MEMS IMU prend en charge la navigation des robots sous-marins sans GPS

Les robots sous-marins autonomes sont devenus des équipements essentiels pour la recherche scientifique marine, le développement de l'énergie en mer, l'inspection de l'ingénierie sous-marine, la surveillance de l'environnement marin,et missions de défense sous-marinesContrairement aux véhicules aériens et terrestres sans pilote, les systèmes robotiques sous-marins fonctionnent dans des environnements marins uniques où les signaux GPS, GNSS et autres signaux de navigation par satellite ne peuvent pas pénétrer l'eau de mer.Cette panne de signal crée un goulot d'étranglement technique pour la robotique marine: réaliser une navigation continue, stable et de haute précision sans support de positionnement par satellite externe.

En tant que solution de navigation fiable,Unités de mesure de l'inertie MEMS (IMU MEMS)En surveillant en temps réel la vitesse angulaire tridimensionnelle et l'accélération linéaire,Les IMU MEMS permettent aux robots sous-marins de résoudre les problèmes d'attitudeEn combinaison avec une technologie de fusion de capteurs et d'algorithmes de navigation matures, les capteurs inertiels MEMS fournissent un système de capteurs compact, à faible consommation d'énergie et à faible charge.une solution de navigation rentable pour les véhicules autonomes, ROV, et divers véhicules sous-marins sans pilote.

La navigation sous-marine est beaucoup plus complexe que la navigation terrestre et aérienne en raison des limitations inhérentes à l'environnement marin.désactivation du positionnement GPS/GNSS conventionnel une fois que le véhicule sous-marin plongeEn outre, les robots sous-marins doivent faire face à des courants océaniques en constante évolution, à une faible visibilité sous-marine, à une pression d'eau variable et à l'absence de repères géographiques fixes.

PourVéhicules sous-marins autonomesetVéhicules à commande à distance (VOC), un contrôle précis de l'angle de direction, de la profondeur de plongée et de la position en temps réel est la prémisse de l'accomplissement des missions de base, y compris la cartographie topographique des fonds marins, l'inspection des structures sous-marines offshore,et collecte de données environnementalesDe minuscules erreurs de navigation cumulées réduiront directement la précision des données de détection, prolongeront les cycles de mission, et même provoqueront des déviations de positionnement du véhicule et un échec de la récupération sous-marine.

Une IMU MEMS intègre des gyroscopes et des accéléromètres MEMS miniatures de haute précision dans un capteur modulaire compact.Les doubles capteurs capturent continuellement les données de vitesse angulaire de rotation à trois axes et d'accélération linéaire, fournissant des informations de détection de mouvement en toutes dimensions requises pour la résolution de la navigation par inertie.

Pendant le fonctionnement sous-marin, l'IMU MEMS transmet des données de mouvement en temps réel au processeur de navigation embarqué.Le système résout de manière autonome l'angle d'orientation du robot sous-marin (rouleauL'ensemble du processus de navigation repose entièrement sur les données des capteurs embarqués, ne nécessitant aucune assistance de signal externe, ce qui permet d'obtenir une meilleure visibilité de la navigation.navigation continue en tout temps dans des environnements sous-marins où le GPS est interdit.

Bien que la navigation inertielle pure produise une légère accumulation d'erreurs avec le temps, elle fournit une estimation ininterrompue du mouvement à haute fréquence,qui constitue la garantie essentielle de l'exécution stable des missions de détection et d'enquête sous-marines à court et moyen terme.

Pour supprimer la dérive d'inertie et améliorer encore la stabilité de positionnement, les systèmes de navigation sous-marine modernes utilisent rarement les IMU MEMS indépendamment.la technologie de fusion multi-capteurs est adoptée pour compléter les avantages des différents dispositifs de détection, réalisant une navigation sous-marine de haute précision et de longue durée.

combinaisons de capteurs de soutien communes pour la navigation sous-marine MEMS IMU:

• Le log de vitesse Doppler (DVL)
• Capteurs de profondeur et de pression de haute précision
• Systèmes de positionnement acoustique sous-marins (USBL / LBL)
• Équipement de sonar multicouleurs et sonar d'imagerie
• Caméras d'acquisition visuelle sous-marines

Basé sur des algorithmes de fusion avancés représentés par le filtre Kalman étendu (EKF), le système fusionne les données inertielles à haute fréquence de l'IMU avec des données de correction à basse fréquence de DVL, d'acoustique,et capteurs de pressionIl supprime efficacement la dérive d'inertie, corrige les erreurs cumulatives,et permet aux robots sous-marins de maintenir un positionnement stable au niveau des centimètres et des décimètres lors de missions sous-marines à long cycle.

Par rapport aux appareils inertiels optiques traditionnels tels que les gyroscopes à fibre optique (FOG) et les gyroscopes laser à anneaux (RLG), les IMU MEMS présentent un emballage miniaturisé et un poids ultra-léger.Ils s'adaptent parfaitement à l'espace de chargement et d'installation limité des petits et moyens robots sous-marins, répondant aux exigences de conception légères des équipements modernes sous-marins sans pilote.

L'endurance de la batterie est le facteur clé limitant le temps de fonctionnement du robot sous-marin.réduire efficacement la charge de puissance globale du véhiculeIl améliore considérablement le temps de travail continu des AUV et des robots d'inspection sans augmenter le volume et le poids de la batterie.

Les IMU MEMS produisent en temps réel des données de roulement à haute fréquence, d'envergure et d'attitude de basculement.et les turbulences sous-marines, assurant un contrôle stable du corps et une précision constante des missions des robots sous-marins dans des environnements marins complexes.

Tout en maintenant des performances de navigation de qualité industrielle et marine, les unités de navigation interne MEMS ont des coûts de fabrication et d'application beaucoup plus faibles que les systèmes inertiels FOG et RLG haut de gamme.Ils fournissent une solution de navigation standardisée et fiable pour le déploiement de robots sous-marins commerciaux et industriels à grande échelle.

Les modules IMU MEMS modernes sont équipés d'interfaces de communication standard diversifiées qui peuvent être parfaitement assorties à des pilotes automatiques sous-marins, à des contrôleurs de navigation, à des équipements de détection sonar,et les ordinateurs industriels maritimesIl réduit considérablement la difficulté du développement secondaire et de l'intégration des systèmes d'équipement de navigation sous-marine.

Les véhicules sous-marins autonomes équipés d'UMI MEMS peuvent effectuer des croisières autonomes, la cartographie topographique des fonds marins,et la collecte de paramètres hydrologiques océaniques en haute mer et en haute mer sans signaux GPS, soutenir la recherche scientifique marine et l'exploration des ressources océaniques.

Les scénarios d'exploitation et de maintenance des câbles de communication pétroliers, gaziers et sous-marins en mer reposent sur des robots de navigation MEMS IMU pour effectuer des inspections régulières des pipelines et des lignes de câbles sous-marins.Un positionnement stable assure une couverture complète de la détection et du dépannage des installations d'ingénierie sous-marine.

Pour la détection des structures sous-marines des ports, des fondations de ponts, des barrages et des plates-formes offshore,La navigation inertielle MEMS permet aux robots de fonctionner de manière stable dans des environnements de faible visibilité et de champ de flux complexes, en obtenant des données d'inspection de haute précision pour l'évaluation de la sécurité des infrastructures.

Les robots de surveillance sous-marine transportent des systèmes IMU MEMS pour naviguer le long de routes fixes, réalisant une surveillance continue à long terme des écosystèmes des récifs coralliens, de la qualité de l'eau de mer et des changements écologiques marins,fournissant un support de données précises pour la protection de l'environnement marin.

Les plateformes sous-marines de défense et de sécurité adoptent des solutions de navigation par inertie MEMS pour effectuer la reconnaissance sous-marine, la surveillance des patrouilles, le déminage,et missions d'alerte précoce dans les zones marines où le GPS est refusé, assurant un fonctionnement autonome et fiable des équipements de sécurité sous-marins.

Avec l'itération continue de la technologie de fabrication de puces MEMS et l'optimisation des algorithmes de navigation, les systèmes de navigation par inertie sous-marine évoluent vers une plus grande précision,une plus grande stabilité, et une intégration plus intelligente. Les directions de développement futures comprennent principalement une instabilité de biais plus faible, des mesures de très haute précision, un mécanisme de compensation de température intelligent,Algoritme de navigation assisté par IALa fusion profonde des capteurs multi-sources et la miniaturisation des modules.

Ces mises à niveau technologiques permettront aux robots sous-marins de réaliser des missions sous-marines plus longues, à plus grande portée et plus complexes.réduire efficacement les erreurs de navigation et améliorer l'intelligence et l'efficacité opérationnelle des équipements marins sans pilote.

Les signaux satellites GPS et GNSS reposent sur la transmission par radiofréquence, qui ne peut pas pénétrer efficacement l'eau de mer.Les signaux de positionnement par satellite sont complètement blindés., faisant de la navigation par inertie la principale solution alternative pour le positionnement sous-marin.

Une IMU MEMS est un module de détection inertielle miniaturisé composé de gyroscopes et d'accéléromètres MEMS.et l'accélération linéaire du support, fournissant des données de base pour la résolution de la navigation par inertie.

Pour des missions en haute mer de longue durée, en combinant MEMS IMU avec DVL, les MEMS IMU peuvent réaliser une navigation continue indépendante sans dépendre de signaux satellites externes.Le positionnement acoustique sous-marin et d'autres capteurs peuvent supprimer efficacement la dérive et réaliser une navigation à long terme de haute précision..

Les systèmes d'inertie optique FOG et RLG ont une précision ultime plus élevée, mais sont de grande taille, de poids lourd et extrêmement coûteux.et une rentabilité élevée, répondant pleinement aux besoins de navigation de la plupart des robots sous-marins commerciaux, industriels et de défense, ce qui en fait la solution dominante pour les équipements marins sans pilote.

Les unités de contrôle interne MEMS sont largement applicables à divers équipements sous-marins sans pilote, notamment les véhicules sous-marins autonomes (AUV), les véhicules télécommandés (ROV), les robots d'inspection sous-marins,plateformes d'enquête marine, et des systèmes de défense sous-marine.

La solution optimale est la fusion multi-capteurs: prendre les données d'inertie de l'IMU MEMS comme noyau, et les données de correction des fusibles provenant des vitesses DVL, des systèmes de positionnement acoustique sous-marins, des capteurs de profondeur de pression,et équipements de sonar, combiné à EKF et à d'autres algorithmes de fusion intelligents, pour maximiser la stabilité et la précision de la navigation à long terme.

Les IMU MEMS sont devenus des équipements de détection de base indispensables à la navigation robotique sous-marine moderne.Il résout le problème de l'industrie de la défaillance du positionnement causée par la perte de signal GPS dans les environnements sous-marins, réalisant une navigation autonome en tout temps, continue et stable pour les véhicules sous-marins sans pilote.et une intégration facileLa technologie de navigation inertielle MEMS est largement utilisée dans la recherche scientifique marine, l'ingénierie offshore, la surveillance de l'environnement et les domaines de la défense sous-marine.

Les solutions de navigation sans GPS basées sur l'IMU MEMS permettront d'améliorer encore les capacités des équipements sous-marins intelligents et autonomes, en favorisant une navigation plus sûre,plus efficace, et un fonctionnement plus fiable dans des environnements marins complexes et difficiles.