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惯性传感器在船舶运动测量中的应用

文章出处:新闻动态 责任编辑:百世精工科技 发表时间:2023-05-18 10:40:09
  
  

一、实时船舶运动

      除了 EKF,SBG Systems 惯性传感器还计算来自加速度计二重积分的 50Hz 船舶运动数据。由于这种双重积分会因方向误差或传感器偏差而产生漂移,因此获得稳定输出的最佳方法是使用高通滤波器设计,以消除运动中的任何恒定分量。


      此外,自动过滤器调整可确保在长达 25 秒的膨胀周期内获得适当的行为。


      由于采用高通滤波器设计,在静态条件下,起伏、浪涌和摇摆数据将始终归零。


      如果执行了一个步骤,起伏输出将显示该步骤,然后将平稳地返回到零。一个步骤后输出可能需要几分钟才能稳定下来。


      1、膨胀模式

      在高性能产品上,可以根据海况启用膨胀模式,以优化升沉算法性能。此模式以智能方式将 GNSS 信息与加速度计融合,以限制升沉算法固有的相位和幅度误差。这种模式在较高振幅涌浪条件下特别有效。


      系统根据海况自动确定最佳的升沉计算模式。


二、延迟升沉

      延迟升沉算法可用于更高等级的装置(例如 Ekinox 和 Apogee),它利用过去的测量值来大大提高升沉性能。在实时起伏操作中观察到的常见相位误差得到无缝校正,过滤器将在长涌浪周期条件下提供更好的性能。


      延迟升沉算法具有 150 秒的固定延迟。输出消息具有与实时船舶运动模式相同的格式,并且可以使用时间戳来正确确定船舶运动数据的日期。


      该算法非常适合不需要严格实时操作的应用程序,例如海底测绘。在延迟的升沉数据变得可用之前,实时升沉操作仍然可用以获得第一升沉估计。


      1、时间考虑

      由于延迟升沉是一种延迟算法,因此该装置必须在执行实际测量路径之前至少 5 分钟和在执行实际测量路径后 3 分钟保持正常运行条件下的开启状态,以实现完整的数据采集


      2、延迟浪涌和摇摆?

      在此延迟升沉输出中仅提供垂直船舶运动(升沉)。此操作模式下不提供浪涌和摇摆。



三、旋转中心和驱逐波浪操作

      在分析升沉运动时,我们可以发现部分升沉运动是由于容器旋转引起的。


      此部分因位置而异,并在旋转中心处取消。另一部分以恒定的方式影响整个容器。


      下图显示了旋转在船上不同位置引起的升沉的影响:

旋转在船上不同位置引起的升沉的影响

      通常,在船舶旋转中心计算时,升沉计算是最准确的,因为传感器测量的运动比船舶上其他任何地方都少。


      然而,SBG Systems 设计了特定的算法,考虑了旋转中心的杠杆臂(主杠杆臂),以便即使在将传感器放置在远离该位置的情况下也能获得最佳的起伏性能。此算法要求您在传感器设置中正确测量和输入主杠杆臂。因此,建议将传感器放置在尽可能靠近监测点的位置(即靠近声纳头)。


      对于大型船舶或长主杠杆臂(例如 10 米或以上),如果应提供升沉测量,我们建议将惯性传感器保持在靠近旋转中心的位置。


      当关注点不在 IMU 位置时,可以配置一个或多个外部杠杆臂将升沉测量值传送到那些监测点。


      IMU 失调

      当船静止时,IMU 惯性测量单元与船只的未对准应通过机械设计或软件配置进行精确计算,以便在次要点上提供一致的升沉值。


四、提升高度

      在海洋测量行业中,经常存在使用升沉输出还是卡尔曼滤波高度输出的问题。在良好的 GNSS 条件下,RTK 高度可以非常精确并简化设置,因为测量员不需要为潮汐补偿而烦恼。然而,即使与惯性传感器融合,RTK 高度也可能在困难的 GNSS 环境(例如过桥)的情况下受到干扰。


      另一方面,升沉算法允许精确的相对测量,在困难的 GNSS 条件下没有特定的错误。然而,由于需要潮汐补偿,使用起来更复杂。增强型高度模式算法通过将升沉输出与 RTK 高度合并,充分利用这两个世界,在良好和具有挑战性的 GNSS 条件下提供准确和绝对的高度测量。


      该算法只能与海洋运动剖面一起使用,并与具有固定载波模糊度的精确位置(如 RTK 或 PPP)结合使用。如果需要,可以禁用此增强海拔模式。


五、相关惯性传感器的产品型号

        •3DMGX5-IMU惯性测量单元传感器

        •3DM-CX5-IMU高性能惯性测量单元传感器

        •3DMCV5-IMU惯性测量单元传感器

        •3DMCV7-AR惯性测量单元 (IMU) 和垂直参考单元 (VRU)

        •3DMCX5-AR高性能倾斜/垂直参考单元传感器

        •3DMGQ7-GNSS/INS辅助惯性导航系统

        •3DMGX5-GNSS/INS辅助惯性导航系统

        •3DMCX5-GNSS/INS高性能GNSS 导航传感器

        •3DM-RQ1-45 GPS/INS战术级导航传感器。


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