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Fornecedores: GNSS/INS
SBG Systems
Soluções avançadas de navegação inercial, movimento e posicionamento para aplicações marítimas
Platinum Partner
Advanced Navigation
Sensores inerciais e sistemas de posicionamento acústico de alta precisão para aplicações marítimas, marítimas e offshore
Platinum Partner
Xsens
Módulos de detecção inercial compactos de alto desempenho para aplicações marítimas e submarinas
Gold Partner
Micro Magic
Sistemas de deteção inercial de nível marítimo para as indústrias offshore e submarinas
Gold Partner
GNSS/INS para sistemas de navegação marítima e naval
GNSS/INS – também conhecidas como tecnologias GPS/INS, fornecem posicionamento e navegação precisos para embarcações marítimas e navais, aumentando a segurança, a eficiência e a autonomia em diversos ambientes operacionais. As soluções integradas do Sistema Global de Navegação por Satélite (GNSS) e do Sistema de Navegação Inercial (INS) são cada vez mais críticas para operações em que o conhecimento geoespacial preciso é essencial, mesmo em ambientes sem GNSS, como debaixo d’água ou perto de infraestruturas costeiras complexas.
Esses sistemas combinam a precisão global da navegação por satélite com a precisão local dos sensores inerciais. Essa fusão garante dados confiáveis em tempo real sobre posição, orientação e velocidade para plataformas tripuladas e não tripuladas que operam na superfície ou abaixo da superfície do oceano. Esses sistemas oferecem suporte a tudo, desde o mapeamento do fundo do mar até a atracação autônoma, e são vitais para permitir operações marítimas inteligentes em ambientes comerciais e de defesa.
Aplicações GNSS/INS submarinas e marítimas
GNSS-INS digital FOG Boreas D90 da Advanced Navigation
Os sistemas GNSS/INS são utilizados em muitas aplicações marítimas, fornecendo dados de navegação e orientação de alta precisão para embarcações e plataformas que operam em ambientes complexos ou dinâmicos. Os casos de uso típicos incluem:
Levantamentos hidrográficos e batimétricos
Os sistemas GNSS/INS de nível de levantamento são utilizados em operações de sondagem multifeixe e monofeixe, fornecendo dados de profundidade georreferenciados precisos para caracterização do leito marinho, dragagem e planeamento de infraestruturas.
GNSS/INS para veículos operados remotamente (ROVs)
Os ROVs que realizam inspeção, manutenção ou salvamento de cabos dependem de dados GNSS/INS estreitamente acoplados, retransmitidos a partir de embarcações de superfície, para manter a posição e executar movimentos controlados.
GNSS/INS para veículos subaquáticos autónomos (AUVs)
Os AUVs utilizam sistemas inerciais incorporados e fixações GNSS ocasionais na superfície ou através de modems acústicos para navegar em missões complexas em ambientes subaquáticos sem GNSS.
GNSS/INS para embarcações de superfície não tripuladas (USVs)
Permite a navegação autónoma por pontos de referência, manutenção de posição e evasão dinâmica para USVs utilizados em levantamentos, segurança e monitorização ambiental.
Navegação de navios e prevenção de colisões
Os navios de grande porte utilizam sistemas de navegação integrados para rotas seguras, atracação e prevenção de colisões em condições de congestionamento ou baixa visibilidade.
Dragagem e operações portuárias
O posicionamento preciso corrigido por INS melhora o rastreamento da cabeça de dragagem, o gerenciamento de sedimentos e o alinhamento da infraestrutura portuária.
Monitorização de ativos offshore
Ajuda na estabilização e rastreamento de plataformas flutuantes, guindastes e conjuntos de sensores usados em instalações offshore de petróleo e gás, energia eólica e energia marinha.
Muitas operações utilizam GNSS/INS em combinação com Sistemas de Identificação Automática (AIS), serviços de tráfego marítimo (VTS) e sonares para uma consciência abrangente do domínio marítimo.
Tipos e arquiteturas de sistemas GNSS/INS
Permite a navegação autónoma por pontos de referência, manutenção de estações e evasão dinâmica para USVs utilizados em levantamentos, segurança e monitorização ambiental.
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GNSS/INS compacto e de alto desempenho da SBG Systems.
INS baseado em IMU de nível tático: Sistemas construídos em torno de sensores MEMS de nível tático ou sensores FOG compactos. Estes equilibram precisão com baixo consumo de energia e formato pequeno, tornando-os comuns em USVs, pequenos AUVs e equipamentos de levantamento portáteis.
- INS de nível de levantamento: incorpora FOG ou giroscópios a laser em anel de alto desempenho, permitindo precisão em nível de centímetros quando combinado com dados de correção RTK. Amplamente utilizado em levantamentos hidrográficos, operações ROV e tarefas de georreferenciamento de precisão.
- Unidades incorporadas de alta precisão: Módulos GNSS/INS compactos integrados em eletrónica de controlo ou cargas úteis, otimizados para ROVs, AUVs, UAVs e cápsulas de sensores onde o espaço é limitado.
- Sistemas EGI (GPS/INS incorporados): Normalmente utilizados em sistemas de defesa, marítimos e aeroespaciais, combinando IMUs robustas com GNSS seguro e anti-interferência para navegação e direcionamento críticos para a missão.
- Sistemas marítimos strapdown: projetos de estado sólido sem peças móveis, oferecendo robustez em ambientes altamente dinâmicos e resistência a choques mecânicos e vibrações.
- Módulos AHRS: Os sistemas de referência de atitude e rumo fornecem dados de orientação em tempo real e são frequentemente integrados com GNSS/INS em plataformas marítimas para apoiar a estabilização, o rumo automático e o controlo de embarcações.
As arquiteturas de acoplamento definem como a integração de dados é gerida:
- Acoplamento flexível: os dados GNSS e INS são processados independentemente e fundidos em um nível superior. Mais simples, mas menos resiliente em ambientes desafiadores.
- Acoplamento estreito: os dados brutos do sinal GNSS e as saídas INS são combinados diretamente, permitindo a navegação mesmo com menos de quatro sinais de satélite.
- Acoplamento profundo ou ultra-estreito: integra loops de rastreamento de sinal GNSS com dados inerciais, aumentando a resiliência contra interferências e falsificações.
Fatores e métricas de desempenho
O desempenho do sistema é avaliado em várias dimensões principais:
- Precisão da posição: os sistemas de ponta alcançam precisão de submétro a centímetro usando correções RTK ou PPP. A precisão pode diminuir com a perda do GNSS, mas é estabilizada pelo INS.
- Precisão da atitude: as medições de rotação, inclinação e guinada são críticas para a orientação da plataforma, especialmente durante movimentos dinâmicos.
- Resolução de rumo: Especialmente importante para acoplamento, instalação de cabos subaquáticos e navegação perto de obstáculos.
- Latência e taxa de atualização: A saída de dados de alta frequência é necessária para loops de controlo em tempo real em sistemas autónomos.
- Robustez: os sistemas são avaliados quanto a choques, vibrações, temperatura e compatibilidade eletromagnética (EMC), especialmente em implantações navais.
Os sistemas de ponta também podem incluir anti-spoofing, mitigação de interferência e redundância por meio de múltiplas constelações GNSS ou sensores auxiliares.
Normas regulamentares e industriais
As soluções GNSS/INS utilizadas em ambientes marítimos estão frequentemente em conformidade com normas internacionais e de defesa. Estas incluem:
- Normas de desempenho da IMO: para equipamentos GNSS embarcados em navios comerciais.
- NMEA 0183 / NMEA 2000: Protocolos de comunicação para equipamentos eletrónicos marítimos.
- MIL-STD-810 e MIL-STD-461: Normas ambientais e eletromagnéticas para plataformas navais e de defesa.
- STANAG 4576: Define parâmetros e formatos INS para as forças da OTAN.
- Protocolos RTCM SC-104 e NTRIP: utilizados para transmissão de dados de correção GNSS em tempo real.
A adesão garante a interoperabilidade do sistema, a garantia da missão e a segurança da navegação em águas internacionais.
Integração com sistemas marítimos
Os sistemas GNSS/INS modernos estão cada vez mais integrados com outros subsistemas de embarcações para troca, controlo e monitorização de dados em tempo real. Exemplos incluem:
- Fusão de sensores com sonar e DVL: para melhorar a navegação subaquática e o mapeamento do fundo do mar.
- Ligação a pilotos automáticos e propulsores: permite o posicionamento dinâmico e manobras precisas durante a atracação ou a implantação de equipamentos.
- Sistemas de gestão de missões: dados GNSS/INS em tempo real alimentam planejadores de missões autônomos e computadores de navegação.
- Plataformas de gestão de frotas: utilizam dados GNSS/INS para monitorização centralizada, otimização de rotas e coordenação operacional entre grupos de embarcações.
- Painéis de consciência situacional: fornecem às tripulações de navegação ou operadores remotos dados geoespaciais fusionados, alertas e diagnósticos.
A interoperabilidade é aprimorada por barramentos de dados padronizados (por exemplo, CAN, Ethernet), APIs de software e arquiteturas de hardware modulares.
Desenvolvimentos e tendências futuras
À medida que as operações marítimas se tornam mais autónomas e orientadas por dados, as tecnologias GNSS/INS estão a evoluir para atender às expectativas mais elevadas de precisão, resiliência e integração:
- Aprendizagem automática para fusão de sensores: técnicas de fusão baseadas em IA estão a ser desenvolvidas para melhorar a robustez em condições degradadas ou negadas.
- IMUs compactas de alta precisão: permitindo um desempenho SWaP-C mais rigoroso para pequenas plataformas não tripuladas.
- Redundância multissensor: combinando vários recetores GNSS, IMUs e sensores auxiliares para fornecer recursos de failover em missões críticas.
- Pesquisa de navegação sem GNSS: Exploração de abordagens híbridas usando magnetómetros, localização baseada em visão e sensores inerciais.
- Cibersegurança e fortalecimento: Aumentar a proteção contra interferências, falsificações e invasões cibernéticas, especialmente em sistemas de defesa e de dupla utilização.
O avanço contínuo em GNSS/INS é essencial para expandir a autonomia marítima, a segurança e a consciência situacional em todos os domínios oceânicos globais.
