Präzise Zugpositionierung für verbesserte Steuerungssysteme

Inertial Navigation Systems unseres Unternehmens akzeptieren Eingaben von externen Unterstützungssensoren wie Air-Data-Sensoren, Magnetometern, Odometern, DVL und anderen.

Diese Integration macht das INS äußerst vielseitig und zuverlässig, insbesondere in GNSS-Gegenständen nicht verfügbaren Umgebungen.

Diese externen Sensoren verbessern die Gesamtleistung und Genauigkeit des „ INS “, indem sie ergänzende Daten liefern.

Ein Gyroskop ist ein Sensor, der die Winkelgeschwindigkeit misst – die Rate, mit der sich ein Objekt um eine oder mehrere Achsen dreht – und ist einer der grundlegenden Bausteine von Trägheitsnavigationssystemen. Sein Hauptzweck ist es, präzise Echtzeitinformationen über die Rotationsbewegung bereitzustellen, damit ein INS oder eine IMU bestimmen kann, wie sich die Orientierung eines Objekts im Laufe der Zeit entwickelt.

Moderne Kreiselkompasse, die in der Navigation eingesetzt werden – insbesondere in der Luft- und Raumfahrt, im Verteidigungssektor, in der Schifffahrt und in der Robotik –, basieren typischerweise auf MEMS (Micro-Electro-Mechanical Systems) oder optischen Technologien wie FOG (Fiber Optic Gyroscopes) und RLG (Ring Laser Gyroscopes). Auch wenn sich ihre physikalischen Prinzipien unterscheiden, nutzen sie alle dasselbe grundlegende Konzept: Wenn ein System rotiert, erkennt der Sensor den daraus resultierenden Trägheitseffekt und wandelt ihn in ein elektrisches Signal um.

In einem MEMS-Gyroskop erfahren winzige vibrierende Strukturen – häufig Siliziummassen, die mit bestimmten Resonanzfrequenzen betrieben werden – Corioliskräfte, wenn das Gerät rotiert. Diese Kräfte verursachen messbare Änderungen der Schwingungsmuster, die in Winkelgeschwindigkeitsinformationen umgewandelt werden. Bei optischen Gyroskopen erfahren Lichtstrahlen, die sich in entgegengesetzte Richtungen entlang einer geschlossenen Schleife bewegen, Phasenverschiebungen, wenn das System rotiert; dieser Sagnac-Effekt ermöglicht extrem genaue und driftstabile Rotationsmessungen ganz ohne bewegliche Teile.

Gyroskope liefern entscheidende Daten für die Algorithmen eines Inertialen Navigationssystems und ermöglichen dem System die Berechnung der Lage (Roll-, Nick- und Gierwinkel). In Kombination mit Beschleunigungsmessern bilden sie eine IMU, die eine umfassende Bewegungserfassung ermöglicht. Hochwertige Gyroskope reduzieren Drift, verbessern die Stabilität und sorgen dafür, dass das Navigationssystem auch in GPS-gestörten oder -freien Umgebungen zuverlässig funktioniert. Bei Anwendungen wie der Steuerung von UAVs, loitering munitions (Lenkmunition), der AUV-Steuerung, maritimer Heabekompensation oder der Navigation autonomer Fahrzeuge wirkt sich die Genauigkeit des Gyroskops direkt auf die Fähigkeit des Systems aus, eine präzise und stabile Trajektorie einzuhalten.

Eine Inertial Measurement Unit (IMU) ist ein kompaktes Sensormodul, das die Bewegung und Ausrichtung einer Plattform durch die Erfassung von Linearbeschleunigungen und Drehwraten misst. Im Kern integriert eine IMU drei Beschleunigungsmesser und drei Gyroskope, die entlang orthogonaler Achsen angeordnet sind, um sechs Messfreiheitsgrade zu ermöglichen.

Beschleunigungsmesser erfassen, wie die Plattform im Raum beschleunigt, während Gyroskope ihre Drehung verfolgen. Durch die gemeinsame Verarbeitung dieser Messungen liefert eine IMU präzise Informationen über Änderungen von Geschwindigkeit, Lage und Kurs, ohne auf externe Signale angewiesen zu sein. Dies macht IMUs unverzichtbar für die Navigation in Umgebungen, in denen GPS nicht verfügbar, unzuverlässig oder absichtlich gestört ist. Ihre Leistung hängt stark von der Sensorqualität, der Kalibrierung und davon ab, wie gut Fehler wie Offsets (Biases), Rauschen, Skalierungsfaktoren und Fehlausrichtungen kontrolliert werden.

Hochwertige IMUs verfügen über fortschrittliche Kalibrierung, Temperaturkompensation, Vibrationsfilterung und Bias-Stabilitätsmechanismen, um sicherzustellen, dass sich Fehler im Laufe der Zeit nicht rasch anhäufen. Aufgrund dieser Eigenschaften werden IMUs in einem breiten Anwendungsspektrum eingesetzt – von UAVs, loitering munitions und autonomen Fahrzeugen bis hin zu AUVs, Robotik und industriellen Stabilisierungssystemen – und bieten selbst unter härtesten Einsatzbedingungen eine robuste, kontinuierliche Erfassung von Bewegung und Orientierung.