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IMU-Klassen
Eine Inertial Measurement Unit (IMU) besteht aus drei orthogonalen Gyroskopen und drei Beschleunigungssensoren, die die Winkelgeschwindigkeit ω und die spezifische Kraft f messen. Hersteller klassifizieren IMUs anhand der Sensorfehler-Eigenschaften statt der mechanischen Konstruktion in Leistungsklassen. Diese IMU-Klassen bestimmen die erreichbare Navigationsgenauigkeit, die Driftrate und die Einsatzumgebung.
Zu den wichtigsten IMU-Spezifikationen gehören Bias-Instabilität, Winkelnuschuß (ARW), Geschwindigkeitsrauschen (VRW), Skalenfaktorfehler, Nichtlinearität, Bandbreite und Temperaturempfindlichkeit. Der Gyroskop-Bias beeinflusst direkt die Lagetestschätzung, während der Beschleunigungsmesser-Bias nach zweifacher Integration einen Positionsdrift erzeugt.
Der Positionsfehler verhält sich annähernd wie folgt:
wobei ba der Beschleunigungsmesser-Bias und t die verstrichene Zeit ist.
Automotive IMU
Eine Automobil-IMU legt den Schwerpunkt auf Kosten, Robustheit und Großserienfertigung. Ein Automobil-IMU-Sensor unterstützt typischerweise die Fahrzeugdynamik, das elektronische Stabilitätsprogramm, die Koppelnavigation (Dead Reckoning) und fortschrittliche Fahrerassistenzsysteme. Eine IMU in Automobilqualität liefert eine ausreichende Genauigkeit für kurze GNSS-Ausfälle bei gleichzeitig geringem Stromverbrauch.
Industrial-Grade IMU
Die industrietaugliche IMU bietet eine verbesserte Bias-Stabilität und Umweltbeständigkeit. Das Verständnis der Industrietauglichkeit hilft Ingenieuren dabei, Leistung, Zuverlässigkeit und Kosten für Robotik-, Kartierungs-, Schifffahrts- und Automatisierungssysteme in Einklang zu bringen. Die Frage nach der Industrietauglichkeit bezieht sich im Allgemeinen auf Sensoren, die für den Dauerbetrieb unter anspruchsvollen Industriebedingungen ausgelegt sind.
Tactical-Grade IMU
Eine taktische IMU bietet eine deutlich geringere Bias-Instabilität, oft unter 1°/h bei Gyroskopen, was eine präzise Navigation während eines längeren Betriebs ohne GNSS-Verfügbarkeit ermöglicht.
Moderne Navigations-MEMS-IMU-Technologie hat die Leistungslücke zwischen herkömmlichen Faseroptic-Systemen und MEMS-Geräten verringert.
Navigation-Grade IMU
Eine Navigation-Grade IMU integriert Präzisionssensoren mit fortschrittlichen Kalibrierungs- und Kompensationsalgorithmen, um deterministische und stochastische Fehler zu minimieren. Diese Systeme unterstützen typischerweise autonome Fahrzeuge, Hydrographie, luftgestützte Vermessung und Verteidigungsanwendungen.
Strategic-Grade IMU
Die Leistungsklasse mit der höchsten Performance ist die strategische IMU oder der strategische Inertialsensor. Diese Systeme erreichen durch ultrastabile Gyroskope, strenge thermische Regelung und umfangreiche Kalibrierung einen extrem geringen Drift. Sie unterstützen U-Boot-, Raketen-, Raumfahrzeug- und langandauernde autonome Navigationsmissionen.
Letztendlich hängt die Auswahl der geeigneten IMU von der erforderlichen Navigationsgenauigkeit, der Missionsdauer, den Umgebungsbedingungen und den Kosten ab. Die Abstimmung der Sensorleistung auf die Anwendung sorgt für die optimale Balance zwischen Leistung, Zuverlässigkeit und Systemkomplexität.
