Eine navigationstaugliche IMU (Inertial Measurement Unit) ist ein Hochleistungs-Bewegungssensor, der dreiaxige Winkelgeschwindigkeiten und dreiaxige Linearbeschleunigungen mit außergewöhnlicher Genauigkeit und Stabilität misst. Sie kombiniert drei Präzisionskreisel und drei Beschleunigungsmesser in einer starr ausgerichteten Baugruppe. Hersteller verwenden typischerweise Faseroptische Gyroskope (FOG), Ringlaser-Gyroskope (RLG) oder High-End-MEMS-Technologien, um eine Leistung auf Navigationsniveau zu erreichen.
Navigationstaugliche IMUs minimieren Sensorfehler, die sich während der Trägheitsnavigation ansammeln. Ihre Gyroskope weisen typischerweise eine Bias-Instabilität von unter 0,01°/h auf, während Beschleunigungsmesser eine Bias-Stabilität von einigen Dutzend Micro-g erreichen. Sie bieten zudem ein extrem geringes Winkeleigenrauschen (ARW), Geschwindigkeitsrauschen (VRW), Skalierungsfaktorfehler, Nichtlinearitäten und Kreuzempfindlichkeiten. Diese Eigenschaften reduzieren die Drift von Lage, Geschwindigkeit und Position bei GNSS-Ausfällen erheblich.
Hersteller kalibrieren jede navigationstaugliche IMU einzelnern mithilfe von Mehrachsen-Bewegungstischen über den gesamten Betriebstemperaturbereich. Diese Werkskalibrierung kompensiert Bias, Skalierungsfaktoren, Achsversatz, Temperatureffekte und Sensor-Nichtlinearitäten. Nach der Kalibrierung bleiben die Korrekturparameter im Gerät gespeichert und werden während des Betriebs automatisch angewendet.
Alle navigationstauglichen IMUs arbeiten mit hohen Abtastraten, deterministischer Latenz und hervorragenden Synchronisationsmöglichkeiten. Sie lassen sich durch fortschrittliche Sensorfusionsalgorithmen wie Extended Kalman Filters (EKF) problemlos in GNSS-Empfänger, Wegstreckenzähler, Doppler Velocity Logs (DVL), USBL-Systeme, Luftdatensensoren und andere externe Messgeräte integrieren.
Reale Anwendungen von navigationstauglichen IMUs
Navigationstaugliche IMUs unterstützen Anwendungen, die eine kontinuierliche, hochpräzise Navigation unter anspruchsvollen Bedingungen erfordern. Sie liefern präzise Bewegungs- und Orientierungsdaten, selbst bei langanhaltenden GNSS-Ausfällen.
- Luft- und Raumfahrtsysteme nutzen navigationstaugliche IMUs für die Flugzeugnavigation, Autopilotfunktionen, Flugsteuerung, Raumfahrzeugführung und Satelliten-Lagemessung.
- Unbemannte Luftfahrzeuge sind ebenfalls auf sie angewiesen, um eine stabile Navigation und eine präzise Trajektoriensteuerung zu gewährleisten. Autonome Fahrzeuge integrieren diese IMUs, um Position, Orientierung und Bewegung mit hoher Präzision zu schätzen. Sie verbessern die Lokalisierung, unterstützen die Sensorfusion undrechterhalten die Navigation aufrechterhalten, wenn GNSS-Signale nicht verfügbar sind.
- Marinesysteme nutzen IMUs der Navigationsklasse für die Schiffsnavigation, dynamische Positionierung, hydrografische Vermessung und Offshore-Operationen. Autonome Unterwasserfahrzeuge und ferngesteuerte Unterwasserfahrzeuge sind für eine zuverlässige Unterwassernavigation ebenfalls auf diese angewiesen.
- Verteidigungsplattformen integrieren navigationstaugliche IMUs in Flugkörper, gelenkte Munition, Militärflugzeuge, Marineschiffe und Landfahrzeuge. Sie ermöglichen eine präzise Navigation, Zielverfolgung, Stabilisierung und Missionsdurchführung in GNSS-gestörten Umgebungen.
- Vermessungs- und Kartierungssysteme profitieren ebenfalls von navigationstauglichen IMUs. Sie liefern eine genaue Orientierung für LiDAR, Mobile Mapping und Luftbildfotogrammetrie und gewährleisten so qualitativ hochwertige Geodaten.
Obwohl IMUs der Navigationsklasse deutlich mehr kosten als Geräte der taktischen oder industriellen Klasse, bieten sie die geringste Drift und die höchste verfügbare langfristige Navigationsgenauigkeit für missionskritische Positions-, Ausrichtungs- und Navigationssysteme.
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