Genauigkeitsuntersuchung von inertialen Messsensoren aus dem Niedrigpreissegment unter Nutzung verschiedener Auswertestrategien

Für viele Anwendungen auf bewegten Plattformen wird eine genaue Information zur Orientierung der Plattform benötigt. Zur Bestimmung der Lagewinkel werden dabei inertiale Messsensoren verwendet, welche zu einer inertialen Messeinheit (Inertial Measurement Unit, IMU) zusammengefasst werden. In dieser Arbeit werden vier IMUs aus dem Niedrigpreissegment auf die zu erhaltene Genauigkeit der Lagewinkel untersucht. Die untersuchten IMUs sind dabei als Mikrosysteme (Microelectromechanical systems) gefertigt, was neben den Vorteilen eines geringen Preises, eines geringen Gewichts und eines geringen Energieverbrauchs allerdings auch den Nachteil einer schlechteren Genauigkeit gegenüber klassischen IMUs hat. In dieser Arbeit wird die Genauigkeitsuntersuchung anhand eines Datensatzes einer Flugkampagne durchgeführt, für welche auch eine Referenzlösung vorliegt. Die Messungen der IMUs werden über ein Erweitertes Kalman-Filter mit einer genauen GNSS- (Global Navigation Satellite System) Lösung gestützt. Neben der Navigationslösung werden dabei auch die Fehler der Sensoren mitgeschätzt. Aufgrund von zu großen Fehlern der Startwerte kommt es bei einigen Schätzungen teilweise zur Divergenz. Zur Lösung dieses Problems wird eine iterative Auswertung angewendet, wodurch eine stabile Lösung möglich ist. Eine weitere Verbesserung wird über eine Glättung erzielt. Einzelne, kleine Fehler in der Zeitstempelung, welche sich stark auf die Genauigkeit der Lösung auswirken, werden über eine Interpolation der Daten auf Zeitstempel in regelmäßigen Abständen ausgeglichen. Damit können für zwei der vier untersuchten IMUs auf den Fluglinien Genauigkeiten der Roll-, Pitch- und Yaw-Winkel von 0,05°, 0,10° und 0,20° erreicht werden. Die Genauigkeiten der zwei weiteren IMUs fallen teilweise erheblich schlechter aus, was auf die ungenaue Zeitstempelung bei der Datenaufnahme zurückgeführt wird. Für die Anwendung von Laserscanning auf bewegten Plattformen wird in einer Genauigkeitsabschätzung gezeigt, dass Genauigkeiten der Höhenkomponente von besser als 1 dm mit den erhaltenen Lagewinkelgenauigkeiten der beiden besseren IMUs möglich sind