Trägheitsnavigationssysteme oder INS-Geräte werden in einer Vielzahl von Anwendungen eingesetzt. In diesem Blog befassen wir uns mit der Rolle von Trägheitsnavigationssystemen in Flugzeugen - von Passagierflugzeugen bis hin zu unbemannten Luftfahrzeugen (UAVs).
Wenn die meisten Menschen an Flugzeuge denken, denken sie an Passagier- oder Frachtflugzeuge. Bei diesen Flugzeugtypen ist das Trägheitsnavigationssystem eine von mehreren Technologien, die den Piloten dabei helfen, die Position des Flugzeugs sowie dessen Kurs, Neigung und Drehung zu bestimmen.
Je nachdem, mit wem Sie sprechen, enthält ein INS entweder eine oder zwei Schlüsselkomponenten. Ein INS enthält immer eine Trägheitsmesseinheit(IMU), mit der das INS seine Geschwindigkeit, seinen Kurs, seine Orientierung und seine Änderungen bei Neigung, Drehung und Gieren schätzt. In manchen Kreisen ist das alles, was ein INS enthält; manche Leute (uns eingeschlossen) definieren ein INS als eine Kombination aus einer IMU und einem globalen Satellitennavigationssystem (GNSS) Empfänger. Der Empfänger liefert dem INS Positionsdaten von Satelliten, die die Erde umkreisen. Die Unterscheidung ist ein wenig fragwürdig, da alle Flugzeuge Daten von GNSS-Satelliten verwenden um ihre Position und ihren Kurs zu ermitteln Die Frage ist nur, ob diese Daten mit der IMU integriert sind oder nicht.
Trägheitsnavigationssysteme in Flugzeugen
Trägheitsnavigationssysteme sind in Flugzeugen aus den gleichen Gründen nützlich wie überall sonst - sie bieten eine zuverlässige Möglichkeit zur Positionsbestimmung. Die Positionsdaten sind dank der IMU in den Systemen (für kurze Zeit) auch immun gegen Störungen. Bei einem INS, das IMU- und GNSS-Daten kombiniert, arbeiten beide zusammen, um die Schwächen des jeweils anderen auszugleichen. In Gebieten, in denen das GNSS-Signal blockiert ist, hilft die IMU, das Flugzeug auf Kurs zu halten; die GNSS-Daten wiederum helfen, die Positionsdrift auszugleichen, für die alle IMUs anfällig sind.
So werden also Trägheitsnavigationssysteme in Passagier- und anderen Verkehrsflugzeugen eingesetzt. Aber was ist mit anderen Arten von Flugzeugen?
Trägheitsnavigationssysteme in der UAV-Navigation
Unbemannte Luftfahrzeuge, ob Miniaturdrohnen oder größere Nachrichten-, Überwachungs- und Aufklärungsfahrzeuge (ISR) benötigen ein Lokalisierungssystem, das ihnen hilft, ihr Ziel zu erreichen und wieder zurückzufliegen. Trägheitsnavigationssysteme sind wichtige Bestandteile dieser Systeme. Genau wie bei bemannten Flugzeugen liefert ein INS Daten über die Position, den Kurs, die Neigung, die Drehung und die Gier des Flugzeugs. In einem autonomen UAV werden diese Daten in den Navigationscomputer eingespeist, um ihm bei einigen Dingen zu helfen:
- Vergewissern Sie sich, ob er immer noch korrekt seiner Route folgt.
- Entscheiden Sie, welche Maßnahmen ergriffen werden müssen, um der Route weiter zu folgen oder um zur korrekten Route zurückzukehren, wenn das UAV von der Route abgewichen ist.
- Versorgen Sie andere Sensoren und Steuermodule mit Positions- und Bewegungsdaten, z. B. Wahrnehmungssensoren und Module zur Bahnplanung oder Kollisionsvermeidung.
Bei einer kleineren Drohne, die noch von einem Menschen ferngesteuert wird, liefert das INS Informationen über die Position, die zur Steuerung des Fluggeräts und/oder (wie wir später noch erläutern werden) zur Georeferenzierung verwendet werden können.
Die INS-Technologie ist besonders nützlich in einem UAV weil sie enthält. Kalman-Filter genannt wird. Ein Kalman-Filter ist ein Algorithmus, der die Genauigkeit der Daten schätzt, die das INS sammelt, was dazu beitragen kann, fehlerhafte Daten herauszufiltern. fehlerhafte Daten herauszufiltern, die das UAV vom Kurs abbringen könnten.
Einer der größten Unterschiede zwischen einem Verkehrsflugzeug und einem UAV besteht darin, dass das Flugzeug, wenn es sich über einen längeren Zeitraum in einem Gebiet ohne GNSS-Signal befindet - zum Beispiel in einem umkämpften Raum, in dem jemand das GNSS-Signal stört -, eher vom Kurs abkommt. In einem Nutzfahrzeug stehen dem Piloten mehrere Techniken zur Verfügung, die ihn beim Fliegen unterstützen, ohne sich auf seine Instrumente zu verlassen; bei einer UAV ist das schwieriger. Ohne GNSS-Signal bedeutet die Positionsdrift, unter der alle IMUs leiden, dass das UAV mit der Zeit von seinem Kurs abweicht. Wenn sich das UAV in Sichtweite der Person befindet, die es steuert, sind die Auswirkungen minimal. Bei UAVs, die in einer BVLOS-Anwendung (Beyond Visual Line of Sight) eingesetzt werden, kann dieser Effekt jedoch schwieriger zu überwinden sein.
Um dem entgegenzuwirken, verwenden viele UAVs auch andere Sensoren, um die Positionsdrift der IMU zu verringern und das Fluggerät auf Kurs zu halten. Einige INS-Geräte, wie unseres, können Daten von diesen anderen Sensoren integrieren, um die Daten, die das INS an den Navigationscomputer sendet, noch zuverlässiger zu machen.
Trägheitsnavigationssysteme und Bildgebungs-/Kartierungsnutzlasten
Viele UAVs haben die Aufgabe, den Boden unter ihnen zu vermessen oder um ein Objekt herumzufliegen, um es zu vermessen. Bei diesen Anwendungen muss die Nutzlast je nach Aufgabe eine Vielzahl von Sensoren umfassen, darunter Kameras, LiDAR-Scanner, Hyperspektralbildsensoren und natürlich ein GNSS/INS. Unabhängig davon müssen die gesammelten Daten jedoch georeferenziert werden, wenn sie für die Auswertung nützlich sein sollen.
Bei der Georeferenzierung wird den von den Wahrnehmungssensoren erfassten Daten ein Standort auf der Erde zugewiesen. Auf diese Weise können Sie mithilfe von Vermessungsdaten zuverlässige Karten eines Gebiets erstellen und die Position von Objekten, die Sie bei Ihrer Vermessung entdecken, genau angeben. Trägheitsnavigationssysteme eignen sich hervorragend für die Georeferenzierung dieser Daten. Ein gutes GNSS/INS-System liefert Ihnen unter anderem hochpräzise Positions- und Orientierungsdaten, die für die Zuordnung der Position Ihres Scanners zur Position der zu vermessenden Objekte auf dem Boden unerlässlich sind.
Unter OxTS haben wir eine spezielle Anwendung namens OxTS Georeferencer die LiDAR- und INS-Daten mit nur wenigen Mausklicks zu einer vollständig georeferenzierten Punktwolke kombiniert.
Die obigen Punktwolken wurden mit einem OxTS xNAV650 GNSS/INS kombiniert mit einem Velodyne LiDAR-Sensor erfasst. Die LiDAR-Daten wurden mit der Georeferenzierungs- und Achsenkalibrierungssoftware OxTS' OxTS Georeferencer georeferenziert und die Sensornutzlast wurde von einer schweren Drohne Dronezone DZX8 getragen.
Schutz vor den Elementen
Natürlich ist es wichtig, dass jedes INS, das Sie in der Luftfahrt verwenden, für die Bedingungen geeignet ist, denen Flugzeuge ausgesetzt sind. Gefriertemperaturen, Druckschwankungen und Feuchtigkeit sind eine Selbstverständlichkeit. Elektrische Störungen und Stöße sind ebenfalls Risiken, je nachdem, was Ihr Flugzeug tut und welche Rolle das INS darin spielt. Nicht jedes INS ist in der Lage, unter diesen Bedingungen zu funktionieren!
Das ist einer der Gründe, warum wir die RT3000 T DO-160 v4. Dabei handelt es sich um eine Version unseres Flaggschiffs unter den Trägheitsnavigationssystemen, die fast alle Tests der DO-160-Norm bestanden hat, d. h. sie kann problemlos in der Luftfahrt eingesetzt werden und liefert gleichzeitig hochpräzise Positions- und Orientierungsmessungen.
Die Leistung auf FOG-Niveau lässt sich sogar mit dem wesentlich kostengünstigeren MEMS-basierten OxTS RT3000 T DO-160 v4 erzielen:
Die RT3000 T DO-160 v4
Das RT3000 T DO-160 v4 GNSS/INS wurde entwickelt, um eine kostengünstige, zuverlässige Navigationslösung für die anspruchsvollsten Umgebungen zu bieten.
Durch die Kombination der leistungsstärksten MEMS-IMU-Technologie von OxTSmit RTK-GNSS mit zwei Antennen in einem Gehäuse der Schutzklasse IP67 liefert der RT3000 T DO-160 v4 selbst unter schwierigsten Umweltbedingungen genaue Positions- und Trägheitsmessungen.
Laden Sie das Datenblatt herunter um mehr zu erfahren.
Wir hoffen, dass Ihnen dieser Artikel gefallen hat und dass Sie ihn informativ fanden. Wenn Sie auf der Suche nach einem INS für ein Flugzeug sind und Ihr Projekt mit uns besprechen möchten, füllen Sie einfach das untenstehende Formular aus, um Kontakt mit uns aufzunehmen.
