Die Motion Reference Unit (MRU) ist ein Sensorsystem, das entwickelt wurde, um die dynamischen Bewegungen eines Objekts zu messen und zu melden, insbesondere in Schiffs- und Luftfahrtumgebungen. Diese Einheiten liefern Daten zu Roll-, Nick- und Hubbewegungen, die für Navigation, Stabilisierung und betriebliche Effizienz entscheidend sind. MRUs nutzen fortschrittliche Sensortechnologien, um hochpräzise Bewegungsdaten in Echtzeit zu liefern.
Diese Geräte finden Anwendung in verschiedenen Schiffen, darunter Schiffe und Flugzeuge, sowie in industriellen Plattformen, wo sie zur Aufrechterhaltung der Betriebssicherheit unter Bedingungen ständiger Bewegung beitragen.
Eine MRU wird manchmal auch als Attitude & Heading Reference System (AHRS) oder Vertical Reference Unit (VRU) bezeichnet, dient aber unterschiedlichen Zwecken. Ein AHRS liefert eine vollständige 3D-Orientierung, einschliesslich der Richtung, und wird von Ingenieuren häufig für die Navigation verwendet. Eine Motion Reference Unit konzentriert sich auf die Bewegungsdynamik, insbesondere auf vertikale Bewegungen wie z. B. Stampfen. Sie wird häufig von Bedienern zur Schiffsstabilisierung und Bewegungskompensation eingesetzt.
Zur Optimierung der Hubkompensation:
- Platzieren Sie den Sensor in der Nähe des Rotationszentrums und definieren Sie den interessierenden Punkt eindeutig, z. B. durch die direkte Montage auf dem MBES-Sonar unter Verwendung eines “Monitoring Point”. Beachten Sie, dass nur Stampfbewegungsmessungen übertragen werden können; Schwojen und Rollen müssen weiterhin an der IMU gemessen werden.
- Alternativ können Sie den Sensor an einem besser zugänglichen Ort oder näher am интересующем Punkt positionieren. Konfigurieren Sie dann ordnungsgemäß den Main Lever Arm (COR) und den Überwachungspunkt.
Technologien hinter MRUs
Die grundlegende Komponente einer MRU ist die Inertial Measurement Unit (IMU), die Gyroskope und Beschleunigungsmesser umfasst. Gyroskope sind Instrumente, die Drehungen um verschiedene Achsen erkennen und präzise Winkelgeschwindigkeitsdaten liefern.
High-End-MRUs verwenden häufig Faseroptik- oder Ringlasergyroskope, um optimale Stabilität und Präzision zu gewährleisten. Beschleunigungsmesser sind in der Lage, lineare Beschleunigungen zu messen und so die Verfolgung von Bewegungen entlang der X-, Y- und Z-Achse zu ermöglichen. Die Mehrzahl der MRUs integriert auch die GNSS-Technologie, um die Positionsgenauigkeit und -stabilität zu verbessern.
RTK- und differentielle GNSS-Korrekturen verfeinern die Bewegungsverfolgung zusätzlich, indem sie Signalfehler reduzieren. Die Verwendung fortschrittlicher Datenfusionsalgorithmen durch eine Motion Reference Unit ist entscheidend für die Konsolidierung von Sensoreingaben zu einer einheitlichen, kohärenten Ausgabe. Kalman-Filter entfernen Rauschen und verbessern die Messgenauigkeit über alle Bewegungsparameter hinweg.
Sensorfusionsalgorithmen kombinieren Gyroskop-, Beschleunigungsmesser- und GNSS-Daten, um eine zuverlässigere Bewegungsverfolgung zu gewährleisten.
Anwendungen von Motion Reference Units
In maritimen Anwendungen hilft eine Motion Reference Unit, Schiffe zu stabilisieren und dynamische Positionierungssysteme zu verbessern. Darüber hinaus unterstützen sie die Rektifizierung der Schiffsbewegung bei hydrographischen Vermessungen und verbessern so die Präzision der Meeresbodenkartierung. In der Luft- und Raumfahrttechnik spielen MRUs eine zentrale Rolle bei der Steuerung von UAVs, der Stabilisierung von Flugzeugen und der Steuerung der Satellitenorientierung.
Die Offshore- und Subsea-Industrie setzt MRUs zur Führung von ROVs und zur Stabilisierung von Bohrplattformen ein. Im Bereich des Bauingenieurwesens spielen MRUs eine zentrale Rolle bei der Überwachung von strukturellen Bewegungen und der Führung von Präzisionsgeräten auf dynamischen Baustellen. Diese Einheiten arbeiten kontinuierlich und liefern so Daten, die Sicherheit, Genauigkeit und einen effizienten Betrieb unterstützen. Mit dem Fortschritt der Technologie werden sich MRUs oder VRUs weiterentwickeln, um die steigende Nachfrage nach präzisen Bewegungsdaten zu befriedigen.
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Was ist der Unterschied zwischen IMU und INS?
Der Unterschied zwischen einer Inertial Measurement Unit (IMU) und einem Inertial Navigation System (INS) liegt in ihrer Funktionalität und Komplexität.
Eine IMU (Inertial Measurement Unit) liefert Rohdaten über die lineare Beschleunigung und Winkelgeschwindigkeit des Fahrzeugs, gemessen durch Beschleunigungsmesser und Gyroskope. Sie liefert Informationen über Rollen, Nicken, Gieren und Bewegung, berechnet aber keine Positions- oder Navigationsdaten. Die IMU wurde speziell entwickelt, um wesentliche Daten über Bewegung und Orientierung zur externen Verarbeitung weiterzuleiten, um Position oder Geschwindigkeit zu bestimmen.
Auf der anderen Seite kombiniert ein INS (Inertial Navigation System) IMU-Daten mit fortschrittlichen Algorithmen, um die Position, Geschwindigkeit und Orientierung eines Fahrzeugs im Laufe der Zeit zu berechnen. Es beinhaltet Navigationsalgorithmen wie Kalman-Filterung für Sensorfusion und -integration. Ein INS liefert Echtzeit-Navigationsdaten, einschliesslich Position, Geschwindigkeit und Orientierung, ohne auf externe Positionierungssysteme wie GNSS angewiesen zu sein.
Dieses Navigationssystem wird typischerweise in Anwendungen eingesetzt, die umfassende Navigationslösungen erfordern, insbesondere in GNSS-verweigerten Umgebungen, wie z. B. militärische UAVs, Schiffe und U-Boote.
Inertiale Messeinheit
Definition der Inertialen Messeinheit:
Eine Inertial Measurement Unit (IMU) ist ein elektronisches Gerät, das die spezifische Kraft, die Winkelrate und manchmal das Magnetfeld eines Körpers mithilfe einer Kombination von Sensoren misst und meldet:
– Beschleunigungsmesser → messen die lineare Beschleunigung.
– Gyroskope → messen die Winkelgeschwindigkeit (Drehgeschwindigkeit).
– Magnetometer (optional) → messen die Ausrichtung relativ zum Erdmagnetfeld.
Durch die Verarbeitung dieser Daten liefert eine IMU Informationen über Orientierung, Geschwindigkeit und Bewegung. Sie wird häufig in Navigationssystemen (Luft- und Raumfahrt, Marine, Verteidigung, Robotik, Automobil usw.) eingesetzt, insbesondere in Umgebungen, in denen GPS-Signale nicht verfügbar oder unzuverlässig sind.