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Fornitori: GNSS/INS
SBG Systems
Soluzioni avanzate di navigazione inerziale, movimento e posizionamento per applicazioni marine
Platinum Partner
Advanced Navigation
Sensori inerziali e sistemi di posizionamento acustico ad alta precisione per applicazioni marine, marittime e offshore
Platinum Partner
Xsens
Moduli di rilevamento inerziale compatti ad alte prestazioni per applicazioni marine e sottomarine
Gold Partner
Micro Magic
Sistemi di rilevamento inerziale di grado marino per le industrie offshore e sottomarine
Gold Partner
GNSS/INS per sistemi di navigazione marina e marittima
Le tecnologie GNSS/INS, note anche come GPS/INS, forniscono posizionamento e navigazione precisi per imbarcazioni e navi, migliorando la sicurezza, l’efficienza e l’autonomia in diversi ambienti operativi. Le soluzioni integrate GNSS (Global Navigation Satellite System) e INS (Inertial Navigation System) sono sempre più fondamentali per le operazioni in cui è essenziale una conoscenza geospaziale accurata, anche in ambienti in cui il GNSS non è disponibile, come sott’acqua o in prossimità di infrastrutture costiere complesse.
Questi sistemi combinano la precisione globale della navigazione satellitare con l’accuratezza locale dei sensori inerziali. Questa fusione garantisce dati affidabili in tempo reale su posizione, orientamento e velocità per piattaforme con o senza equipaggio che operano sulla superficie oceanica o al di sotto di essa. Questi sistemi supportano ogni tipo di attività, dalla mappatura dei fondali marini all’attracco autonomo, e sono fondamentali per consentire operazioni marine intelligenti sia in ambito commerciale che militare.
Applicazioni GNSS/INS sottomarine e marine
Boreas D90 digital FOG GNSS-INS di Advanced Navigation
I sistemi GNSS/INS sono utilizzati in numerose applicazioni marine, fornendo dati di navigazione e orientamento ad alta precisione per imbarcazioni e piattaforme che operano in contesti complessi o dinamici. Tra i casi d’uso tipici figurano:
Rilevamenti idrografici e batimetrici
I sistemi GNSS/INS di livello topografico sono utilizzati nelle operazioni con ecoscandagli multibeam e single-beam, fornendo dati di profondità georeferenziati accurati per la caratterizzazione dei fondali marini, il dragaggio e la pianificazione delle infrastrutture.
GNSS/INS per veicoli telecomandati (ROV)
Gli ROV che effettuano ispezioni, manutenzione o recupero di cavi si affidano a dati GNSS/INS strettamente correlati, trasmessi da imbarcazioni di superficie, per mantenere la posizione ed eseguire movimenti controllati.
GNSS/INS per veicoli subacquei autonomi (AUV)
Gli AUV utilizzano sistemi inerziali integrati e occasionali rilevamenti GNSS in superficie o tramite modem acustici per navigare in missioni complesse in ambienti subacquei privi di GNSS.
GNSS/INS per imbarcazioni di superficie senza equipaggio (USV)
Consente la navigazione autonoma con waypoint, il mantenimento della posizione e l’evitamento dinamico per gli USV utilizzati in attività di rilevamento, sicurezza e monitoraggio ambientale.
Navigazione navale ed evitamento delle collisioni
Le navi di grandi dimensioni utilizzano sistemi di navigazione integrati per garantire rotte sicure, attracchi e prevenzione delle collisioni in condizioni di traffico intenso o scarsa visibilità.
Dragaggio e operazioni portuali
Il posizionamento accurato corretto dall’INS migliora il tracciamento della testa di dragaggio, la gestione dei sedimenti e l’allineamento delle infrastrutture portuali.
Monitoraggio delle risorse offshore
Aiuta nella stabilizzazione e nel tracciamento di piattaforme galleggianti, gru e array di sensori utilizzati negli impianti offshore di petrolio e gas, eolici e di energia marina.
Molte operazioni utilizzano il GNSS/INS in combinazione con i sistemi di identificazione automatica (AIS), i servizi di traffico navale (VTS) e i sonar per una conoscenza completa del dominio marittimo.
Tipi e architetture dei sistemi GNSS/INS
Consente la navigazione autonoma con waypoint, il mantenimento della posizione e l’evitamento dinamico per gli USV utilizzati in attività di rilevamento, sicurezza e monitoraggio ambientale.
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GNSS/INS compatto ad alte prestazioni di SBG Systems.
INS basato su IMU di livello tattico: sistemi costruiti attorno a sensori MEMS di livello tattico o sensori FOG compatti. Questi sistemi bilanciano la precisione con un basso consumo energetico e un fattore di forma ridotto, rendendoli comuni negli USV, nei piccoli AUV e nelle apparecchiature di rilevamento portatili.
- INS di livello topografico: incorpora giroscopi FOG o laser ad anello ad alte prestazioni, che consentono una precisione a livello centimetrico se combinati con dati di correzione RTK. Ampiamente utilizzato in rilievi idrografici, operazioni ROV e attività di georeferenziazione di precisione.
- Sistemi EGI (GPS/INS integrati): tipicamente utilizzati in sistemi di difesa, marittimi e aerospaziali, combinano IMU robuste con GNSS sicuro e anti-jamming per la navigazione e il targeting mission-critical.
- Sistemi marini strapdown: design a stato solido senza parti mobili, che offrono robustezza in ambienti altamente dinamici e resistenza agli urti meccanici e alle vibrazioni.
- Moduli AHRS: i sistemi di riferimento di assetto e direzione forniscono dati di orientamento in tempo reale e sono spesso integrati con GNSS/INS nelle piattaforme marine per supportare la stabilizzazione, la direzione automatica e il controllo delle imbarcazioni.
Unità integrate ad alta precisione: moduli GNSS/INS compatti integrati nell’elettronica di controllo o nei carichi utili, ottimizzati per ROV, AUV, UAV e pod sensori dove lo spazio è limitato.
Le architetture di accoppiamento definiscono le modalità di gestione dell’integrazione dei dati:
- Accoppiamento libero: i dati GNSS e INS vengono elaborati in modo indipendente e fusi a un livello superiore. Più semplice ma meno resiliente in ambienti difficili.
- Accoppiamento stretto: i dati grezzi del segnale GNSS e gli output INS vengono combinati direttamente, consentendo la navigazione anche con meno di quattro segnali satellitari.
- Accoppiamento profondo o ultra stretto: integra i loop di tracciamento del segnale GNSS con i dati inerziali, migliorando la resilienza contro il jamming e lo spoofing.
Fattori e metriche di prestazione
Le prestazioni del sistema vengono valutate in base a diversi parametri chiave:
- Precisione di posizionamento: i sistemi di fascia alta raggiungono una precisione da sub-metrica a centimetrica utilizzando correzioni RTK o PPP. La precisione può diminuire in caso di interruzione del segnale GNSS, ma viene stabilizzata dall’INS.
- Precisione dell’assetto: le misurazioni di rollio, beccheggio e imbardata sono fondamentali per l’orientamento della piattaforma, in particolare durante i movimenti dinamici.
- Risoluzione della direzione: particolarmente importante per l’attracco, la posa di cavi sottomarini e la navigazione in prossimità di ostacoli.
- Robustezza: i sistemi vengono valutati in base a urti, vibrazioni, temperatura e compatibilità elettromagnetica (EMC), in particolare nelle applicazioni navali.
- Standard di prestazione IMO: per le apparecchiature GNSS installate su navi commerciali.
- NMEA 0183 / NMEA 2000: protocolli di comunicazione per l’elettronica marina.
- MIL-STD-810 e MIL-STD-461: standard ambientali ed elettromagnetici per piattaforme navali e di difesa.
- Protocolli RTCM SC-104 e NTRIP: utilizzati per la trasmissione in tempo reale dei dati di correzione GNSS.
- Fusione dei sensori con sonar e DVL: per una migliore navigazione subacquea e mappatura dei fondali marini.
- Collegamento con autopiloti e propulsori: per consentire il posizionamento dinamico e manovre precise durante l’attracco o l’utilizzo delle attrezzature.
- Sistemi di gestione delle missioni: i dati GNSS/INS in tempo reale alimentano i pianificatori di missione autonomi e i computer di navigazione.
- Pannelli di controllo della consapevolezza situazionale: forniscono agli equipaggi di navigazione o agli operatori remoti dati geospaziali integrati, avvisi e diagnostica.
- Apprendimento automatico per la fusione dei sensori: sono in fase di sviluppo tecniche di fusione basate sull’intelligenza artificiale per migliorare la robustezza in condizioni degradate o negate.
- IMU compatte ad alta precisione: consentono prestazioni SWaP-C più rigorose per piccole piattaforme senza equipaggio.
- Ridondanza multisensore: combinazione di più ricevitori GNSS, IMU e sensori ausiliari per fornire capacità di failover in missioni critiche.
- Ricerca sulla navigazione in assenza di GNSS: esplorazione di approcci ibridi che utilizzano magnetometri, localizzazione basata sulla visione e rilevamento inerziale.
- Cybersecurity e rafforzamento: potenziamento della protezione contro jamming, spoofing e intrusioni informatiche, in particolare nei sistemi di difesa e a duplice uso.
Latenza e frequenza di aggiornamento: l’output di dati ad alta frequenza è necessario per i circuiti di controllo in tempo reale nei sistemi autonomi.
I sistemi di fascia alta possono anche includere funzioni anti-spoofing, mitigazione delle interferenze e ridondanza attraverso più costellazioni GNSS o sensori ausiliari.
Norme regolamentari e industriali
Le soluzioni GNSS/INS utilizzate in ambienti marittimi sono spesso conformi agli standard internazionali e di difesa. Questi includono:
STANAG 4576: definisce i parametri e i formati INS per le forze NATO.
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La conformità garantisce l’interoperabilità del sistema, la sicurezza della missione e la sicurezza della navigazione nelle acque internazionali.
Integrazione con i sistemi marini
I moderni sistemi GNSS/INS sono sempre più integrati con altri sottosistemi delle imbarcazioni per lo scambio, il controllo e il monitoraggio dei dati in tempo reale. Alcuni esempi includono:
Piattaforme di gestione della flotta: utilizzo dei dati GNSS/INS per il monitoraggio centralizzato, l’ottimizzazione delle rotte e il coordinamento operativo tra i gruppi di imbarcazioni.
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L’interoperabilità è migliorata da bus dati standardizzati (ad esempio CAN, Ethernet), API software e architetture hardware modulari.
Sviluppi e tendenze futuri
Man mano che le operazioni marittime diventano più autonome e basate sui dati, le tecnologie GNSS/INS si evolvono per soddisfare aspettative più elevate in termini di precisione, resilienza e integrazione:
Il continuo progresso nel campo GNSS/INS è essenziale per espandere l’autonomia marittima, la sicurezza e la consapevolezza situazionale in tutti i domini oceanici globali.
