运动补偿和定位是指系统（通常涉及传感器或设备）调整或补偿运动以保持准确定位信息的能力。 这种补偿可在外部运动或干扰的情况下保持可靠且一致的位置和方向数据。
运动补偿和定位：选择合适的惯性传感器
在当今气候变化、污染和生态等环境挑战中，海洋学起着至关重要的作用。海洋学家依赖于快速发展的技术以获得更高的性能，这对于理解和解决挑战至关重要。
15 年多来，我们一直在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如何使用它们。此外，我们还将重点介绍选择 MRU 或 INS/GNSS 的关键参数，这些参数对于海洋仪器的运动补偿和精确定位至关重要。
您在精确运动和导航测量方面的盟友
惯性导航系统（INS）是一种导航设备，可提供横摇、纵倾、航向、位置、速度和升沉数据。它由各种元素组成：惯性测量单元 (IMU)，它是 INS 的核心，一个微处理器和一个 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 3 个磁力计。它通过旋转来确定俯仰、横摇和偏航，从而测量 3 个轴上的欧拉角。如果需要位置、速度或基于 GNSS 的航向，则微处理器运行增强的板载扩展卡尔曼滤波器 (EKF)，以实时融合惯性数据和 GNSS 数据。此外，一些 INS 还为所有海洋任务和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）、沉积学或海流。这包括惯性导航系统，它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的决定性因素，但不仅限于此。以下是选择惯性传感器时要检查的 5 个有用技巧。
1 – 如何检查稳健性和数据重复性？
由于惯性传感器嵌入在可以在海上停留数月的平台中，因此传感器的坚固性至关重要。这就是为什么所有 SBG Systems 的 MRU 和 INS 都受益于使用多轴旋转台和温度室的单独高端校准程序。
每个传感器都经过从 -40°C 到 85°C 的广泛校准，并附带详细的校准报告。这是生产中的一个重要步骤，因为它确保系统将保持最佳的恒定行为，并在所有环境条件下（即使是最恶劣的条件下）持续提供准确的数据。
在 SBG，特定的内部鉴定过程保证了在整个生命周期内具有相同的性能水平，而没有明显的漂移。校准后，惯性传感器会经过严格的筛选过程，移除所有不符合规格的传感器，以便专业人员可以在任务期间依靠一致的测量结果。
2 – 纵摇测量：根据海况选择传感器
如果 SBG 的微型惯性传感器 Ellipse 提供 5 厘米的精确实时升沉，该升沉会自动调整到波浪周期，那么它会在有限的波浪周期内这样做。为了允许波浪频率更大或更复杂的任务，更高级别的 SBG 产品配备了延迟升沉功能，从而产生在实时计算的精确到 2 厘米的升沉，但会稍有延迟。
3 – 多星座 GNSS 接收器和修正
新型入门级 GNSS 接收器现在使用 GPS、Glonass、北斗和 Galileo，从而提高了低覆盖区域的卫星可用性。如果米级定位精度不足以满足研究需求，则借助 PPP 修正，高端系统可实现 5 厘米的实时定位精度。
这项技术在不断发展，以提供更经济实惠和简单的解决方案。RTK（提供厘米级定位精度）仍然是靠近海岸时最精确的定位解决方案。如果不需要实时数据，则可以使用后处理软件实现更高的精度。
4 – 低动态或任务在靠近极点的位置进行时，采用何种航向精度解决方案？
根据我们的经验，大多数海洋应用都强调拥有双天线 INS（即在同一 GPS/GNSS 接收器上使用两个天线）的重要性。
事实上，这种惯性传感器使用两个 GPS/GNSS 天线来提供位置、速度和真实航向角，即使在静止或极低动态的情况下也有效，这与单天线 GPS 相反。它还在任何情况下提供真实航向，而不会受到磁干扰或地球自转的影响，而磁力计和电罗经则会受到影响。这是一个关键特性，尤其是在极地地区的洋流研究和任务中。
在 SBG，我们刚刚推出了第三代 Ellipse-D，这是一款 17 克的双频和双天线 GNSS/INS，具有高端功能，使其成为海洋应用的理想解决方案。
5 – 易于集成和技术支持
您可以轻松地将惯性传感器集成到任何海洋项目中。这得益于它们与众多行业软件和协议的兼容性（SBG 超过 90 种不同的消息）。还提供了 ROS 驱动程序，以便在自主平台上轻松集成。
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和之后的提供的支持。
支持的响应速度和相关性是项目成功的关键。惯性传感和导航是一门考虑许多参数的学科。通过培训学习一些基础知识也可能改变项目开发的效率。
我们已经看到像 Ellipse 这样的新型微型传感器如何适应大多数海洋应用。高端 INS/GNSS 可以补偿设备齐全的船只上的各种仪器，从而集成不同等级的仪器。
SBG Systems Navsight 解决方案
SBG Systems 提供 Navsight Marine 解决方案，该解决方案具有惯性测量单元，其横摇/纵倾性能等级从 0.02° 到 0.007°。
Navsight 是一个强大的处理单元，集成了融合智能、测量级 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整个海洋船队。他们需要补偿诸如多波束回声测深仪之类的仪器。
对于任何类型的应用，选择惯性传感器就像选择合作伙伴来开发您的项目。我们希望这些建议能帮助您未来的集成取得成功。
完整文章发表在《Marine Technology Reporter》二月刊上。“运动补偿和定位：选择惯性传感器时要检查的作用和重要特征”