Bewegungskompensation und Position bezieht sich auf die Fähigkeit eines Systems, typischerweise unter Einbeziehung von Sensoren oder Geräten, Bewegungen anzupassen oder zu kompensieren, um genaue Positionsinformationen zu erhalten. Diese Kompensation gewährleistet zuverlässige und konsistente Positions- und Orientierungsdaten trotz externer Bewegungen oder Störungen.
Bewegungskompensation und Positionierung: Wählen Sie den richtigen Inertialsensor
Die Ozeanographie spielt eine entscheidende Rolle angesichts der heutigen ökologischen Herausforderungen wie Klimawandel, Umweltverschmutzung und Ökologie. Ozeanographen verlassen sich auf sich schnell entwickelnde Technologien für eine höhere Leistung, die für das Verständnis und die Lösung von Herausforderungen entscheidend ist.
Seit über 15 Jahren stellen wir Inertialnavigationssysteme für die Schifffahrtsindustrie her. Wir erklären Ihnen, was Inertialnavigationssysteme sind und wie sie eingesetzt werden. Darüber hinaus werden wir die wichtigsten Parameter hervorheben, die für die Auswahl eines MRU oder INS/GNSS für die Bewegungskompensation und die präzise Positionsverfolgung von ozeanographischen Instrumenten entscheidend sind.
Ihr Partner für präzise Bewegungs- und Navigationsmessungen
Ein Inertialnavigationssystem, auch INS genannt, ist ein Navigationsgerät, das Roll-, Nick-, Gierwinkel, Position, Geschwindigkeit und Seegang liefert. Es besteht aus verschiedenen Elementen: Eine Inertial Measurement Unit (IMU), die das Herzstück des INS bildet, ein Mikroprozessor und ein GPS/GNSS-Empfänger.
Die IMU enthält 3 Beschleunigungsmesser, 3 Gyroskope und, je nach Anforderung an den Kurs, 3 Magnetometer. Sie misst Euler-Winkel über 3 Achsen durch Drehung, um Nick-, Roll- und Gierwinkel zu bestimmen. Der Mikroprozessor führt einen verbesserten Onboard Extended Kalman Filter (EKF) aus, um Inertialdaten in Echtzeit mit GNSS zu verschmelzen, falls Position, Geschwindigkeit oder GNSS-basierter Kurs erforderlich sind. Darüber hinaus liefern einige INS auch Seegangs- und Wellenmessdaten für alle ozeanographischen Aufgaben und Missionen.
Ozeanographen verwenden viele verschiedene Instrumente, um verschiedene Elemente wie Umweltparameter (z. B. Salzgehalt), Sedimentologie oder Strömung zu messen. Dazu gehören Inertialnavigationssysteme, die die Instrumente oder die Bewegung der Plattform kompensieren.
Sie können auf verschiedenen Arten von Plattformen installiert werden, wie z. B. Bojen, Schiffen, Oberflächen- oder Unterwassersystemen (USV, ROV oder AUVs), wodurch Größe, Stromverbrauch und Gehäuse zu entscheidenden Faktoren bei der Wahl der Lösung werden, aber nicht nur. Im Folgenden finden Sie 5 nützliche Tipps, die Sie bei der Auswahl eines Inertialsensors beachten sollten.
1 – Wie kann man Robustheit und Datenwiederholbarkeit überprüfen?
Da Trägheitssensoren in Plattformen eingebettet sind, die monatelang auf See bleiben können, ist die Robustheit der Sensoren entscheidend. Aus diesem Grund profitieren alle MRU und INS von SBG Systems von einem individuellen High-End-Kalibrierungsverfahren mit mehrachsigen Drehtischen und Temperaturkammern.
Jeder Sensor wird einer umfassenden Kalibrierung von -40 °C bis 85 °C unterzogen und wird mit einem detaillierten Kalibrierungsbericht geliefert. Dies ist ein wichtiger Schritt in der Produktion, da er sicherstellt, dass das System ein optimales, konstantes Verhalten beibehält und unter allen Umgebungsbedingungen, selbst unter den härtesten, kontinuierlich genaue Daten liefert.
Bei SBG garantiert der spezifische, interne Qualifizierungsprozess über die gesamte Lebensdauer das gleiche Leistungsniveau ohne nennenswerte Drift. Nach der Kalibrierung durchlaufen die Trägheitssensoren einen strengen Screening-Prozess, bei dem alle Sensoren aussortiert werden, die die Spezifikationen nicht erfüllen, sodass sich Fachleute bei ihren Einsätzen auf konsistente Messungen verlassen können.
2 – Seegangsmessung: Wählen Sie den Sensor entsprechend dem Seegang aus
Wenn der Miniatur-Inertialsensor Ellipse von SBG einen genauen Echtzeit-Seegang von 5 cm liefert, der sich automatisch an die Wellenperiode anpasst, geschieht dies in einem begrenzten Wellenbereich. Um Einsätze zu ermöglichen, bei denen die Wellenfrequenzen größer oder komplexer sind, verfügen höherwertige SBG-Produkte über eine Funktion für verzögerten Seegang, die zu einem auf 2 cm genauen Seegang in Echtzeit mit einer geringen Verzögerung führt.
3 – Multi-Constellation GNSS Receiver und Korrekturen
Die neuen GNSS-Empfänger der Einstiegsklasse nutzen jetzt GPS, Glonass, Beidou und Galileo, was die Satellitenverfügbarkeit in Gebieten mit geringer Abdeckung verbessert. Wenn eine metrische Position für die Studie nicht ausreicht, erreichen High-End-Systeme dank PPP-Korrekturen eine Echtzeitposition von 5 cm.
Diese Technologie entwickelt sich ständig weiter, um erschwinglichere und einfachere Lösungen anzubieten. RTK, das eine zentimetergenaue Position liefert, ist nach wie vor die genaueste Positionierungslösung in Küstennähe. Wenn Daten nicht in Echtzeit benötigt werden, ist mit einer Post-Processing-Software eine noch höhere Präzision möglich.
4 – Welche Kurslösung bei geringer Dynamik oder bei Missionen in der Nähe eines Pols?
Unserer Erfahrung nach betonen die meisten ozeanographischen Anwendungen die Bedeutung eines Dualantennen-INS (d. h. eines INS, das zwei Antennen auf demselben GPS/GNSS-Empfänger verwendet).
In der Tat verwendet diese Art von Inertialsensor zwei GPS/GNSS-Antennen, um Position, Geschwindigkeit und einen rechtweisenden Kurs zu liefern, der auch im Stillstand oder bei sehr geringer Dynamik gültig ist, im Gegensatz zu einem Einzelantennen-GPS. Er liefert auch in jeder Situation einen rechtweisenden Kurs, ohne von magnetischen Störungen oder der Erdrotation beeinflusst zu werden, wie es bei einem Magnetometer und einem Kreiselkompass der Fall wäre. Dies ist ein entscheidendes Merkmal, insbesondere für Strömungsuntersuchungen und Missionen in den Polarregionen.
Bei SBG haben wir gerade die Ellipse-D der 3. Generation auf den Markt gebracht, ein 17 Gramm schweres Dualfrequenz- und Dualantennen-GNSS/INS mit High-End-Funktionen, das es zu einer idealen Lösung für die Ozeanographie macht.
5 – Einfache Integration und technischer Support
Sie können Inertialsensoren problemlos in jedes Marineprojekt integrieren. Dies ist dank ihrer Kompatibilität mit zahlreichen Industriesoftwares und -protokollen möglich (mehr als 90 verschiedene Nachrichten bei SBG). ROS-Treiber werden ebenfalls für eine einfache Integration auf autonomen Plattformen bereitgestellt.
Konzentrieren Sie sich bei der Auswahl eines Sensors nicht nur auf das Datenblatt, sondern auch auf den Support des Unternehmens während und nach der Integration.
Die Reaktionsfähigkeit und die Relevanz des Supports sind der Schlüssel zum Erfolg des Projekts. Die Inertialsensorik und -navigation ist eine Disziplin, die viele Parameter berücksichtigt. Das Erlernen einiger Grundlagen durch Schulungen könnte auch ein entscheidender Faktor für die schnelle Entwicklung des Projekts sein.
Wir haben gesehen, wie neue Miniatursensoren wie die Ellipse für die meisten ozeanographischen Anwendungen geeignet sind. High-End-INS/GNSS kompensiert verschiedene Instrumente auf voll ausgestatteten Schiffen, die verschiedene Instrumentenklassen integrieren.
SBG Systems Navsight Lösung
SBG Systems bietet die Navsight Marine Solution an, die eine Inertial Measurement Unit mit Roll/Pitch-Leistungsgraden von 0,02° bis 0,007° bietet.
Navsight, eine robuste Verarbeitungseinheit, integriert Fusionsintelligenz, einen GNSS-Empfänger in Vermessungsqualität, einen Datenlogger und verschiedene Konnektivitätsoptionen.
Diese fortschrittliche Lösung eignet sich gut für ganze Schiffsflotten, die der Ozeanographie gewidmet sind. Sie mussten Instrumente wie z. B. Fächerecholote kompensieren.
Für jede Art von Anwendung ist die Wahl eines Inertialsensors wie die Wahl eines Partners für die Entwicklung Ihres Projekts. Wir hoffen, dass diese Ratschläge dazu beitragen werden, Ihre zukünftigen Integrationen zum Erfolg zu führen.
Der vollständige Artikel erschien in der Februar-Ausgabe des Marine Technology Reporter. “Motion Compensation and Position: Role and Important Features to Check when Selecting an Inertial Sensor”