English
Chinese
Spanish
Japanese
Korean
Wie alles hat auch die Trägheitsnavigation ihre Stärken und Schwächen. Während Trägheitsnavigationssysteme zweifellos gut in der Lage sind, Position, Orientierung und Dynamik zu messen, ist die einzige Achillesferse grundlegender ungestützter Trägheitsnavigationssysteme die Drift.
Ungestützte Systeme sind Systeme, die nur Beschleunigungsmesser und Kreisel Messungen, um ihre Position zu berechnen. Als Drift bezeichnet man die Anhäufung kleiner Fehler in den Beschleunigungsmesser- und Kreiselmessungen, die dazu führen, dass die INS-Positionsschätzung nach und nach immer ungenauer wird.
Was ist INS Drift?
Es ist ganz einfach zu verstehen, warum es zur Drift kommt. Stellen Sie sich vor, Sie messen eine Holzlänge mit einem einzigen 5 m langen Maßband. Wenn Sie die Teilung des Maßbandes mit einer Genauigkeit von 1 mm ablesen können, dann können Sie leicht feststellen, dass dieses Stück Holz 4 m lang ist ± 1 mm. Wenn das einzige Maßband, das du finden konntest, 0,5 m lang war und du es trotzdem nur auf 1 mm genau ablesen kannst, dann kannst du, nachdem du achtmal mit dem Maßband gemessen und dich bewegt hast, nur sagen, dass das Holz 4 m ± 8 mm lang ist. Es könnte sogar sein, dass Sie gar keine 4 m schaffen.
Trägheitsnavigation Die Drift akkumuliert sich auf die gleiche Weise. Jedes Mal, wenn ein Beschleunigungsmesser oder ein Kreisel ausgelesen wird, gibt es einen winzigen Fehler in der Messung. Wenn wir nur eine einzige Messung vornehmen würden, um herauszufinden, wie schnell wir beschleunigen oder uns drehen, wäre das kein Problem. Da der Navigationscomputer jedoch jede Messung addiert, um zu ermitteln, wie er sich gegenüber der vorherigen Positionsschätzung bewegt hat, wird der winzige Fehler mit der Zeit größer.
Dieses Diagramm zeigt in stark vereinfachter Form, wie sich die Drift in einem nicht unterstützten Trägheitsnavigationssystem anhäufen kann. Es wurde viel Arbeit in Systeme gesteckt, die die Anhäufung dieser Fehler minimieren, aber die Tatsache, dass es sie gibt, ist nicht zu leugnen. Das bedeutet jedoch nicht, dass das Prinzip von Trägheitsnavigationssystemen unbrauchbar ist - oder dass es beispielsweise dem GPS unterlegen ist. Weit gefehlt.
Theorie der Schätzung
Die Schätzungstheorie bezieht sich ganz allgemein auf die Art und Weise, in der eine Vorhersage auf der Grundlage der verfügbaren Daten getroffen wird. Sie ist eine Möglichkeit, das Beobachterproblem zu lösen. Da der wahre Wert einer Sache nie mit Sicherheit bekannt sein kann, verwenden wir die Schätzungstheorie, um vorherzusagen, wie hoch der wahre Wert sein sollte und wie gut diese Vorhersage ist. Während die Verwendung von Daten zur Vorhersage des wahren Wertes einer Sache wichtig ist, ist es ebenso wichtig zu wissen, wie sicher man sich bei dieser Vorhersage sein sollte. Der Grund dafür ist, dass das Vertrauen in eine schlechte Vorhersage mehr Probleme verursachen kann, als wenn man von vornherein eine schlechte Vorhersage macht.
Die Schätzungstheorie ermöglicht es Mathematikern und Wissenschaftlern, genaue Vorhersagen über bestimmte Parameter zu treffen, die eine Zufallskomponente enthalten. Eines der wichtigsten Beispiele in der Welt der Trägheitsnavigation ist die Art und Weise, wie das Gerät seine Position mithilfe anderer Sensoren wie einem GNSS-Empfänger oder genauer gesagt der Satelliten, von denen es Daten empfängt, berechnet.
Wenn zum Beispiel ein INS zwanzig Satelliten verfolgt und alle zwanzig Satelliten dieselbe Positionsaktualisierung liefern, dann kann das INS sehr sicher sein, dass es sich tatsächlich in dieser Position befindet. Wenn jedoch einer der Satelliten beispielsweise unter atmosphärischen Störungen leidet und eine Position angibt, die etwa 20 Meilen entfernt ist, woher weiß das INS dann, dass es den neunzehn und nicht dem einen Satelliten vertrauen soll? Es muss einen kalkulierten, methodischen Weg geben, um dies zu tun.
Wenn man nun noch andere Satelliten (nicht nur einen) hinzunimmt, die falsche Messwerte liefern, und andere Sensoren in einem Netzwerk, die sich möglicherweise zu Wort melden, braucht man plötzlich eine Möglichkeit, all diese Daten zu analysieren, um festzustellen, welchen man vertrauen kann und welche man ignorieren sollte.
Hier kommt die Schätzungstheorie ins Spiel - sie ist im Wesentlichen ein theoretischer Rahmen für die Kombination von Informationen aus verschiedenen Sensoren und die Verwendung dieser Daten, um genaue Vorhersagen über verschiedene Parameter - wie die Position - zu machen.
GPS-gestütztes INS ist die Lösung
Zu Beginn dieser Seite haben wir gesagt, dass die Drift die Achillesferse von nicht unterstützten Trägheitsnavigationssystemen ist - was ist also mit unterstützten Systemen? Wenn man ein INS mit GPS kombiniert, um ein GPS-gestütztes INS (auch GPS+INS genannt) zu schaffen, löst man das Problem der Drift und löst auch die Probleme, die das GPS betreffen. Aus diesem Grund kann OXTS seinen Kunden eine Komplettlösung für die Messung von Position, Orientierung und Dynamik in allen Umgebungen anbieten, damit sie sich auf ihre Messungen verlassen können. Wir erörtern dies im Detail in unserem Artikel 'Was ist GNSS?'.
Dieser Artikel ist Teil einer Reihe von Artikeln in unserem 'Was ist ein Trägheitsnavigationssystem?' Serie.
