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Fournisseurs: GNSS/INS
SBG Systems
Solutions avancées de navigation inertielle, de mouvement et de positionnement pour les applications marines
Platinum Partner
Advanced Navigation
Capteurs inertiels et systèmes de positionnement acoustique de haute précision pour applications marines, maritimes et offshore
Platinum Partner
Xsens
Modules de détection inertielle compacts haute performance pour applications maritimes et sous-marines
Gold Partner
Micro Magic
Systèmes de détection inertielle de qualité marine pour les industries offshore et sous-marines
Gold Partner
GNSS/INS pour les systèmes de navigation marine et maritime
Les technologies GNSS/INS, également connues sous le nom de technologies GPS/INS, fournissent un positionnement et une navigation précis pour les navires maritimes et marins, améliorant ainsi la sécurité, l’efficacité et l’autonomie dans divers environnements opérationnels. Les solutions intégrées GNSS (Global Navigation Satellite System) et INS (Inertial Navigation System) sont de plus en plus essentielles pour les opérations où une connaissance géospatiale précise est indispensable, même dans des environnements où le GNSS est indisponible, comme sous l’eau ou à proximité d’infrastructures côtières complexes.
Ces systèmes combinent la précision globale de la navigation par satellite avec la précision locale des capteurs inertiels. Cette fusion garantit des données fiables en temps réel sur la position, l’orientation et la vitesse des plateformes avec ou sans équipage opérant à la surface ou sous la surface de l’océan. Ces systèmes prennent en charge toutes les opérations, de la cartographie des fonds marins à l’amarrage autonome, et sont essentiels pour permettre des opérations maritimes intelligentes dans les domaines commercial et militaire.
Applications GNSS/INS sous-marines et maritimes
GNSS-INS numérique FOG Boreas D90 par Advanced Navigation
Les systèmes GNSS/INS sont utilisés dans de nombreuses applications maritimes, fournissant des données de navigation et d’orientation de haute précision aux navires et aux plateformes opérant dans des environnements complexes ou dynamiques. Voici quelques exemples d’utilisation courants :
Levés hydrographiques et bathymétriques
Les systèmes GNSS/INS de qualité topographique sont utilisés dans les opérations de sondeurs multifaisceaux et monofaisceaux, fournissant des données de profondeur géoréférencées précises pour la caractérisation des fonds marins, le dragage et la planification des infrastructures.
GNSS/INS pour les véhicules télécommandés (ROV)
Les ROV chargés de l’inspection, de la maintenance ou du sauvetage des câbles s’appuient sur des données GNSS/INS étroitement couplées, relayées par des navires de surface, pour maintenir leur position et exécuter des mouvements contrôlés.
GNSS/INS pour les véhicules sous-marins autonomes (AUV)
Les AUV utilisent des systèmes inertiels embarqués et des repères GNSS occasionnels à la surface ou via des modems acoustiques pour naviguer dans des environnements sous-marins complexes où le GNSS est indisponible.
GNSS/INS pour les navires de surface sans équipage (USV)
Permet la navigation autonome par points de cheminement, le maintien en position et l’évitement dynamique pour les USV utilisés dans le cadre d’études, de missions de sécurité et de surveillance environnementale.
Navigation maritime et prévention des collisions
Les grands navires utilisent des systèmes de navigation intégrés pour assurer la sécurité des itinéraires, l’accostage et la prévention des collisions dans des conditions de congestion ou de faible visibilité.
Dragage et opérations portuaires
Le positionnement précis corrigé par INS améliore le suivi de la tête de dragage, la gestion des sédiments et l’alignement des infrastructures portuaires.
Surveillance des actifs offshore
Contribue à la stabilisation et au suivi des plates-formes flottantes, des grues et des réseaux de capteurs utilisés dans les installations offshore de pétrole et de gaz, d’énergie éolienne et d’énergie marine.
De nombreuses opérations utilisent le GNSS/INS en combinaison avec les systèmes d’identification automatique (AIS), les services de trafic maritime (VTS) et les sonars pour une connaissance complète du domaine maritime.
Types et architectures des systèmes GNSS/INS
Permet la navigation autonome par points de cheminement, le maintien en position et l’évitement dynamique pour les USV utilisés dans le cadre d’études, de missions de sécurité et de surveillance environnementale.
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GNSS/INS compact et performant de SBG Systems.
Système INS tactique basé sur IMU : systèmes construits autour de capteurs MEMS tactiques ou de capteurs FOG compacts. Ils offrent un bon compromis entre précision, faible consommation et format compact, ce qui les rend courants dans les USV, les petits AUV et les équipements de levé portables.
- INS de qualité topographique : intègre des gyroscopes FOG ou laser annulaires haute performance, permettant une précision de l’ordre du centimètre lorsqu’ils sont combinés avec des données de correction RTK. Largement utilisé dans les levés hydrographiques, les opérations ROV et les tâches de géoréférencement de précision.
- Unités embarquées de haute précision : modules GNSS/INS compacts intégrés dans des systèmes électroniques de contrôle ou des charges utiles, optimisés pour les ROV, les AUV, les UAV et les capsules de capteurs où l’espace est limité.
- Systèmes EGI (GPS/INS embarqués) : généralement déployés dans les systèmes de défense, maritimes et aérospatiaux, ils combinent des IMU robustes avec un GNSS sécurisé et anti-brouillage pour la navigation et le ciblage critiques.
- Systèmes maritimes à fixation rigide : conceptions à semi-conducteurs sans pièces mobiles, offrant une robustesse dans les environnements hautement dynamiques et une résistance aux chocs mécaniques et aux vibrations.
- Modules AHRS : les systèmes de référence d’attitude et de cap fournissent des données d’orientation en temps réel et sont souvent intégrés à des GNSS/INS dans les plateformes maritimes pour assurer la stabilisation, le cap automatique et le contrôle des navires.
Les architectures de couplage définissent la manière dont l’intégration des données est gérée :
- Couplage lâche : les données GNSS et INS sont traitées indépendamment et fusionnées à un niveau supérieur. Plus simple, mais moins résistant dans les environnements difficiles.
- Couplage étroit : les données brutes du signal GNSS et les sorties INS sont combinées directement, ce qui permet la navigation même avec moins de quatre signaux satellites.
- Couplage profond ou ultra-étroit : intègre les boucles de suivi des signaux GNSS aux données inertielles, améliorant ainsi la résilience contre le brouillage et l’usurpation.
Facteurs et indicateurs de performance
Les performances du système sont évaluées selon plusieurs critères clés :
- Précision de positionnement : les systèmes haut de gamme atteignent une précision inférieure au mètre, voire au centimètre, grâce aux corrections RTK ou PPP. La précision peut être affectée par les pertes de signal GNSS, mais elle est stabilisée par l’INS.
- Précision de l’attitude : les mesures du roulis, du tangage et du lacet sont essentielles pour l’orientation de la plate-forme, en particulier lors de mouvements dynamiques.
- Résolution de cap : particulièrement importante pour l’amarrage, la pose de câbles sous-marins et la navigation à proximité d’obstacles.
- Latence et taux de mise à jour : une sortie de données à haute fréquence est nécessaire pour les boucles de contrôle en temps réel dans les systèmes autonomes.
- Robustesse : les systèmes sont évalués en termes de résistance aux chocs, aux vibrations, à la température et à la compatibilité électromagnétique (CEM), en particulier dans les déploiements navals.
- Normes de performance de l’OMI : pour les équipements GNSS embarqués sur les navires commerciaux.
- NMEA 0183 / NMEA 2000 : protocoles de communication pour l’électronique marine.
- MIL-STD-810 et MIL-STD-461 : normes environnementales et électromagnétiques pour les plateformes navales et de défense.
- STANAG 4576 : définit les paramètres et les formats INS pour les forces de l’OTAN.
- Protocoles RTCM SC-104 et NTRIP : utilisés pour la transmission en temps réel des données de correction GNSS.
- Fusion des capteurs avec le sonar et le DVL : pour une navigation sous-marine et une cartographie des fonds marins améliorées.
- Liaison avec les pilotes automatiques et les propulseurs : pour permettre un positionnement dynamique et des manœuvres précises lors de l’accostage ou du déploiement d’équipements.
- Systèmes de gestion de mission : les données GNSS/INS en temps réel alimentent les planificateurs de mission autonomes et les ordinateurs de navigation.
- Plateformes de gestion de flotte : utilisation des données GNSS/INS pour la surveillance centralisée, l’optimisation des itinéraires et la coordination opérationnelle entre les groupes de navires.
- Tableaux de bord de connaissance de la situation : fournissent aux équipages de navigation ou aux opérateurs à distance des données géospatiales fusionnées, des alertes et des diagnostics.
- Apprentissage automatique pour la fusion de capteurs : des techniques de fusion basées sur l’IA sont en cours de développement afin d’améliorer la robustesse dans des conditions dégradées ou défavorables.
- IMU compactes et hautement précises : elles permettent d’obtenir des performances SWaP-C plus strictes pour les petites plateformes sans équipage.
- Redondance multicapteurs : combinaison de plusieurs récepteurs GNSS, IMU et capteurs auxiliaires pour fournir des capacités de basculement dans les missions critiques.
- Recherche sur la navigation sans GNSS : exploration d’approches hybrides utilisant des magnétomètres, la localisation par vision et la détection inertielle.
- Cybersécurité et renforcement : amélioration de la protection contre le brouillage, l’usurpation d’identité et les cyberintrusions, en particulier dans les systèmes de défense et à double usage.
Les systèmes haut de gamme peuvent également inclure des fonctions anti-usurpation, d’atténuation des interférences et de redondance grâce à plusieurs constellations GNSS ou capteurs auxiliaires.
Normes réglementaires et industrielles
Les solutions GNSS/INS utilisées dans les environnements maritimes sont souvent conformes aux normes internationales et de défense. Il s’agit notamment des normes suivantes :
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Le respect de ces normes garantit l’interopérabilité des systèmes, la sécurité des missions et la sécurité de la navigation dans les eaux internationales.
Intégration avec les systèmes maritimes
Les systèmes GNSS/INS modernes sont de plus en plus intégrés à d’autres sous-systèmes des navires pour l’échange, le contrôle et la surveillance des données en temps réel. Voici quelques exemples :
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L’interopérabilité est améliorée par des bus de données standardisés (par exemple, CAN, Ethernet), des API logicielles et des architectures matérielles modulaires.
Développements et tendances futurs
À mesure que les opérations maritimes deviennent plus autonomes et axées sur les données, les technologies GNSS/INS évoluent pour répondre à des attentes plus élevées en matière de précision, de résilience et d’intégration :
Il est essentiel de poursuivre les progrès en matière de GNSS/INS afin d’accroître l’autonomie, la sécurité et la connaissance de la situation dans les domaines maritimes à l’échelle mondiale.
