ISBN 978-3-8439-3503-6

978-3-8439-3503-6, Reihe Ingenieurwissenschaften

Martin Nowara
Mechanische Stimulation inertialer Mikrosensorik zur Verbesserung der Fehlerschätzung

150 Seiten, Dissertation Technische Universität Darmstadt (2017), Softcover, A5

Zusammenfassung / Abstract

Die hier vorliegende Arbeit ist im Bereich der Inertialnavigation angesiedelt und befasst sich primär mit dem Einsatz einer künstlichen Anregung von LowCost-Inertialsensorik zur Verbesserung der Fehlerschätzung. Hierbei liegt das Hauptaugenmerk auf den Offsetfehlern der Beschleunigungs- und Drehratensensoren, welche einen erheblichen Einfluss auf die Güte der Navigationslösung haben. In der Regel lassen sich diese Fehler sehr gut beobachten, sofern eine entsprechende Anzahl an unterschiedlichen Stützsensoren zur Verfügung steht und die Trajektorie eine gewisse Dynamik aufweist. Somit hängt die Qualität der Fehlerschätzung neben der Stützsensorik auch maßgeblich von der jeweiligen Trajektoriendynamik ab. An dieser Stelle setzt die hier vorliegende Arbeit an. Sie beschäftigt sich mit der Fragestellung, inwieweit der Einsatz einer künstlichen Anregung der Inertialsensorik dazu beiträgt die Sensorfehler, bei einer zu geringen Dynamik bzw. dem Ausfall von Stützsensoren, dennoch zuverlässig zu bestimmen.

Nach einem kurzen Überblick über den aktuellen Stand der Technik im Bereich der Strapdown Inertialnavigation und den dort verwendeten Filterstrukturen folgen einige Grundlagen zur künstlichen Anregung von Inertialsensorik. Hierbei wird zunächst auf die Grundidee und die Verfahren aus der Literatur näher eingegangen. Das darauf folgende Kapitel befasst sich dann im Detail mit den Grundlagen, welche für den Entwurf eines künstlich angeregten Inertialnavigationssystems notwendig sind. Hierbei wird zunächst untersucht, wie sich Fehler der Inertialsensorik durch den Einsatz einer künstlichen Anregung bestimmen lassen. Darauf aufbauend folgt der Entwurf eines Filters mit künstlicher Anregung sowie zwei alternativer Filtervarianten. Anschließend findet im Rahmen einer Simulation ein direkter Vergleich zwischen den verschiedenen Filtern statt. Hierfür kommen mehrere Testtrajektorien zum Einsatz, welche jeweils eine unterschiedliche Dynamik aufweisen. Abschließend folgt der Aufbau eines entsprechenden Prototyps, um die Ergebnisse aus der vorherigen Simulation unter realen Bedingungen zu überprüfen. Dabei wird zunächst auf die einzelnen Komponenten des Prototyps sowie dessen Kalibration bzw. Identifikation näher eingegangen. Im Anschluss folgt eine Beschreibung der durchgeführten Messfahrten sowie die Diskussion der erzielten Ergebnisse.