ambientais (salinidade, por exemplo), sedimentologia ou corrente. Isso inclui Sistemas de Navegação Inercial, que compensam os instrumentos ou o movimento da plataforma.
Eles podem ser instalados em diferentes tipos de plataformas, como boias, embarcações, sistemas de superfície ou subaquáticos (USV, ROV ou AUVs), tornando o tamanho, o consumo de energia e o invólucro fatores determinantes na escolha da solução, mas não apenas. Abaixo estão 5 dicas úteis para verificar ao escolher um sensor inercial.
1 – Como verificar a robustez e a repetibilidade dos dados?
Como os sensores inerciais são incorporados em plataformas que podem permanecer no mar por meses, a robustez do sensor é crucial. É por isso que todos os MRU e INS da SBG Systems se beneficiam de um procedimento de calibração individual de alta qualidade, usando mesas rotativas multi-eixos e câmaras de temperatura.
Cada sensor passa por uma extensa calibração de -40ºC a 85°C e vem com um relatório de calibração detalhado. É uma etapa importante na produção, pois garante que o sistema manterá um comportamento constante ideal e fornecerá dados precisos continuamente em todas as condições ambientais, mesmo nas mais adversas.
Na SBG, o processo de qualificação interno específico garante o mesmo nível de desempenho ao longo da vida útil, sem desvios significativos. Quando calibrados, os sensores inerciais passam por um rigoroso processo de triagem, removendo todos os sensores que não atendem às especificações, para que os profissionais possam contar com medições consistentes durante suas missões.
2 – Medição de Heave: Escolha o Sensor Dependendo do Estado do Mar
Se o sensor inercial em miniatura da SBG chamado Ellipse fornecer uma ondulação (heave) em tempo real precisa de 5 cm que se ajusta automaticamente ao período da onda, ele o faz em um período de onda limitado. Para permitir missões onde as frequências de onda são maiores ou mais complexas, os produtos SBG de nível superior vêm com um recurso de ondulação (heave) atrasada, resultando em uma ondulação (heave) precisa de 2 cm calculada em tempo real, com um pequeno atraso.
3 – Receptor GNSS Multi-Constelação e Correções
Os novos receptores GNSS de nível básico agora usam GPS, Glonass, Beidou e Galileo, melhorando a disponibilidade de satélites em áreas de baixa cobertura. Se a posição métrica não for suficiente para o estudo, os sistemas de ponta atingem 5 cm de posição em tempo real graças às correções PPP.
Esta tecnologia está em constante evolução para oferecer soluções mais acessíveis e simples. O RTK, que fornece posição centimétrica, ainda é a solução de posicionamento mais precisa quando perto da costa. Se os dados não forem necessários em tempo real, uma precisão ainda maior é possível usando um software de pós-processamento.
4 – Qual Solução de Heading Utilizar em Baixas Dinâmicas ou Missões Próximas a um Polo?
De acordo com nossa experiência, a maioria das aplicações oceanográficas destaca a importância de ter um INS de dupla antena (ou seja, que usa duas antenas no mesmo receptor GPS/GNSS).
De fato, este tipo de sensor inercial usa duas antenas GPS/GNSS para fornecer posição, velocidade e um ângulo de direção verdadeiro que é válido, mesmo quando estacionário ou em dinâmicas muito baixas, ao contrário do GPS de antena única. Ele também fornece direção verdadeira em qualquer situação, sem ser afetado por distúrbios magnéticos ou pela rotação da Terra, como seria um magnetômetro e uma girobússola. É um recurso crítico, particularmente para estudos e missões atuais nos polos.
Na SBG, acabamos de lançar o Ellipse-D de 3ª geração, um GNSS/INS de dupla frequência e dupla antena de 17 gramas com funcionalidades de ponta, tornando-o uma solução ideal para oceanografia.
5 – Integração Facilitada e Suporte Técnico
Você pode integrar facilmente sensores inerciais em qualquer projeto marítimo. Isso é possível graças à sua compatibilidade com inúmeros softwares e protocolos do setor (mais de 90 mensagens diferentes na SBG). Os drivers ROS também são fornecidos para facilitar a integração em plataformas autônomas.
Ao escolher um sensor, concentre-se não apenas na folha de dados, mas também no suporte da empresa durante e após a integração.
A capacidade de resposta e a pertinência do suporte são fundamentais para o sucesso do projeto. A detecção e navegação inercial é uma disciplina que leva em consideração muitos parâmetros. Aprender alguns fundamentos por meio de treinamento também pode mudar o cenário na rapidez do desenvolvimento do projeto.
Vimos como novos sensores em miniatura, como o Ellipse, se encaixam na maioria das aplicações oceanográficas. O INS/GNSS de alta qualidade compensa vários instrumentos em embarcações totalmente equipadas, integrando diferentes classes de instrumentos.
Solução Navsight da SBG Systems
A SBG Systems fornece a Solução Marinha Navsight, apresentando uma Unidade de Medição Inercial com graus de desempenho de roll/pitch de 0,02° a 0,007°.
O Navsight, uma unidade de processamento robusta, integra inteligência de fusão, um receptor GNSS de nível de levantamento, um registrador de dados e várias opções de conectividade.
Esta solução avançada é adequada para frotas inteiras de embarcações dedicadas à oceanografia. Elas precisavam compensar instrumentos como ecobatímetros multifeixe, por exemplo.
Para qualquer tipo de aplicação, escolher um sensor inercial é como escolher um parceiro para desenvolver seu projeto. Esperamos que estes conselhos ajudem a trazer sucesso às suas futuras integrações.
O artigo completo foi publicado na Marine Technology Reporter, edição de fevereiro. “Compensação de Movimento e Posição: Papel e Características Importantes a Verificar ao Selecionar um Sensor Inercial”