垂直參考單元 VRU 應用於船舶運動測量

文章出處：新聞資訊責任編輯：开云体育网页登录發表時間：2024-12-11 18:24:03

實時船舶運動

Systems 慣性傳(chuan) 感器還以 50Hz 的速度計算來自加速度計雙積分的船舶運動數據。由於(yu) 這種雙重積分會(hui) 因方向誤差或傳(chuan) 感器偏差而產(chan) 生漂移，因此獲得穩定輸出的最佳方法是使用高通濾波器，該濾波器將消除運動中的任何恒定分量。

考慮到海況條件的變化，自動濾波器調諧可確保該高通濾波器的正常運行。此功能適用於(yu) 橢圓形實時升沉長達 15 秒的膨脹周期，高性能產(chan) 品上長達 20 秒。

由於(yu) 高通濾波器設計，升沉、浪湧和搖擺數據在靜態條件下將始終返回到零。

浪湧和搖擺有效性

• 浪湧和搖擺僅(jin) 與(yu) 浮標等近靜態應用相關(guan) 。

船舶運動參考係

船舶運動輸出位於(yu) 特定的船舶坐標係中：

• 升沉為(wei) 垂直位置，正值向下；

• 浪湧是縱向位置，在水平麵上且正指向船首；

• 搖擺是橫向位置，在水平麵上且正指向船舶右舷側(ce) 。

浪湧和搖擺可用性

浪湧和搖擺可用性

• Surge 和 Sway 不適用於(yu) Ellipse 係列。

升沉階躍響應

如果執行了一個(ge) 步驟，升沉輸出將顯示該步驟，然後平滑地返回到零。一個(ge) 步驟後，輸出可能需要幾分鍾才能穩定。下圖顯示了典型的階躍響應。請注意，恢複 0 升沉輸出的時間可能取決(jue) 於(yu) 之前的海況。但整體(ti) 形狀將保持不變。

典型的階躍響應

膨脹模式

在高性能產(chan) 品上，膨脹模式會(hui) 根據海況自動啟用，以優(you) 化升沉算法性能。此模式以智能方式將 GNSS 信息與(yu) 加速度計融合，以限製升沉算法固有的相位和幅度誤差。該模式在較高振幅膨脹條件下特別有效。

係統根據海況自動確定最佳升沉計算模式。

延遲升沉

延遲升沉算法適用於(yu) 專(zhuan) 為(wei) 水文測量應用而設計的更高等級設備（例如 Ekinox、Apogee 和 Navsight Marine），它利用過去的測量值來極大地提高升沉性能。實時升沉操作中觀察到的常見相位誤差會(hui) 得到無縫校正，並且濾波器將在長膨脹周期條件下提供更好的性能。

延遲升沉算法的固定延遲為(wei) 150 秒。輸出消息的格式與(yu) 實時船舶運動模式相同，並且使用時間戳來正確確定船舶運動數據的日期。

該算法非常適合不需要嚴(yan) 格實時操作的應用，例如海底測繪。實時升沉操作仍然可用，以便在延遲升沉數據可用之前獲得第一升沉估計。

時間考慮

• 由於(yu) 延遲升沉是一種延遲算法，因此設備必須在執行實際測量路徑之前至少 150 秒和執行之後 150 秒在正常操作條件下保持打開狀態，以實現完整的數據采集。

延遲浪湧和搖擺？

• 此延遲升沉輸出中僅(jin) 提供船舶垂直運動（升沉）。此操作模式不提供浪湧和搖擺。

旋轉中心和驅逐升沉操作

在分析升沉運動時，我們(men) 可以發現升沉運動的一部分是由船舶旋轉引起的。這部分因地而異，在旋轉中心被取消。另一個(ge) 位置將以恒定的方式影響升沉。

下圖顯示了旋轉誘發升沉對船舶不同位置的影響：

旋轉誘發升沉對船舶不同位置的影響

為(wei) 了優(you) 化升沉性能，運動傳(chuan) 感器的放置建議可能會(hui) 根據船舶或安裝的類型而有所不同。

對於(yu) 較小的測量船，將傳(chuan) 感器直接放置在感興(xing) 趣的點將確保最佳性能（例如直接安裝在 MBES 聲納的頂部）：該位置將確保不會(hui) 通過計算遠程升沉和小中心而增加額外的噪聲旋轉到傳(chuan) 感器偏移不會(hui) 產(chan) 生重大誤差。此設置對任何 IMU 未對準或杠杆臂殘差也最不敏感。

對於(yu) 較大的船舶，旋轉中心到感興(xing) 趣點杠杆臂（例如超過 10m），我們(men) 建議將 IMU 放置在更靠近船舶旋轉中心的位置，以最大限度地減少由於(yu) 長期橫搖或俯仰偏移而導致的恒定誤差。

在這種情況下，正確設置 IMU 偏差以消除升沉輸出上的任何恒定偏移非常重要。

在任何情況下，都可以在船舶內(nei) 的多個(ge) 感興(xing) 趣點（例如聲納頭）處設置升沉輸出。

IMU 未對準

• 當船靜止時，IMU 與(yu) 船的不對中應通過機械設計或軟件配置精確考慮，以便在次要點上提供一致的升沉值。

重心

• 升沉測量中不考慮 Systems 產(chan) 品中的重心杠杆臂。如果需要，我們(men) 建議在使用的客戶調查軟件（Hypack、Qinsy、BeamworX...）中輸入該值。

升沉增強高度

在海洋測量行業(ye) 中，經常存在這樣的問題：優(you) 先使用升沉輸出還是卡爾曼濾波高度輸出。在 GNSS 條件良好的情況下，RTK 高度可以非常精確，並且簡化了設置，因為(wei) 測量員無需費心進行潮汐補償(chang) 。然而，即使與(yu) 慣性傳(chuan) 感器融合，在橋梁過橋等困難的 GNSS 環境下，RTK 高度也可能會(hui) 受到幹擾。

另一方麵，升沉算法允許精確的相對測量，在困難的 GNSS 條件下不會(hui) 出現特定誤差。然而，由於(yu) 需要潮汐補償(chang) ，其使用起來更加複雜。增強型高度模式算法通過將升沉輸出與(yu) RTK 高度相結合，充分利用了這兩(liang) 個(ge) 領域的優(you) 點，在良好和具有挑戰性的 GNSS 條件下提供準確和絕對的高度測量。

該算法隻能與(yu) 海洋運動輪廓一起使用，並與(yu) 具有固定載體(ti) 模糊度的 RTK 或 PPP 等精確位置結合使用。如果需要，可以禁用此增強海拔模式。

增強的海拔高度可用性

• 此模式僅(jin) 適用於(yu) 專(zhuan) 為(wei) 水文測量應用而設計的高性能產(chan) 品。