Το MEMS IMU υποστηρίζει την υποβρύχια πλοήγηση ρομπότ χωρίς GPS

Τα αυτόνομα υποβρύχια ρομπότ έχουν εξελιχθεί σε κρίσιμο εξοπλισμό για την θαλάσσια επιστημονική έρευνα, την ανάπτυξη της υπεράκτιας ενέργειας, την επιθεώρηση υποβρύχιας μηχανικής, την παρακολούθηση του θαλάσσιου περιβάλλοντος,και υποθαλάσσιες αποστολές άμυναςΣε αντίθεση με τα μη επανδρωμένα αεροπορικά και επίγεια οχήματα, τα υποβρύχια ρομποτικά συστήματα λειτουργούν σε μοναδικά θαλάσσια περιβάλλοντα όπου τα σήματα GPS, GNSS και άλλων δορυφορικών πλοήγησης δεν μπορούν να διεισδύσουν στο θαλάσσιο νερό.Αυτό το μπλακ άουτ σήματος δημιουργεί ένα βασικό τεχνικό εμπόδιο για τη θαλάσσια ρομποτική: επίτευξη συνεχούς, σταθερής και υψηλής ακρίβειας πλοήγησης χωρίς εξωτερική υποστήριξη δορυφορικής τοποθέτησης.

Ως μια αξιόπιστη λύση πλοήγησης χωρίς GPS,Μονάδες μέτρησης αδράνειας MEMS (ΜΜΜS IMU)Με την πραγματική παρακολούθηση τρισδιάστατης γωνιακής ταχύτητας και γραμμικής επιτάχυνσης,Οι ΜΜΕΣ IMU επιτρέπουν στα υποβρύχια ρομπότ να λύνουν την στάσηΣε συνδυασμό με την ώριμη τεχνολογία σύντηξης αισθητήρων και αλγορίθμου πλοήγησης, οι αισθητήρες αδράνειας MEMS παρέχουν ένα συμπαγές, χαμηλής ισχύος,οικονομικά αποδοτική λύση πλοήγησης για AUV, ROVs, και διάφορα μη επανδρωμένα υποβρύχια οχήματα.

Η υποβρύχια πλοήγηση είναι πολύ πιο περίπλοκη από την χερσαία και την εναέρια πλοήγηση λόγω των εγγενών περιορισμών του θαλάσσιου περιβάλλοντος.απενεργοποίηση της συμβατικής εντοπισμού θέσης GPS/GNSS μετά την κατάδυση του υποθαλάσσιου οχήματοςΕπιπλέον, τα υποβρύχια ρομπότ πρέπει να αντιμετωπίζουν τις συνεχώς μεταβαλλόμενες ρεύματα των ωκεανών, τη χαμηλή υποβρύχια ορατότητα, τη μεταβλητή πίεση του νερού και την απουσία σταθερών γεωγραφικών σημείων αναφοράς.

ΓιαΑυτοκίνητα υποβρύχια οχήματα (AUV)καιΟχήματα εξ αποστάσεως (ROV), ο ακριβής έλεγχος της γωνίας πορείας, του βάθους κατάδυσης και της θέσης σε πραγματικό χρόνο είναι η προϋπόθεση για την ολοκλήρωση βασικών αποστολών όπως η τοπογραφική χαρτογράφηση του θαλάσσιου βυθού, η επιθεώρηση υποθαλάσσιας δομής,και συλλογή δεδομένων για το θαλάσσιο περιβάλλονΜικρά σωρευτικά σφάλματα πλοήγησης θα μειώσουν άμεσα την ακρίβεια των δεδομένων ανίχνευσης, θα παρατείνουν τους κύκλους αποστολής, και ακόμη και θα προκαλέσουν απόκλιση θέσης του οχήματος και αποτυχημένη υποβρύχια ανάκτηση.

Μια ΜΜΕΜΣ ενσωματώνει μικροσκοπικά γυροσκόπια και επιταχυνόμετρα MEMS υψηλής ακρίβειας σε ένα συμπαγές αγωγό αισθητήρα.Οι διπλοί αισθητήρες συλλέγουν συνεχώς δεδομένα γωνιακής ταχύτητας περιστροφής τριών αξόνων και γραμμικής επιτάχυνσης, παρέχοντας όλες τις διαστάσεις των πληροφοριών ανίχνευσης κίνησης που απαιτούνται για την επίλυση της αδρανούς πλοήγησης.

Κατά τη διάρκεια της υποβρύχιας λειτουργίας, η ΜΜΕΣ IMU εκπέμπει δεδομένα κίνησης σε πραγματικό χρόνο στον επεξεργαστή πλοήγησης του πλοίου.Το σύστημα επιλύει αυτόνομα τη γωνία στάσης του υποβρύχιο ρομπότ (rollΟλόκληρη η διαδικασία πλοήγησης βασίζεται εξ ολοκλήρου σε ενσωματωμένα δεδομένα αισθητήρων, χωρίς να απαιτείται εξωτερική υποστήριξη σήματος, επιτυγχάνοντας έτσισυνεχής πλοήγηση σε υποβρύχια περιβάλλοντα χωρίς GPS.

Αν και η καθαρή αδρανειακή πλοήγηση θα προκαλέσει μικρή συσσώρευση σφαλμάτων με την πάροδο του χρόνου, παρέχει αδιάκοπη εκτίμηση κίνησης υψηλής συχνότητας,η οποία αποτελεί τη βασική εγγύηση για τη σταθερή εκτέλεση βραχυπρόθεσμων και μεσοπρόθεσμων αποστολών υποβρύχιας ανίχνευσης και έρευνας.

Για την καταστολή της αδρανειακής ροής και την περαιτέρω ενίσχυση της σταθερότητας της θέσης, τα σύγχρονα υποβρύχια συστήματα πλοήγησης σπάνια χρησιμοποιούν ανεξάρτητα τις ΜΜΕΜ.υιοθετείται τεχνολογία σύντηξης πολλαπλών αισθητήρων για τη συμπλήρωση των πλεονεκτημάτων των διαφόρων συσκευών αισθητήρα, πραγματοποιώντας υψηλής ακρίβειας και μακράς διάρκειας υποβρύχια πλοήγηση.

Συνηθισμένοι συνδυασμοί αισθητήρων υποστήριξης για υποβρύχια πλοήγηση MEMS IMU:

• Ενημέρωση ταχύτητας Doppler (DVL)
• Ανιχνευτές βάθους και πίεσης υψηλής ακρίβειας
• Υποβρύχια συστήματα ακουστικής τοποθέτησης (USBL / LBL)
• Εξοπλισμός με υπερήχο πολλαπλών ακτίνων και υπερήχο απεικόνισης
• Κάμερες υποβρύχιας οπτικής λήψης

Με βάση προηγμένους αλγόριθμους σύντηξης που αντιπροσωπεύονται από το Extended Kalman Filter (EKF), το σύστημα συγχωνεύει δεδομένα αδράνειας υψηλής συχνότητας IMU με δεδομένα διόρθωσης χαμηλής συχνότητας από DVL, ακουστική,και αισθητήρες πίεσηςΥποστείλει αποτελεσματικά την αδράνεια, διορθώνει τα σωρευτικά σφάλματα,και επιτρέπει στα υποβρύχια ρομπότ να διατηρούν σταθερή θέση σε επίπεδο εκατοστών και δεκαμετρών κατά τη διάρκεια υποθαλάσσιων αποστολών μεγάλου κύκλου.

Σε σύγκριση με τις παραδοσιακές οπτικές αδρανειακές συσκευές, όπως τα γυροσκόπια οπτικών ινών (FOG) και τα γυροσκόπια με λέιζερ δακτυλίου (RLG), οι ΜΜΕΣ IMU διαθέτουν μικροσκοπική συσκευασία και εξαιρετικά ελαφρύ βάρος.Προσαρμόζονται τέλεια στον περιορισμένο χώρο φόρτωσης και εγκατάστασης των μικρών και μεσαίων υποβρυχίων ρομπότ, ανταποκρίνεται στις απαιτήσεις σχεδιασμού ελαφρού βάρους των σύγχρονων μη επανδρωμένων υποθαλάσσιων εξοπλισμού.

Η αντοχή της μπαταρίας είναι ο βασικός παράγοντας που περιορίζει το χρόνο λειτουργίας του υποβρύχιο ρομπότ.αποτελεσματική μείωση του συνολικού φορτίου ισχύος του οχήματοςΒελτιώνει σημαντικά τον συνεχή χρόνο εργασίας των AUV και των ρομπότ επιθεώρησης χωρίς να αυξάνεται ο όγκος και το βάρος της μπαταρίας.

Οι μονάδες MEMS IMU εκπέμπουν υψηλής συχνότητας δεδομένα ρολ, κλίσης και στάσης κλίσης σε πραγματικό χρόνο. Μπορούν να αντισταθμίσουν δυναμικά τις παρεμβολές στάσης που προκαλούνται από τα ρεύματα του ωκεανού, την επίδραση της ροής νερού,και υποβρύχια αναταραχή, εξασφαλίζοντας σταθερό έλεγχο του σώματος και σταθερή ακρίβεια αποστολής των υποβρυχίων ρομπότ σε περίπλοκα θαλάσσια περιβάλλοντα.

Παρά τη διατήρηση των επιδόσεων πλοήγησης βιομηχανικής και θαλάσσιας κλάσης, οι ΜΜΕΣ IMU έχουν πολύ χαμηλότερα κόστη κατασκευής και εφαρμογής από τα υψηλού επιπέδου αδράνεια συστήματα FOG και RLG.Παρέχουν μια τυποποιημένη και αξιόπιστη λύση πλοήγησης για την ανάπτυξη υποβρυχίων ρομπότ σε μεγάλη κλίμακα για εμπορική και βιομηχανική χρήση..

Οι σύγχρονες ενότητες IMU MEMS είναι εξοπλισμένες με διαφοροποιημένες τυποποιημένες διεπαφές επικοινωνίας, οι οποίες μπορούν να συνδυαστούν με αδιάλειπτα υποβρύχιο αυτόματο πιλότο, ελεγκτές πλοήγησης, εξοπλισμό ανίχνευσης σόναρ,και θαλάσσιους βιομηχανικούς υπολογιστέςΜειώνει σημαντικά τη δυσκολία της δευτερεύουσας ανάπτυξης και της ενσωμάτωσης του συστήματος υποβρύχιας πλοήγησης.

Τα αυτόνομα υποβρύχια οχήματα που είναι εξοπλισμένα με MEMS IMU μπορούν να ολοκληρώσουν αυτόνομη κρουαζιέρα, τοπογραφική χαρτογράφηση του θαλάσσιου βυθού,και συλλογή υδρολογικών παραμέτρων των ωκεανών σε περιβάλλοντα βαθιάς θάλασσας και ανοιχτής θάλασσας χωρίς σήματα GPS, στήριξη της θαλάσσιας επιστημονικής έρευνας και της εξερεύνησης των θαλάσσιων πόρων.

Τα σενάρια λειτουργίας και συντήρησης υπεράκτιων καλωδίων επικοινωνίας πετρελαίου, φυσικού αερίου και υποβρυχίων εξαρτώνται από ρομπότ πλοήγησης MEMS IMU για τη διενέργεια τακτικών επιθεωρήσεων υποθαλάσσιων αγωγών και οδών καλωδίων.Η σταθερή τοποθέτηση εξασφαλίζει πλήρη κάλυψη ανίχνευσης και αντιμετώπισης προβλημάτων υποβρύχιας μηχανικής.

Για την ανίχνευση υποβρυχίων δομών λιμένων, θεμελιωδών γεφυρών, φραγμών και υπεράκτιων πλατφορμών,Η αδρανειακή πλοήγηση MEMS επιτρέπει στα ρομπότ να λειτουργούν σταθερά σε περιβάλλοντα χαμηλής ορατότητας και περίπλοκου πεδίου ροής, αποκτώντας υψηλής ακρίβειας δεδομένα επιθεώρησης για την αξιολόγηση της ασφάλειας των υποδομών.

Τα υποβρύχια ρομπότ παρακολούθησης μεταφέρουν συστήματα IMU MEMS για να ταξιδεύουν κατά μήκος σταθερών διαδρομών, πραγματοποιώντας μακροπρόθεσμη συνεχή παρακολούθηση των οικοσυστημάτων των κοραλλιογενών υφάλων, της ποιότητας του θαλάσσιου νερού και των θαλάσσιων οικολογικών αλλαγών,παροχή ακριβών δεδομένων υποστήριξης για την προστασία του θαλάσσιου περιβάλλοντος.

Οι υποβρύχια πλατφόρμες θαλάσσιας άμυνας και ασφάλειας υιοθετούν λύσεις αδράνειας πλοήγησης MEMS για την ολοκλήρωση της υποβρύχιας αναγνώρισης, της παρακολούθησης περιπολίας, του καθαρισμού νάρκων,και αποστολές έγκαιρης προειδοποίησης σε θαλάσσιες περιοχές που δεν διαθέτουν GPS, εξασφαλίζοντας την αυτόνομη και αξιόπιστη λειτουργία του υποθαλάσσιου εξοπλισμού ασφαλείας.

Με τη συνεχή επανάληψη της τεχνολογίας κατασκευής τσιπ MEMS και την βελτιστοποίηση αλγορίθμου πλοήγησης, τα υποβρύχια αδρανειακά συστήματα πλοήγησης αναπτύσσονται προς υψηλότερη ακρίβεια,ισχυρότερη σταθερότηταΟι μελλοντικές κατευθύνσεις ανάπτυξης περιλαμβάνουν κυρίως χαμηλότερη αστάθεια παρακλίσεων, μέτρηση εξαιρετικά υψηλής ακρίβειας, ευφυή μηχανισμό αντιστάθμισης θερμοκρασίας,Αλγόριθμος πλοήγησης με υποστήριξη τεχνητής νοημοσύνης, η βαθιά σύντηξη με αισθητήρες πολλαπλών πηγών και η περαιτέρω μικροποίηση των ενοτήτων.

Οι τεχνολογικές αυτές αναβαθμίσεις θα υποστηρίξουν τα υποβρύχια ρομπότ για την ολοκλήρωση αποστολών υποβρύχιας χρήσης μεγαλύτερης διάρκειας, ευρύτερου βεληνεκούς και πιο σύνθετων,αποτελεσματική μείωση των σφαλμάτων πλοήγησης και βελτίωση της ευφυΐας και της επιχειρησιακής αποτελεσματικότητας του μη επανδρωμένου εξοπλισμού των πλοίων.

Τα δορυφορικά σήματα GPS και GNSS βασίζονται στη μετάδοση ραδιοσυχνοτήτων, η οποία δεν μπορεί να διεισδύσει αποτελεσματικά στο θαλάσσιο νερό.Τα σήματα τοποθέτησης δορυφόρου είναι πλήρως προστατευμένα, καθιστώντας την αδρανειακή πλοήγηση την βασική εναλλακτική λύση για την υποβρύχια τοποθέτηση.

Μια ΜΜΕΜ είναι μια μικροσκοπική μονάδα αδρανειακής ανίχνευσης που αποτελείται από γυροσκόπια MEMS και επιταχυνόμετρα.και γραμμική επιτάχυνση του φορέα, παρέχοντας βασικά δεδομένα για την επίλυση της αδρανειακής πλοήγησης.

Για μακροχρόνιες αποστολές σε βάθος θαλάσσης, συνδυάζοντας το MEMS IMU με το DVL,Η υποβρύχια ακουστική τοποθέτηση και άλλοι αισθητήρες μπορούν να καταστείλουν αποτελεσματικά την παραίτηση και να επιτύχουν υψηλής ακρίβειας μακροχρόνια πλοήγηση..

Τα οπτικά αδρανειακά συστήματα FOG και RLG έχουν υψηλότερη τελική ακρίβεια, αλλά είναι μεγάλα σε μέγεθος, βαριά σε βάρος και εξαιρετικά δαπανηρά.και υψηλή απόδοση κόστους, καλύπτοντας πλήρως τις ανάγκες πλοήγησης των περισσότερων εμπορικών, βιομηχανικών και αμυντικών υποβρυχίων ρομπότ, καθιστώντας τους τη βασική λύση για ναυτικό μη επανδρωμένο εξοπλισμό.

Οι ΜΜΕΣ IMU είναι ευρέως εφαρμοστέες σε διάφορα υποβρύχια μη επανδρωμένα εξοπλισμούς, συμπεριλαμβανομένων των αυτόνομων υποβρυχίων οχημάτων (AUV), των τηλεχειριζόμενων οχημάτων (ROV), των υποθαλάσσιων ρομπότ επιθεώρησης,πλατφόρμες θαλάσσιας έρευνας, και υποβρύχια συστήματα άμυνας.

Η βέλτιστη λύση είναι η σύντηξη πολλαπλών αισθητήρων: να ληφθούν τα δεδομένα αδράνειας του MEMS IMU ως πυρήνας και τα δεδομένα διόρθωσης ασφάλειας από ταχύμετρα DVL, υποβρύχια συστήματα ακουστικής θέσης, αισθητήρες βάθους πίεσης,και εξοπλισμό σόναρ, σε συνδυασμό με EKF και άλλους ευφυείς αλγόριθμους σύντηξης, για τη μεγιστοποίηση της μακροπρόθεσμης σταθερότητας και ακρίβειας της πλοήγησης.

Οι ΜΜΕΣ IMU έχουν γίνει απαραίτητος βασικός εξοπλισμός αισθητήρων για τη σύγχρονη υποβρύχια ρομποτική πλοήγηση.Λύνει το πρόβλημα της βιομηχανίας που προκαλείται από την απώλεια του σήματος GPS σε υποβρύχια περιβάλλοντα., η οποία υλοποιεί τη συνεχή και σταθερή αυτόνομη πλοήγηση για τα υποθαλάσσια μη επανδρωμένα οχήματα σε όλες τις καιρικές συνθήκες, με τα μοναδικά πλεονεκτήματα της μικρογραφίας, της χαμηλής κατανάλωσης ενέργειας, της υψηλής απόδοσης κόστους,και εύκολη ενσωμάτωσηΗ τεχνολογία αδρανούς πλοήγησης MEMS χρησιμοποιείται ευρέως στην θαλάσσια επιστημονική έρευνα, την υπεράκτια μηχανική, την παρακολούθηση του περιβάλλοντος και τους τομείς υποθαλάσσιας άμυνας.

Καθώς η τεχνολογία μη επανδρωμένων πλοίων συνεχίζει να αναπτύσσεται ραγδαία, οι λύσεις πλοήγησης χωρίς GPS που βασίζονται στο MEMS IMU θα ενισχύσουν περαιτέρω τον ευφυή και αυτόνομο υποβρύχιο εξοπλισμό, υποστηρίζοντας ασφαλέστερη, πιο αποτελεσματική και πιο αποτελεσματική χρήση των δεδομένων.πιο αποδοτικό, και πιο αξιόπιστη λειτουργία σε περίπλοκα και σκληρά θαλάσσια περιβάλλοντα.