Rauschen
Unter Rauschen versteht man grundsätzlich die zufälligen, unerwünschten Schwankungen im Ausgangssignal eines Sensors. In der Navigation ist dieses Konzept jedoch von besonderer Bedeutung. Es bezieht sich auf die unvorhersehbaren Schwankungen bei Messungen von Sensoren wie Beschleunigungsmessern, Gyroskopen und GPS/GNSS -Empfängern.
Selbst unter konstanten Bedingungen ist das Sensorausgangssignal niemals vollkommen stabil. Infolgedessen führen diese zufälligen Schwankungen zu Fehlern und Abweichungen bei der berechneten Position. Sie können auch die Geschwindigkeits- und Lageabschätzungen beeinflussen. Daher ist das Verständnis der Rauscheigenschaften für die Entwicklung zuverlässiger Navigationssysteme unerlässlich.
Insbesondere müssen wir die Rauschdichte und die Bias-Instabilität untersuchen. Letztendlich hilft uns dieses Wissen dabei, zuverlässige Navigationssysteme zu entwickeln. Die Minimierung des Rauschens ist entscheidend. Sie stellt sicher, dass wir die Positionsgenauigkeit über die Zeit hinweg aufrechterhalten.
Die Aufgabe eines Sensors besteht darin, etwas Bestimmtes zu messen. Im Idealfall sollte ein konstantes Eingangssignal ein konstantes Ausgangssignal erzeugen. Diese perfekte Beziehung trifft jedoch selten zu. Rauschen führt zu unerwünschten, unvorhersehbaren Schwankungen. Diese Schwankungen sind die Zufallskomponente des Signals. Sie existieren unabhängig vom tatsächlichen Eingangssignal.
Rauschen verfälscht die tatsächliche Messung. Es macht das Ausgangssignal des Sensors weniger klar. Diese Verringerung der Klarheit wird oft als schlechtes Signal-Rausch-Verhältnis bezeichnet. Hohe Rauschpegel können die tatsächlichen Informationen vollständig überdecken.
Ingenieure und Wissenschaftler arbeiten daran, das Rauschen zu minimieren. Dies gewährleistet, dass die erfassten Daten genau und zuverlässig sind. Seine Quellen können sowohl innerhalb als auch außerhalb des Sensors liegen. Zu den internen Quellen zählen thermische Effekte innerhalb der Elektronik. Externe Quellen können elektromagnetische Störungen sein. Techniken wie Filterung und Abschirmung tragen dazu bei, die unerwünschten Auswirkungen zu reduzieren.
Der Einsatz von IMUs zur Rauschunterdrückung konzentriert sich darauf, die Stärken ihrer internen Sensoren – Gyroskope und Beschleunigungsmesser – durch fortschrittliche Filterung mit externen Referenzen (wie GNSS) zu kombinieren. Da IMU Sensoren von Natur aus rauschbehaftet sind, zielt der Unterdrückungsprozess darauf ab, die daraus resultierende Positionsdrift zu reduzieren und die Orientierungsschätzung zu stabilisieren.
