Descrizione

Finalmente un sistema di posizionamento subacqueo che non costa più del veicolo! Il ROV Locator comprende un pinger montato sul ROV e un modulo ricevitore sulla superficie. È sufficiente sincronizzarli all’inizio dell’immersione e tracciare la posizione del ROV in tempo reale sulla visualizzazione della mappa di QGroundControl. Comunicazione seriale e API disponibili.

Il localizzatore ROV è progettato per la localizzazione a basso costo e di media precisione di oggetti sottomarini.

• Il sistema può essere utilizzato per guidare un ROV in un’area di interesse, manualmente o in modo autonomo.
• Il sistema può essere utilizzato per individuare un ROV.
• Sono possibili anche altre applicazioni.

Un sistema completo richiede sia un trasmettitore che un ricevitore. Dopo la calibrazione, i trasmettitori vengono accoppiati con ricevitori specifici e non devono essere scambiati.

Il sistema funziona sincronizzando un trasmettitore e un ricevitore. Il trasmettitore invia quindi un impulso sonoro una volta al secondo. Il ricevitore utilizza il tempo di trasmissione per calcolare la portata dell’inclinazione al trasmettitore e le misurazioni di fase per determinare l’angolo di arrivo dell’impulso sonoro.

Cornice di orientamento del ricevitore

Miglior campo operativo

Comunicazione dati da ROVL a ROV o computer

Parametri seriali

Sia il trasmettitore che il ricevitore supportano la comunicazione a livello TTL a 115.200 baud, 8 bit.

Sincronizzazione e calibrazione

Esistono due tipi di calibrazioni utente:

• Compensazione della deriva dell’orologio (dovrebbe essere eseguita al momento della messa in servizio e poi ogni tre mesi circa)
• Calibrazione IMU

Esistono due metodi per sincronizzare il trasmettitore con il ricevitore: 

• Sincronizzazione rapida con trasmettitore muto o autonomo
• Sincronizzazione comandata con trasmettitore e ricevitore collegati

Compensazione / calibrazione della deriva dell’orologio

Gli orologi nel ricevitore e nel trasmettitore devono essere sincronizzati per misurare la distanza tra le due unità. Per questo viene utilizzato il tempo di navigazione. Lievi differenze nella produzione dei cristalli possono far funzionare i due orologi a velocità leggermente diverse. La compensazione della deriva del clock viene utilizzata per compensare parte della differenza. Il metodo è il seguente:

• Posizionare il trasmettitore e il ricevitore a una distanza rigidamente fissa l’uno dall’altro e alla stessa temperatura (ad esempio, fissati insieme in un secchio d’acqua da 5 galloni)
• Accendere il trasmettitore
• Accendi il ricevitore
• Inviare al ricevitore un comando “Crystal Calibration”
• Attendi 30 minuti senza disturbare le posizioni o inviare altri comandi. Il destinatario invierà un messaggio informativo al termine

Da fare alla prima messa in servizio e poi ogni tre mesi circa per tenere conto dell’invecchiamento dei cristalli

Calibrazione IMU

Il ricevitore contiene un’unità di misura inerziale (IMU) che dispone di magnetometri interni, accelerometri e giroscopi. Questi sensori sono imperfetti e possono presentare errori. Inoltre, i disturbi magnetici esterni possono far sì che i magnetometri effettuino una stima errata del nord magnetico. L’IMU ha un’elaborazione incorporata che tenta di compensare la deriva e gli offset nei sensori dell’IMU e le influenze magnetiche esterne. La calibrazione dell’IMU può accelerare il processo di correzione degli errori.

I dati di calibrazione dell’IMU vengono salvati nella memoria flash e si tradurrà in una calibrazione molto più veloce all’avvio.

L’IMU deve essere completamente calibrata ogni volta che viene montata in una posizione nuova o diversa.

È necessario dire al ricevitore di invalidare i suoi dati di calibrazione IMU quando lo si rimonta, quindi è necessario eseguire le manovre di calibrazione fino al completamento della calibrazione (vedere sotto le manovre di calibrazione).

Il mancato annullamento dei vecchi dati IMU durante il rimontaggio del ricevitore comporterà avviamenti lunghi, fastidiosi e difficili.

Se si utilizzano solo le uscite di rilevamento e quota apparente, è possibile ignorare l’IMU ei suoi requisiti di calibrazione. 

Le manovre di calibrazione sono talvolta chiamate “IMU Dance” e funzionano in questo modo: 

• Calibrazione iniziale: leggi il messaggio di dati $ USRTH per vedere quando la calibrazione è completa (i campi di Eulero diventeranno non vuoti quando la calibrazione sarà completamente completata)
  1. Posizionare il dispositivo in 6 diverse posizioni stabili per un periodo di pochi secondi ciascuna per consentire la calibrazione degli accelerometri. Assicurarsi che vi sia un movimento lento e regolare tra le posizioni stabili. Le 6 posizioni stabili possono essere in qualsiasi direzione, ma assicurati che il dispositivo si trovi almeno una volta perpendicolare a ciascuno degli assi x, yez. 
  2. Fai alcuni movimenti casuali (ad esempio: scrivendo il numero “8” in onda) e / o ruotando lentamente attorno a tutti e tre gli assi.
  3. Ripetere i due passaggi precedenti fino a quando l’unità non indica che è completamente calibrata. 

Una volta completata la calibrazione iniziale e memorizzata nella memoria flash, ai successivi riavvii sono necessarie solo poche semplici manovre affinché l’IMU riconosca che la calibrazione salvata è ancora valida e inizi l’output dei dati. Queste manovre sono in genere semplici come capovolgere dolcemente il ricevitore e poi capovolgere il lato destro una o due volte. 

Se si rimonta l’unità senza invalidare i vecchi dati di calibrazione e quindi si completa una calibrazione iniziale, ai successivi riavvii potrebbero essere necessarie alcune manovre per completare la calibrazione. 

In qualsiasi momento dopo il completamento di una calibrazione iniziale o di una successiva calibrazione di avvio (ovvero, i dati vengono visualizzati nei campi di Eulero), è possibile invalidare i dati memorizzati ei dati di calibrazione più recenti verranno immediatamente memorizzati nella flash. Al termine dell’operazione di memorizzazione flash viene inviato un messaggio informativo.

Fast Sync per misurazioni della distanza

La sincronizzazione rapida viene utilizzata per sincronizzare rapidamente e facilmente gli orologi tra il trasmettitore e il ricevitore. Ciò è particolarmente utile quando non vi è alcuna connessione tether tra il trasmettitore e il ricevitore e / o quando il localizzatore ROV non è integrato nel sistema. Ecco come si fa:

• Mettere in comunicazione tra loro trasmettitore e ricevitore (ad esempio, accenderli e metterli in acqua) a una distanza nota l’uno dall’altro (ad esempio, 1 metro)
• Invia al ricevitore un comando di “distanza nota”

Qualunque sia l’errore nel comando della distanza nota apparirà nella stima della distanza del trasmettitore. Generalmente, un errore di due o tre metri non è troppo evidente.

La sincronizzazione è buona finché non viene interrotta l’alimentazione al trasmettitore o al ricevitore. La sincronizzazione viene persa in caso di interruzione dell’alimentazione.

La sincronizzazione andrà alla deriva a causa di un errore dell’orologio, accumulando tipicamente errori da uno a due metri all’ora

Sincronizzazione comandata per misurazioni della distanza

La sincronizzazione comandata funziona se si dispone di collegamenti di comunicazione sia al trasmettitore che al ricevitore da un controller centrale. Ecco come si fa:

• Invia simultaneamente a ciascuna unità un comando “Prepara per la sincronizzazione”
• Attendi almeno due, ma non più di tre, secondi. Quindi inviare simultaneamente un comando di sincronizzazione a ciascuna unità. Più vicino al simultaneo, migliori saranno le successive stime della distanza. Aspettatevi un errore iniziale di circa 1,5 metri per ogni millisecondo di non simultaneità.

Il trasmettitore emetterà un segnale acustico a intervalli esattamente di 1 secondo dalla ricezione del comando di sincronizzazione (entro i limiti del cristallo dell’orologio, tipicamente 1,5 PPM).

La sincronizzazione è buona finché non viene interrotta l’alimentazione al trasmettitore o al ricevitore. La sincronizzazione andrà alla deriva a causa di un errore dell’orologio, accumulando tipicamente errori da uno a due metri all’ora. 

Le nuove sincronizzazioni comandate possono essere eseguite in qualsiasi momento e in qualsiasi intervallo per mantenere sincronizzati gli orologi. L’operazione ROVL viene interrotta per circa 3 secondi ogni volta che viene comandata una sincronizzazione.

Considerazioni sul funzionamento e sulla precisione

Come tutti i sistemi sonar, il sistema ROVL è influenzato dal multipath. I riflessi dal corpo del ROV, dalla superficie e dal fondo del corpo idrico, dagli oggetti ambientali, dal corpo della piattaforma di lancio, dai termocline, ecc. Possono tutti ridurre la precisione e causare soluzioni fantasma. Il multipath si manifesta spesso come soluzioni spurie casuali intervallate da buone soluzioni. A volte è possibile filtrare soluzioni false.

La vegetazione acquatica tra gli elementi del sistema può e causerà una grave attenuazione del segnale e disturbi di fase dei segnali.

sorgenti di multipath

MONTAGGIO

SCHEMA DI MONTAGGIO

montaggio rov / deepside

montaggio superficiale / superiore

CABLAGGIO

cablaggio del connettore dati / alimentazione del trasmettitore e del ricevitore

I dati e l’alimentazione sono collegati al connettore J1 del trasmettitore o al connettore J2 del ricevitore

Il connettore è un connettore JST-GH a 4 pin. I pin sono cablati come segue:

1. Potenza V-in
2. Serial-RX (da host, a ROVL)
3. Serial-TX (da ROVL, a host)
4. Terra (per alimentazione e seriale)

Il pinout è lo stesso sia per il trasmettitore che per il ricevitore

Entrambe le unità sono fornite con un cavo a 4 conduttori con un connettore JST GH a 4 pin all’estremità dell’unità, adatto per il collegamento a:

Blue Robotics BLUART USB a seriale e adattatore RS485

note di cablaggio del trasmettitore

Per il trasmettitore, la configurazione più semplice è solo fornire alimentazione al trasmettitore. Negli scenari operativi, la comunicazione seriale viene utilizzata solo per comandare la sincronizzazione e le linee dati seriali possono essere lasciate scollegate.

cablaggio semplice per trasmettitore o ricevitore

SEMPLICE CABLAGGIO ROV PER TRASMETTITORE O RICEVITORE

Cavo standard fornito con le unità

matematica per calcolare latitudine / longitudine remota

Ricevitore e GPS in alto e trasmettitore in profondità

Questa configurazione viene utilizzata al meglio quando non vi è alcun cavo tra la parte superiore e quella profonda o quando il localizzatore ROV non è integrato elettronicamente nel cavo.

latitude_rx :: dal GPS localizzato insieme al ricevitore (in gradi che includono minuti e secondi)

longitude_rx :: dal GPS localizzato insieme al ricevitore (in gradi che includono minuti e secondi)

rilevamento :: rilevamento vero (non rilevamento bussola) dal messaggio $ USRTH

elevazione :: elevazione dal messaggio $ USRTH

intervallo_slant :: intervallo inclinato dal messaggio $ USRTH

profondità (migliore, se disponibile): dal sensore di profondità ROV (meno la profondità dell’unità ricevitore)

profondità (da utilizzare se il sensore di profondità ROV non è disponibile) = abs (sin (elevazione) x slant_range) [nota 1]

map_radius = cos (elevazione) x slant_range

CE = 40.074.000 m // Circonferenza della terra in metri

long_m_per_deg = CE / 360 // metri per grado di longitudine 

lat_m_per_deg = long_m_per_deg x cos (latitude_rx) // metri per grado di latitudine [nota 1] 

latitude_tx = latitude_rx + (sin (cuscinetto) x map_radius / lat_m_per_deg) [nota 1, 2]

longitude_tx = longitude_rx + (cos (cuscinetto) x map_radius / long_m_per_deg [nota 1, 2]

Nota 1: ricorda, la maggior parte delle funzioni del computer richiede la conversione dei gradi in radianti

Nota 2: i segni sono necessari nei calcoli

Nota 3: i gradi di longitudine ovest sono negativi, est positivi. I gradi di latitudine nord sono positivi, sud negativi.

Trasmettitore e GPS sul lato superiore e ricevitore sul lato profondo

Nel caso in cui il trasmettitore sia in alto con un GPS localizzato e il ricevitore sia in profondità e i dati GPS possano essere trasferiti in downlink al sistema in profondità, è possibile calcolare la posizione del ricevitore. Il processo è quasi identico al caso precedente, con le posizioni invertite. Le modifiche al caso precedente hanno questo aspetto: 

latitude_tx :: dal GPS co-localizzato con il trasmettitore (in gradi che includono minuti e secondi)

longitude_tx :: dal GPS co-localizzato con il trasmettitore (in gradi che includono minuti e secondi)

lat_m_per_deg = long_m_per_deg x cos (latitude_tx) // metri per grado di latitudine [nota 1] 

latitude_rx = latitude_tx + (sin (rilevamento + 180 °) x map_radius / lat_m_per_deg) [nota 1, 2]

longitude_rx = longitude_tx + (cos (rilevamento + 180 °) x map_radius / long_m_per_deg [nota 1, 2]

Applicazione finestra ROV-locator

Cerulean Sonar fornisce una semplice applicazione Windows per il ROV-Locator che può essere utilizzata per testare i tuoi dispositivi e per installare gli aggiornamenti del firmware. 

Connessione e configurazione

L’app ROV-Locator presuppone che il trasmettitore sia connesso all’unità deepside e che l’unità deepside fornisca alimentazione ma potrebbe non comunicare con il trasmettitore. Si presume inoltre che il ricevitore sia in alto e che sia opzionalmente posizionato insieme a un’unità GPS. 

L’applicazione ROV-Locator presuppone che il ricevitore sia collegato al computer Windows utilizzando un adattatore USB FTDI TTL 5V. Il dispositivo BLUART Blue Robotics è equivalente al cavo FDI.

Il cavo BLUART o FTDI si registrerà con un PC quando è collegato inizialmente e successivamente proverà a utilizzare sempre la stessa porta COM assegnata inizialmente. Per essere chiari, l’assegnazione della porta COM si associa allo specifico cavo FTDI o scheda BLUART, non al ricevitore. Tieni traccia del numero di porta COM; renderà la tua vita solo un po ‘più facile. 

Dispositivi GPS compatibili

L’app ROV-Locator è compatibile con qualsiasi GPS che:

• si collega a un PC,
• emula una porta COM
• invia a 115.200 baud, 8 bit di dati, 1 bit di stop
• emette la frase standard $ GPRMC NMEA-0183

Abbiamo testato il GPS / GLONASS U-blox7 (115.200 baud) con l’applicazione ROV-Locator. 

Abbiamo testato il ricevitore GPS USB GlobalSat BU-353S4 (4800 baud) con l’applicazione ROV-Locator.

Abbiamo testato il dongle GPS USB VK-162 G-Mouse (115.200 baud) con l’applicazione ROV-Locator.

Anche molte altre unità GPS dovrebbero essere adatte.

Il GPS è opzionale e viene utilizzato solo per la visualizzazione della mappa. Se non è disponibile alcun GPS, la visualizzazione della mappa ROV-Locator presuppone che il ricevitore si trovi a (0,0) latitudine-longitudine e che il ricevitore non si muova.

Database punti conosciuti

Se viene utilizzato un GPS, è possibile caricare un database di punti noti nel ROV-Locator e i punti noti verranno visualizzati sulla mappa insieme alla posizione del ricevitore e del trasmettitore se si trovano nei limiti della visualizzazione della mappa corrente. ROV-Locator trova il database cercando il file “Known Points.txt” sul desktop e, se trovato, lo carica automaticamente.

Pannello principale ROV-Locator

Visualizzazione mappa ROV-Locator

Il display MAP è una semplice interfaccia che mostra la relazione geografica del trasmettitore con il ricevitore. Il display mostra l’icona del ricevitore al centro del quadrante (quadratino blu) e la relazione con l’icona del trasmettitore (quadrato viola). I piccoli cerchi rossi sono la traccia del ricevitore. La latitudine / lunghezza del trasmettitore (in gradi) è mostrata sotto l’icona del trasmettitore.

Se non è collegato alcun GPS, si presume che il ricevitore sia a lat / long (0,0). Se è collegato un GPS, il centro del quadrante è la posizione GPS corrente. Man mano che il GPS si muove (o il fix va alla deriva), il display mostrerà la sua traccia sotto forma di piccoli cerchi blu.  

Gli oggetti nel database dei punti noti descritti in precedenza appariranno sul display se si trovano nel raggio d’azione. 

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