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慣性傳感器在船舶運動測量中的應用

文章出處：新聞動態(tài) 責任編輯：百世精工科技發(fā)表時間：2023-05-18 10:40:09

一、實時船舶運動

除了 EKF，SBG Systems 慣性傳感器還計算來自加速度計二重積分的 50Hz 船舶運動數(shù)據(jù)。由于這種雙重積分會因方向誤差或傳感器偏差而產(chǎn)生漂移，因此獲得穩(wěn)定輸出的最佳方法是使用高通濾波器設(shè)計，以消除運動中的任何恒定分量。

此外，自動過濾器調(diào)整可確保在長達 25 秒的膨脹周期內(nèi)獲得適當?shù)男袨椤?/p>

由于采用高通濾波器設(shè)計，在靜態(tài)條件下，起伏、浪涌和搖擺數(shù)據(jù)將始終歸零。

如果執(zhí)行了一個步驟，起伏輸出將顯示該步驟，然后將平穩(wěn)地返回到零。一個步驟后輸出可能需要幾分鐘才能穩(wěn)定下來。

1、膨脹模式

在高性能產(chǎn)品上，可以根據(jù)海況啟用膨脹模式，以優(yōu)化升沉算法性能。此模式以智能方式將 GNSS 信息與加速度計融合，以限制升沉算法固有的相位和幅度誤差。這種模式在較高振幅涌浪條件下特別有效。

系統(tǒng)根據(jù)海況自動確定最佳的升沉計算模式。

二、延遲升沉

延遲升沉算法可用于更高等級的裝置（例如 Ekinox 和 Apogee），它利用過去的測量值來大大提高升沉性能。在實時起伏操作中觀察到的常見相位誤差得到無縫校正，過濾器將在長涌浪周期條件下提供更好的性能。

延遲升沉算法具有 150 秒的固定延遲。輸出消息具有與實時船舶運動模式相同的格式，并且可以使用時間戳來正確確定船舶運動數(shù)據(jù)的日期。

該算法非常適合不需要嚴格實時操作的應用程序，例如海底測繪。在延遲的升沉數(shù)據(jù)變得可用之前，實時升沉操作仍然可用以獲得第一升沉估計。

1、時間考慮

由于延遲升沉是一種延遲算法，因此該裝置必須在執(zhí)行實際測量路徑之前至少 5 分鐘和在執(zhí)行實際測量路徑后 3 分鐘保持正常運行條件下的開啟狀態(tài)，以實現(xiàn)完整的數(shù)據(jù)采集。

2、延遲浪涌和搖擺？

在此延遲升沉輸出中僅提供垂直船舶運動（升沉）。此操作模式下不提供浪涌和搖擺。

三、旋轉(zhuǎn)中心和驅(qū)逐波浪操作

在分析升沉運動時，我們可以發(fā)現(xiàn)部分升沉運動是由于容器旋轉(zhuǎn)引起的。

此部分因位置而異，并在旋轉(zhuǎn)中心處取消。另一部分以恒定的方式影響整個容器。

下圖顯示了旋轉(zhuǎn)在船上不同位置引起的升沉的影響：

旋轉(zhuǎn)在船上不同位置引起的升沉的影響

通常，在船舶旋轉(zhuǎn)中心計算時，升沉計算是最準確的，因為傳感器測量的運動比船舶上其他任何地方都少。

然而，SBG Systems 設(shè)計了特定的算法，考慮了旋轉(zhuǎn)中心的杠桿臂（主杠桿臂），以便即使在將傳感器放置在遠離該位置的情況下也能獲得最佳的起伏性能。此算法要求您在傳感器設(shè)置中正確測量和輸入主杠桿臂。因此，建議將傳感器放置在盡可能靠近監(jiān)測點的位置（即靠近聲納頭）。

對于大型船舶或長主杠桿臂（例如 10 米或以上），如果應提供升沉測量，我們建議將慣性傳感器保持在靠近旋轉(zhuǎn)中心的位置。

當關(guān)注點不在 IMU 位置時，可以配置一個或多個外部杠桿臂將升沉測量值傳送到那些監(jiān)測點。

IMU 失調(diào)

當船靜止時，IMU 慣性測量單元與船只的未對準應通過機械設(shè)計或軟件配置進行精確計算，以便在次要點上提供一致的升沉值。

四、提升高度

在海洋測量行業(yè)中，經(jīng)常存在使用升沉輸出還是卡爾曼濾波高度輸出的問題。在良好的 GNSS 條件下，RTK 高度可以非常精確并簡化設(shè)置，因為測量員不需要為潮汐補償而煩惱。然而，即使與慣性傳感器融合，RTK 高度也可能在困難的 GNSS 環(huán)境（例如過橋）的情況下受到干擾。

另一方面，升沉算法允許精確的相對測量，在困難的 GNSS 條件下沒有特定的錯誤。然而，由于需要潮汐補償，使用起來更復雜。增強型高度模式算法通過將升沉輸出與 RTK 高度合并，充分利用這兩個世界，在良好和具有挑戰(zhàn)性的 GNSS 條件下提供準確和絕對的高度測量。

該算法只能與海洋運動剖面一起使用，并與具有固定載波模糊度的精確位置（如 RTK 或 PPP）結(jié)合使用。如果需要，可以禁用此增強海拔模式。