A High-Rate Virtual Instrument of Marine Vehicle Motions for Underwater Navigation and Ocean Remote Sensing

Dead-Reckoning به کمک اندازه‌گیری سرعت داپلر رایج‌ترین روش برای ناوبری زیر آب برای وسایل نقلیه کوچک بوده است. متأسفانه DR نیاز به کالیبراسیون مجدد موقعیت مکرر دارد و سیستم های ناوبری وسایل نقلیه زیر آب به به روز رسانی دوره ای موقعیت زمانی که ظاهر می شوند محدود می شوند. در نهایت گیرنده های استاندارد جهانی موقعیت یاب (GPS) قادر به ارائه نرخ یا دقت مورد نیاز هنگام استفاده در یک کشتی کوچک نیستند. برای غلبه بر این، یک سیستم اندازه گیری حرکت با نرخ بالا کم هزینه برای یک وسیله نقلیه سطحی بدون سرنشین (USV) با اهداف زیر آب و اقیانوس شناسی پیشنهاد شده است. سیستم پیشنهادی روی هواپیما برای USV شامل یک واحد اندازه‌گیری اینرسی (IMU) با شتاب‌سنج‌ها و ژیروس‌های سرعت، یک گیرنده GPS، یک قطب‌نمای دروازه شار، یک حسگر چرخشی و شیب و یک ADCP است. اتصال همه سنسورها به دلیل ویژگی های متفاوت آنها بسیار چالش برانگیز بود. تکنیک ترکیب داده‌های پیشنهادی، حسگرها را ادغام می‌کند و یک بسته نرم‌افزاری قابل جاسازی را با استفاده از روش‌های ترکیب داده‌ها در زمان واقعی، برای USV ایجاد می‌کند تا به ناوبری و کنترل و همچنین کنترل یک نمایشگر جریان آکوستیک داپلر (ADCP) کمک کند. در حالی که ADCP ها جریان آب را به صورت غیر نفوذی اندازه گیری می کنند، حرکت کشتی برای تجزیه و تحلیل داده ها باید حذف شود و سیستم توسعه یافته اندازه گیری حرکت و پردازش را برای انجام این کار فراهم می کند.

Dead-Reckoning aided with Doppler velocity measurement has been the most common method for underwater navigation for small vehicles. Unfortunately DR requires frequent position recalibrations and underwater vehicle navigation systems are limited to periodic position update when they surface. Finally standard Global Positioning System (GPS) receivers are unable to provide the rate or precision required when used on a small vessel. To overcome this, a low cost high rate motion measurement system for an Unmanned Surface Vehicle (USV) with underwater and oceanographic purposes is proposed. The proposed onboard system for the USV consists of an Inertial Measurement Unit (IMU) with accelerometers and rate gyros, a GPS receiver, a flux-gate compass, a roll and tilt sensor and an ADCP. Interfacing all the sensors proved rather challenging because of their different characteristics. The proposed data fusion technique integrates the sensors and develops an embeddable software package, using real time data fusion methods, for a USV to aid in navigation and control as well as controlling an onboard Acoustic Doppler Current Profiler (ADCP). While ADCPs non-intrusively measure water flow, the vessel motion needs to be removed to analyze the data and the system developed provides the motion measurements and processing to accomplish this task.