La compensation de mouvement et la position font référence à la capacité d’un système, impliquant généralement des capteurs ou des dispositifs, à ajuster ou à compenser le mouvement afin de maintenir des informations de position précises. Cette compensation maintient des données de position et d’orientation fiables et cohérentes malgré les mouvements ou perturbations externes.
Compensation de mouvement et position : choisissez le bon capteur inertiel
L'océanographie joue un rôle crucial face aux défis environnementaux actuels tels que le changement climatique, la pollution et l'écologie. Les océanographes s'appuient sur des technologies en évolution rapide pour des performances supérieures, essentielles pour comprendre et résoudre les défis.
Depuis plus de 15 ans, nous fabriquons des systèmes de navigation inertielle pour l'industrie marine. Nous expliquerons ce que sont les systèmes de navigation inertielle et comment ils sont utilisés. De plus, nous mettrons en évidence les paramètres clés essentiels pour sélectionner un MRU ou un INS/GNSS pour la compensation de mouvement et le suivi précis de la position des instruments océanographiques.
Votre allié pour des mesures de mouvement et de navigation précises
Un système de navigation inertielle, également appelé INS, est un dispositif de navigation qui fournit le roulis, le tangage, le cap, la position, la vitesse et le pilonnement. Il est composé de divers éléments : une centrale de mesure inertielle (IMU), qui est le cœur de l'INS, un microprocesseur et un récepteur GPS/GNSS.
L'IMU intègre 3 accéléromètres, 3 gyroscopes et, selon les exigences de cap, 3 magnétomètres. Il mesure les angles d'Euler sur 3 axes en effectuant une rotation pour déterminer le tangage, le roulis et le lacet. Le microprocesseur exécute un filtre de Kalman étendu (EKF) embarqué amélioré pour fusionner en temps réel les données inertielles avec le GNSS si la position, la vitesse ou le cap basé sur le GNSS sont requis. De plus, certains INS fournissent également des données de pilonnement et de mesure des vagues pour toutes les tâches et missions océanographiques.
Les océanographes utilisent de nombreux instruments différents pour mesurer divers éléments tels que les paramètres environnementaux (la salinité par exemple), la sédimentologie ou le courant. Cela inclut les systèmes de navigation inertielle, qui compensent les instruments ou le mouvement de la plateforme.
Ils peuvent être installés sur différents types de plateformes telles que des bouées, des navires, des systèmes de surface ou sous-marins (USV, ROV ou AUV), ce qui fait de la taille, de la consommation d'énergie et du boîtier des facteurs déterminants lors du choix de la solution, mais pas seulement. Vous trouverez ci-dessous 5 conseils utiles à vérifier lors du choix d'un capteur inertiel.
1 – Comment vérifier la robustesse et la répétabilité des données ?
Comme les capteurs inertiels sont intégrés dans des plateformes qui peuvent rester en mer pendant des mois, la robustesse du capteur est cruciale. C'est pourquoi tous les MRU et INS de SBG Systems bénéficient d'une procédure d'étalonnage haut de gamme individuelle utilisant des tables rotatives multi-axes et des chambres de température.
Chaque capteur subit un étalonnage approfondi de -40ºC à 85°C et est livré avec un rapport d'étalonnage détaillé. Il s'agit d'une étape majeure de la production car elle garantit que le système maintiendra un comportement constant optimal et fournira des données précises en continu dans toutes les conditions environnementales, même les plus difficiles.
Chez SBG, le processus de qualification interne spécifique garantit le même niveau de performance pendant toute la durée de vie sans dérive significative. Une fois étalonnés, les capteurs inertiels passent par un processus de sélection rigoureux, supprimant tous les capteurs qui ne répondent pas aux spécifications afin que les professionnels puissent compter sur des mesures cohérentes pendant leurs missions.
2 – Mesure de la houle : choisissez le capteur en fonction de l'état de la mer
Si le capteur inertiel miniature de SBG appelé Ellipse fournit un pilonnement précis en temps réel de 5 cm qui s'ajuste automatiquement à la période de la vague, il le fait sur une période de vague limitée. Pour permettre des missions où les fréquences des vagues sont plus importantes ou plus complexes, les produits SBG de qualité supérieure sont dotés d'une fonction de pilonnement différé, ce qui donne un pilonnement précis à 2 cm calculé en temps réel, avec un léger retard.
3 – Récepteur GNSS multi-constellation et corrections
Les nouveaux récepteurs GNSS d'entrée de gamme utilisent désormais GPS, Glonass, Beidou et Galileo, ce qui améliore la disponibilité des satellites dans les zones à faible couverture. Si une position métrique n'est pas suffisante pour l'étude, les systèmes haut de gamme atteignent une position en temps réel de 5 cm grâce aux corrections PPP.
Cette technologie est en constante évolution pour offrir des solutions plus abordables et simples. Le RTK, qui fournit une position centimétrique, reste la solution de positionnement la plus précise à proximité de la côte. Si les données ne sont pas requises en temps réel, une précision encore plus élevée est possible grâce à un logiciel de post-traitement.
4 – Quelle solution de cap en cas de faible dynamique ou de mission menée près d'un pôle ?
D'après notre expérience, la plupart des applications océanographiques soulignent l'importance d'avoir un INS à double antenne (c'est-à-dire qu'il utilise deux antennes sur le même récepteur GPS/GNSS).
En effet, ce type de capteur inertiel utilise deux antennes GPS/GNSS pour fournir la position, la vitesse et un angle de cap réel valide, même à l'arrêt ou à très faible dynamique, contrairement au GPS à antenne unique. Il fournit également un cap réel dans toutes les situations sans être affecté par les perturbations magnétiques ou la rotation de la Terre, contrairement à un magnétomètre et un gyrocompas. Il s'agit d'une caractéristique essentielle, en particulier pour les études de courant et les missions aux pôles.
Chez SBG, nous venons de lancer l' Ellipse-D de 3ème génération, un GNSS/INS bi-fréquence et bi-antenne de 17 grammes doté de fonctionnalités haut de gamme, ce qui en fait une solution idéale pour l'océanographie.
5 – Intégration facile et support technique
Vous pouvez facilement intégrer des capteurs inertiels dans n'importe quel projet marin. Ceci est possible grâce à leur compatibilité avec de nombreux logiciels et protocoles industriels (plus de 90 messages différents chez SBG). Des pilotes ROS sont également fournis pour une intégration facile sur les plateformes autonomes.
Lors du choix d'un capteur, concentrez-vous non seulement sur la fiche technique, mais également sur le support de l'entreprise pendant et après l'intégration.
La réactivité et la pertinence du support sont essentielles au succès du projet. La détection et la navigation inertielles sont une discipline qui prend en compte de nombreux paramètres. L'apprentissage de certains principes fondamentaux grâce à une formation pourrait également changer la donne en termes de rapidité de développement du projet.
Nous avons vu comment les nouveaux capteurs miniatures comme l' Ellipse s'adaptent à la plupart des applications océanographiques. L'INS/GNSS haut de gamme compense divers instruments sur des navires entièrement équipés intégrant différents niveaux d'instruments.
Solution Navsight de SBG Systems
SBG Systems propose la solution Navsight Marine, dotée d'une centrale de mesure inertielle avec des niveaux de performance de roulis/tangage allant de 0,02° à 0,007°.
Navsight, une unité de traitement robuste, intègre l'intelligence de fusion, un récepteur GNSS de qualité topographique, un enregistreur de données et diverses options de connectivité.
Cette solution avancée est bien adaptée à des flottes entières de navires dédiés à l'océanographie. Ils avaient besoin de compenser des instruments tels que les échosondeurs multibeam, par exemple.
Pour tout type d'application, choisir un capteur inertiel, c'est comme choisir un partenaire pour développer votre projet. Nous espérons que ces conseils vous aideront à mener à bien vos futures intégrations.
L'article complet a été publié dans Marine Technology Reporter, édition de février. “Compensation de mouvement et position : rôle et caractéristiques importantes à vérifier lors de la sélection d'un capteur inertiel”