MEMS IMU поддерживает подводную навигацию роботов без GPS

Автономные подводные роботы стали важным оборудованием для морских научных исследований, развития морской энергетики, инспекции подводного машиностроения, мониторинга окружающей среды,и подводные миссии обороныВ отличие от воздушных и наземных беспилотных летательных аппаратов, подводные роботизированные системы работают в уникальных морских условиях, где GPS, GNSS и другие спутниковые навигационные сигналы не могут проникать в морскую воду.Это отключение сигнала создает техническое узкое место для морских роботов.: достижение непрерывной, стабильной и высокоточной навигации без внешней поддержки спутникового позиционирования.

Как надежное решение для навигации без GPS,Инерциальные единицы измерения MEMS (IMU MEMS)С помощью мониторинга трехмерной угловой скорости и линейного ускорения,MEMS IMU позволяет подводным роботам решать задачиВ сочетании с зрелым технологией синтеза датчиков и навигационных алгоритмов, инерционные датчики MEMS обеспечивают компактный, маломощный,экономически эффективное навигационное решение для AUV, ROV и различные беспилотные подводные машины.

Подводная навигация гораздо сложнее сухопутной и воздушной навигации из-за внутренних ограничений морской среды.отключение обычного GPS/GNSS позиционирования после погружения подводного суднаКроме того, подводные роботы должны справляться с постоянно меняющимися океанскими течениями, низкой видимостью под водой, изменяющимся давлением воды и отсутствием фиксированных географических ориентиров.

ДляАвтономные подводные транспортные средства (AUV)иУдаленно управляемые транспортные средства (РВУ), точный контроль угла курса, глубины погружения и положения в режиме реального времени является предпосылкой для выполнения основных задач, включая топографическое картографирование морского дна, инспекцию подводных структур,и сбор данных о морской средеНебольшие кумулятивные ошибки навигации напрямую снизят точность данных обнаружения, продлят циклы миссий и даже вызовут отклонение позиционирования транспортного средства и неудачное подводное восстановление.

MEMS IMU интегрирует высокоточные миниатюрные гироскопы MEMS и акселерометры в компактный модульный датчик.Двойные датчики непрерывно получают данные о трехосной скорости вращения и линейном ускорении, обеспечивающий всемерную информацию о движении, необходимую для решения инерциальной навигации.

Во время подводной работы МЭМС IMU передает данные о движении в режиме реального времени на бортовый навигационный процессор.Система самостоятельно определяет угол положения подводного робота (roll)Весь навигационный процесс полностью основан на данных бортовых датчиков, не требующих помощи внешнего сигнала, таким образом достигаянепрерывная навигация в подводной среде, где отсутствует GPS.

Хотя чистая инерциальная навигация будет производить небольшое накопление ошибок со временем, она обеспечивает непрерывную высокочастотную оценку движения,что является основной гарантией стабильного выполнения краткосрочных и среднесрочных подводных миссий по обнаружению и обследованию.

Для подавления дрейфа инерции и дальнейшего повышения стабильности позиционирования современные подводные навигационные системы редко используют МЭМС ИМУ самостоятельно.Принимается технология слияния многодатчиков для дополнения преимуществ различных датчиков, реализуя высокоточную и длительную подводную навигацию.

Общие сочетания вспомогательных датчиков для подводной навигации MEMS IMU:

• Логография скорости Допплера (DVL)
• высокоточные датчики глубины и давления
• Подводные акустические системы позиционирования (USBL / LBL)
• Устройства для многолучевого сонара и изобразительного сонара
• Подводные камеры визуального захвата

На основе передовых алгоритмов синтеза, представленных расширенным фильтром Калмана (EKF), система объединяет высокочастотные инерционные данные IMU с низкочастотными коррекционными данными DVL, акустики,и датчики давленияОн эффективно подавляет дрейф инерции, исправляет кумулятивные ошибки,и позволяет подводным роботам поддерживать стабильное позиционирование на уровне сантиметров и декаметров во время длительных подводных миссий..

По сравнению с традиционными оптическими инерционными устройствами, такими как оптоволоконные гироскопы (FOG) и кольцевые лазерные гироскопы (RLG), MEMS IMU имеют миниатюрную упаковку и сверхлегкий вес.Они отлично адаптируются к ограниченному грузовому и монтажному пространству малых и средних подводных роботов, отвечающие требованиям по конструкции современного подводного беспилотного оборудования.

Стойкость батареи является ключевым фактором, ограничивающим время работы подводного робота.эффективное снижение общей мощности транспортного средстваЭто значительно улучшает продолжительность непрерывной работы AUV и инспекционных роботов без увеличения объема и веса батареи.

MEMS IMU выпускает высокочастотные данные о колебании, толчке и положении в реальном времени. Они могут динамически компенсировать помехи положения, вызванные океанскими течениями, воздействием потока воды,и подводная турбулентность, обеспечивая стабильный контроль над телом и постоянную точность задач подводных роботов в сложных морских условиях.

При сохранении производительности навигации промышленного и морского класса, МЭМС ИМУ имеют гораздо более низкие изготовление и затраты на применение, чем высококачественные инерционные системы FOG и RLG.Они обеспечивают стандартизированное и надежное навигационное решение для крупномасштабного коммерческого и промышленного развертывания подводных роботов..

Современные модули IMU MEMS оснащены разнообразными стандартными коммуникационными интерфейсами, которые могут быть легко совмещены с подводными автопилотами, навигационными контроллерами, оборудованием для обнаружения сонара,и морских промышленных компьютеровЭто значительно уменьшает сложность вторичной разработки и системной интеграции подводного навигационного оборудования.

Автономные подводные аппараты, оснащенные МЭМС ИМУ, могут выполнять автономное круизирование, топографическое картографирование морского дна,и сбор гидрологических параметров океана в глубоководных и открытых водах без GPS сигналов, поддержка морских научных исследований и разведки ресурсов океана.

Сценарии эксплуатации и обслуживания морских нефтегазовых и подводных кабелей связи зависят от навигационных роботов MEMS IMU для проведения регулярных инспекций подводных трубопроводов и кабельных маршрутов.Стабильное расположение обеспечивает полное покрытие обнаружения и устранения неполадок подводных инженерных сооружений.

Для обнаружения подводных структур портов, мостовых фундаментов, плотин и морских платформИнерциальная навигация MEMS позволяет роботам стабильно работать в условиях низкой видимости и сложных полей потока, получая высокоточные данные инспекций для оценки безопасности инфраструктуры.

Подводные мониторинговые роботы используют системы MEMS IMU для плавания по фиксированным маршрутам, обеспечивая долгосрочный непрерывный мониторинг экосистем коралловых рифов, качества морской воды и морских экологических изменений.предоставление точных данных для защиты морской среды.

Подводные платформы морской обороны и безопасности используют инерциальные навигационные решения MEMS для выполнения подводного разведки, мониторинга патруля, разминирования,и миссий раннего предупреждения в морских районах, где отказано в использовании GPS, обеспечивая автономную и надежную работу подводного оборудования безопасности.

С непрерывной итерацией технологии производства микросхем MEMS и оптимизацией навигационных алгоритмов, подводные инерциальные навигационные системы развиваются к более высокой точности,более высокая устойчивостьВ будущем направления развития включают в себя в основном более низкую нестабильность предвзятости, сверхвысокую точность измерений, интеллектуальный механизм компенсации температуры,Алгоритм навигации с помощью ИИ, глубокое слияние датчиков с несколькими источниками и дальнейшая миниатюризация модулей.

Эти технологические улучшения позволят подводным роботам выполнять более длительные, более широкие и более сложные подводные миссии.эффективное сокращение ошибок навигации и повышение интеллектуальной и операционной эффективности беспилотного оборудования на судах.

Спутниковые сигналы GPS и GNSS зависят от радиочастотной передачи, которая не может эффективно проникать в морскую воду.Сигналы спутникового позиционирования полностью защищены., что делает инерциальную навигацию основным альтернативным решением для подводного позиционирования.

MEMS IMU представляет собой миниатюрный модуль инерциального зондирования, состоящий из гироскопов и акселерометров MEMS. Он может точно измерять положение трех осей, угловую скорость,и линейное ускорение носителя, предоставляя базовые данные для решения инерциальной навигации.

Да, MEMS IMU может осуществлять независимую непрерывную навигацию без зависимости от внешних спутниковых сигналов.Подводные акустические позиционирование и другие датчики могут эффективно подавлять дрейф и достичь высокой точности долгосрочной навигации.

Оптические инерционные системы FOG и RLG имеют более высокую точность, но имеют большие размеры, большой вес и чрезвычайно дорогостоящие.и высокая экономичность, полностью удовлетворяющие навигационным потребностям большинства коммерческих, промышленных и оборонных подводных роботов, что делает их основным решением для морского беспилотного оборудования.

ИМУ MEMS широко применяются к различным подводным беспилотным оборудованиям, включая автономные подводные транспортные средства (AUV), дистанционно управляемые транспортные средства (ROV), подводные инспекционные роботы,платформы морского обследования, и подводные системы обороны.

Оптимальным решением является мультисенсорный синтез: в качестве ядра используются инерционные данные MEMS IMU, а данные коррекции предохранителя от скорости DVL, подводных акустических систем позиционирования, датчиков глубины давления,и сонарное оборудование, в сочетании с EKF и другими интеллектуальными синтетическими алгоритмами, чтобы максимизировать долгосрочную стабильность и точность навигации.

MEMS IMU стали незаменимым оборудованием для современной подводной навигации.Это решает проблему отрасли, связанную с неисправностью позиционирования, вызванной потерей сигнала GPS в подводной среде.С уникальными преимуществами миниатюризации, низкого энергопотребления, высокой экономичности,и легкая интеграцияТехнология инерциальной навигации MEMS широко используется в морских научных исследованиях, оффшорной инженерии, мониторинге окружающей среды и подводных областях обороны.

Поскольку морские беспилотные технологии продолжают стремительно развиваться, решения навигации без GPS на базе MEMS IMU еще больше расширят возможности интеллектуального и автономного подводного оборудования, поддерживая более безопасные,более эффективный, и более надежной эксплуатации в сложных и суровых морских условиях.