KONGSBERG MRU-5

KONGSBERG MRU-5 是康斯伯格海事（Kongsberg Maritime） 公司生产的一款高精度、高完整性运动参考单元。该产品是动力定位（DP）系统、船舶稳定系统、海工起重机运动补偿以及各类需要精确船舶运动感知应用的核心传感器。它采用惯性测量单元（IMU）、全球导航卫星系统（GNSS）接收机和先进传感器融合算法，核心功能是实时、精确地测量并输出船舶在六个自由度上的运动参数，包括升沉（Heave）、横摇（Roll）、纵摇（Pitch）、以及精确的航向（Heading）、位置和速度，为船舶的自动控制和作业安全提供至关重要的动态基准。

应用场景：

在一艘进行深海钻井平台补给作业的动力定位（DP）补给船上，船舶必须在一个固定的地理位置（相对于平台）保持位置，误差不能超过1-2米，同时还要抵消海浪引起的升沉、横摇和纵摇，以确保吊装作业安全。KONGSBERG MRU-5 MRU正是实现这一高难度操作的关键。它持续测量船舶相对于真实水平面和地理北的精确姿态（横摇、纵摇、航向） 和高频升沉运动。这些数据连同GNSS提供的高精度位置信息，被实时馈送至DP控制系统。DP控制系统根据这些反馈，结合风、流传感器数据，计算出对各推进器（全回转推进器、隧道推进器）的精确推力指令，动态抵消环境力的影响，将船舶稳定保持在目标位置和艏向上。没有MRU-5提供的稳定、精确、低延迟的运动数据，DP系统将如同“失明”，无法实现精确的定位控制。

核心参数速览：

技术原理与创新价值：

KONGSBERG MRU-5 的价值在于其将多种传感器数据深度融合，以提供超越任何单一技术的性能。 创新点1：GNSS/INS 深耦合与高精度航向 通过双天线GNSS获得高精度的位置、速度和航向（通过载波相位差分）。这些数据与惯性测量单元提供的高频角速率和加速度数据进行深耦合卡尔曼滤波。GNSS数据校准并抑制IMU的长周期漂移，而IMU数据在GNSS信号短暂中断时提供平滑、连续的导航，并在GNSS更新间隔内提供高频率运动数据。这种融合提供了无与伦比的航向精度和动态响应。 创新点2：高完整性设计与可靠性 作为DP系统的关键传感器，MRU-5设计以满足IMO DP-2 和 DP-3 等级对冗余和故障生存能力的要求。高完整性版本可能采用双IMU核心、双处理器、双电源输入。内部持续进行自诊断和一致性检查，一旦检测到任何子系统的性能下降或故障，能立即向DP控制系统发出警报，并可能自动切换到备用通道，确保运动数据的连续可用性。 创新点3：针对海事环境的优化 设备经过专门设计，能够耐受船舶环境中的高频振动、大范围温度变化、高湿度和盐雾腐蚀。其算法针对船舶特有的低频运动（横摇、纵摇周期）和高频振动（发动机、螺旋桨）进行了优化，能有效分离出真实的船舶姿态运动，为控制系统提供最相关的信息。

应用案例与行业价值：

在一艘大型海上风电安装船上，其800吨绕桩式起重机在进行风机叶片安装时，需要极其精确的运动补偿。起重机的控制系统需要实时知道船体在六个自由度上的精确运动，以驱动绞车和A架进行反方向运动，使吊钩在风中保持相对静止。 应用流程： 船上安装了两套 KONGSBERG MRU-5 MRU（冗余配置）。它们提供的实时升沉、横摇、纵摇数据以100Hz的频率发送给起重机运动补偿系统。补偿系统根据这些数据、吊臂角度和载荷重量，计算出各补偿执行机构（液压缸、绞车）所需的精确位移，在毫秒级内进行动作，抵消船舶运动对吊钩的影响。这使得在有义波高2.5米的海况下，仍能进行毫米级精度的对接作业。 带来的改进： 使用高精度的MRU-5，使该安装船的作业窗口扩大了约30%，能够在更恶劣的海况下安全高效地工作。其高可靠性确保了在长达数周的连续作业中，运动参考数据零中断，保障了每次价值数百万美元的安装作业的成功。项目总监评价：“MRU-5是我们重型起重机作业的‘定海神针’。它的数据稳定得令人难以置信，是我们实现复杂海上安装作业的基石。”

相关产品组合方案：

一套完整的船舶运动感知与定位系统，以 MRU-5 为核心，需要以下组件协同：

· GNSS天线：两个高精度GNSS扼流圈天线，安装在舰桥顶部或桅杆上，确保足够长的基线距离以获得高航向精度。

· 天线电缆与避雷器：低损耗同轴电缆和浪涌保护器，保护MRU免受雷击损害。

· 动力定位（DP）控制系统：如Kongsberg K-Pos DP 系统，是MRU数据的主要消费者。

· 运动补偿系统：用于起重机、ROV收放系统等，接收MRU数据进行主动补偿。

· 船舶网络交换机：工业以太网交换机，用于连接MRU、DP、雷达、电罗经等导航设备。

· 不间断电源（UPS）：为MRU提供纯净、不间断的24V DC电源，防止电压波动或瞬间断电。

· 安装支架与减震座：专用的减震安装基座，以减少高频振动对IMU测量的干扰。

· 配置与诊断软件：Kongsberg 的专用软件，用于初始设置、校准、数据记录和系统诊断。

安装维护与全周期支持：

KONGSBERG MRU-5 的安装是一项专业性极强的工作，必须由经过培训的技术人员进行。关键步骤包括：将MRU本体安装在船舶靠近重心且振动最小的位置（通常在前舱壁或机舱），使用减震基座；将两个GNSS天线安装在同一水平面、尽可能长的基线距离上，并确保前方无遮挡；精确测量并输入天线相对于MRU本体的位置偏移量（杆臂值）。安装后需进行系统校准和海上试航验收测试。 日常维护主要是定期检查天线和电缆的物理状况，通过软件检查设备状态、卫星数量、定位精度和内部诊断信息。建议定期（如每年）进行性能验证。