【应用】Xsens的MTi-2运动跟踪器助力船舶喷水推进技术，提供了侧倾和俯仰的实时测量

时间： 2020-11-29 来源：XSENS

技术问答

1950年代后期，新西兰海洋技术公司HamiltonJet率先将喷水推进技术应用于中小型船舶。对于在浅水中作业的船只而言，喷水推进器是传统螺旋桨推进器的理想替代品，并迅速获得了在新西兰多条浅水多石河流中穿行的航船船长们的青睐。

从那时起，HamiltonJet已发展成为世界上最大的喷水推进器和控制系统供应商，在全球拥有40％以上的市场份额——出口市场占其销售额的97％左右。其先进的AVX平台为船长辅助和自动驾驶提供了功能扩展的基础，而所有这些功能都依赖于精确而强大的技术来跟踪船只的位置及其在水中的运动。

XSENS的MTi-2 运动跟踪器在该平台中起着至关重要的作用，该跟踪器提供了侧倾和俯仰的实时测量，以使HamiltonJet系统能够将船只的位置固定在水上。本文就是关于HamiltonJet技术，以及MTi运动跟踪器如何在其中发挥作用的故事。

创新的推进系统可确保精确的保持位置

如今，喷水推进技术用于驱动多种服务船，这些服务船需要非常高的机动性，并且得益于高速度下的高效率，或者作业于浅水区。HamiltonJet推进系统的典型用户包括警用巡逻艇，支持风电场的服务船，救援和消防服务船，娱乐和观光船以及军用船。

喷水推进系统与螺旋桨系统之间最明显的区别之一是对推力的方向和功率能够进行快速简便的控制。HamiltonJet推进系统可以在不到两秒钟的时间内完全反转推力方向。

喷水推进器的这种特性使HamiltonJet能够开发出一种先进的系统，用于自动执行“位置保持”功能，这是水手术语，指的是在水面保持不动，同时保持航向恒定。

AVX推进控制系统的可选功能是其JETanchor产品，该产品可用于位置保持或提供“虚拟锚”。Xsens的MTi-2垂直参考单元（VRU）在JETanchor的位置传感系统中起着至关重要的作用。

卫星定位信号误差补偿

JETanchor产品使船长只需按一下按钮就可以使船只稳定。该系统必须知道船只的绝对位置。当然，用于监测目标位置的技术是现成的：全球导航卫星系统（GNSS）定位信号具有高准确性和高精度。

JETanchor系统使用双卫星接收器。每个组件都安装在桅杆上，以保持对全球定位系统（GPS）星座的清晰视线。卫星接收器提供精确到几十厘米的位置数据，以及船只运动时的关于航向及速度的可靠数据。

然而，尽管双GPS信号的精确度很高，但它们不足以使JETanchor系统满足HamiltonJet为其推进控制产品设定的高性能标准，这主要是由于水上运行的特性。在海上，风和浪的运动使船只几乎不停摇晃。没有系泊的船永远不会完全静止。

GPS接收器在桅杆上方的安装位置会放大侧倾和俯仰的影响。在大风浪中，尽管船体的死点是保持静止的，但是横摇和俯仰的作用会使安装在高桅杆上的接收器检测到从桅杆运动弧的一侧到另一侧几米远的运动。

换句话说，桅杆的这种摆动将误差引入到GPS信号中。MTi-2 VRU的作用是测量船体的侧倾和俯仰。一旦将GPS接收器和VRU的安装位置编程到AVX控制系统中，复杂的JETanchor算法将实时运行计算，以消除由于水的运动而引起的GPS信号误差，从而产生准确的位置信号。然后，这使喷水推进系统能够以每秒十次的速度微调船体在水面上的位置。

HamiltonJet高级系统工程师CJ Johansson表示，船只航行在水面上，振动现象几乎一直存在，影响了安装在船舶上的运动跟踪器的运行，Xsens VRU的一个重要性能是，即使在受到振动的情况下，其测量准确性依然很稳定。他说，“Xsens在其传感器模块中采用了非常有效的卡尔曼滤波技术，可自动抵消波浪对船体的影响或船用发动机的运行等现象引起的随机振动的影响。这种振动过滤意味着我们可以放心使用MTi-2运动跟踪器的侧倾和俯仰信号输出。它还使主要AVX控制系统可以自由执行其主要控制功能，而不必执行侧倾/俯仰信号的误差补偿。”

MTi-2 VRU的准确性和稳定性对于JETanchor产品获得高性能起着至关重要的作用。它通常可以将船只的位置保持在海上1m以内。系统测试表明，用起重机将1吨重的砖块提升到岸上时，该系统能够将货船稳定保持在距码头1m处。

HamiltonJet公司首席执行官Ben Reed说：“我们开发JETanchor产品的目标是为主流船只引入位置保持系统。在大型商船和渡轮中，位置保持是一项功能，安装成本可能高达50万美元。 JETanchor的价格通常不到此价格的10％，但其在喷水推进系统中的性能可与更昂贵的系统相媲美。JETanchor出色的性能是对我们工程团队的技巧和独创性以及其内部技术质量（包括Xsens提供的价格合理但高性能的MTi运动跟踪器）的致敬。”

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