垂直参考单元 (VRU) 测量相对于真实垂直方向的俯仰和横滚（船舶横向和纵向轴周围的角运动）。它通过提供船舶姿态的精确测量，在现代海洋和离岸作业中发挥着关键作用。在诸如公海之类的动态环境中，由于波浪、风和水流，船舶不断移动，因此准确的垂直参考数据对于稳定性控制、运动补偿和导航系统完整性至关重要。
VRU 作为各种海事系统中的基本组件，包括动态定位 (DP)、水文测量、遥控水下航行器 (ROV) 和海上起重机作业。
VRU 通常由集成到惯性测量单元 (IMU) 中的三轴加速度计和陀螺仪组成。通过组合加速度和角速度数据，VRU 计算船舶相对于本地垂直方向的姿态（特别是横摇角和俯仰角）。这些测量用于校正定位、传感器读数和控制信号。例如，在水文测量中，安装在移动船舶上的回声测深仪必须考虑俯仰和横摇运动，才能准确测量海底深度。如果没有 VRU 数据，此类测量会因船舶的运动而失真。
垂直参考单元的多种用途
在动态定位系统中，VRU是不可或缺的。DP系统依靠传感器网络，通过推进器自动保持船舶的位置和航向精度。VRU向控制系统发送实时的横摇和纵倾数据。控制系统使用这些数据来校正船舶的运动，从而帮助船舶在波浪、风或水流中保持稳定的位置。此功能在石油钻井平台、风力发电场附近以及水下作业期间至关重要。在这些区域，即使是微小的移动也可能造成严重的风险。精确的垂直参考数据可确保DP系统正确响应，以保持平衡和定位。
ROV和自主水下航行器 (AUV) 也受益于VRU的使用。这些设备通常在GNSS不可用的深水区域执行诸如管道检测、水下测绘或维修等任务。VRU提供重要的姿态信息，有助于控制机载导航和稳定系统。结合惯性导航系统 (INS) 和多普勒计程仪 (DVL)，VRU使这些水下平台能够在GNSS受限的环境中有效运行。
海上起重机和舷梯也严重依赖垂直参考信息。在海上建设中，即使安装在移动平台上，起重机也必须安全、准确地运行。VRU帮助控制系统了解船舶的横摇和纵倾如何影响起重机的位置，从而实现实时的运动补偿。这确保了安全的负载处理，并最大限度地降低了摆动或不受控制的运动风险。同样，用于在船舶和平台之间转移人员的运动补偿舷梯也使用VRU数据来保持稳定的通道，从而不受船舶运动的影响。
精确的船舶和海上运动补偿
VRU 的精度和可靠性取决于其惯性传感器的质量及其内部滤波算法。高性能 VRU 使用战术级 MEMS（微机电系统）陀螺仪和加速度计，具有精确的温度补偿和出厂校准。先进的 卡尔曼滤波技术融合原始传感器数据，以最大限度地减少漂移和噪声，即使在恶劣的海况下也能确保稳定的输出。许多 VRU 还集成了 GNSS 接收器或接受 GNSS 输入，以进一步提高姿态精度和稳定性。
校准和安装对于获得最佳 VRU 性能至关重要。船舶集成商必须将设备牢固地安装在靠近船舶旋转中心的位置。此位置有助于减少角位移误差。与船舶坐标系正确对齐对于确保准确的数据解释也至关重要。定期维护和校准检查有助于保持长期性能和可靠性，尤其是在需要高精度结果的应用中。
随着海事作业变得越来越自动化和注重安全，对紧凑、坚固和高精度 VRU 的需求持续增长。现代 VRU 旨在易于与导航系统、声纳设备、自动驾驶仪和运动参考单元 (MRU) 集成。其轻巧、密封的设计非常适合安装在小型无人平台上，包括自主水面舰艇 (ASV)，这些平台越来越依赖准确的运动数据来实现导航和任务成功。
垂直参考单元是船舶运动传感中的基本元件，用于测量和分析水中的运动。VRU 实时准确地测量横摇和纵倾。它可以实现精确控制并提高操作安全性。它还可以确保可靠的数据收集。操作员在动态定位、水文测量和起重机操作中使用它。无人系统也依赖 VRU 来实现稳定性和准确性。VRU 提高了恶劣海洋条件下的效率和安全性。随着海上作业的增长，对垂直参考数据的需求也在增加。先进的技术使 VRU 在海上变得更加重要。