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Das zu lösende Problem

Strapdown-Trägheitsnavigationssysteme erfordern einen Initialisierungsprozess, der die Beziehung zwischen dem Flugzeugrumpf und dem lokalen geografischen Bezugspunkt herstellt. Dieser als Ausrichtung bezeichnete Prozess erfordert in der Regel, dass das Gerät für einen bestimmten Zeitraum stationär bleibt, um diesen Ausgangszustand herzustellen. Zur Initialisierung durchläuft das Trägheitsreferenzsystem einen Selbstausrichtungsprozess, um die vertikale Achse des lokalen Koordinatenrahmens mit der gemessenen Beschleunigung (Nivellierung) auszurichten und die horizontale Erdgeschwindigkeit zu messen, um den anfänglichen Azimut (Kreiselkompass) zu bestimmen. Wenn die anfängliche Lage des Fahrzeugs bekannt wäre und die Kreisel perfekte Messwerte liefern würden, wäre der Lageprozessor ausreichend. Die Ausgangsposition ist jedoch selten bekannt, und Gyroskope liefern aufgrund von Drift und Einschaltinstabilität in der Regel fehlerhafte Daten.

Die Rolle des MEMS-Beschleunigungssensors in einer AHRS-Anwendung besteht darin, eine anfängliche Lagereferenz (Nivellierung durch die Schwerkraft) zu liefern und während des Fluges Lagekorrekturen vorzunehmen, die zur Korrektur der Kreiseldrift erforderlich sind.

Sowohl MEMS-Gyroskope als auch Beschleunigungsmesser leiden unter Bias-Drift-Termen, Fehlausrichtungsfehlern, Beschleunigungsfehlern (g-empfindlich), nichtlinearen Effekten (Term zweiter Ordnung oder VRE) und Skalierungsfaktorfehlern. Beschleunigungsmesser, die für Trägheitsnavigationssysteme benötigt werden, sollten einen stabilen und wiederholbaren Bias, kleine Bias-Temperaturkoeffizienten und praktisch keine Nichtlinearität aufweisen.

Warum es wichtig ist

Die Trägheitsnavigation ist ein Verfahren zur Berechnung der Position und Geschwindigkeit eines Körpers (z. B. eines Flugzeugs) anhand von integrierten Beschleunigungsmessern und Gyroskopen. Trägheitsnavigationssysteme mittlerer Genauigkeit, Lage- und Kursreferenzsysteme (AHRS) und Flugsteuerungssysteme (FCS) benötigen Gyroskope und Beschleunigungsmesser, um die Position eines sich bewegenden Objekts im freien Raum zu bestimmen.

AHRS sind mehrachsige Sensoren, die Kurs-, Lage- und Gierinformationen für Flugzeuge oder andere Objekte liefern, die sich im freien Raum bewegen. FCS steuern die Flugrichtung eines Flugzeugs und ändern auch dessen Geschwindigkeit. AHRS bestehen aus Gyroskopen, Beschleunigungsmessern und Magnetometern auf allen drei Achsen. Einige AHRS verwenden GPS-Empfänger, um die Langzeitstabilität der Gyroskope zu verbessern. Zur Berechnung der Lösung aus diesen verschiedenen Quellen wird in der Regel ein Kalman-Filter verwendet.

Wie wir das Problem lösen

Die taktischen AHRS- oder FCS-Systeme verwenden in der Regel faseroptische Gyroskope (FOG) oder hemisphärische Resonanzgyroskope (HRG). Sie müssen sehr genau sein, da sie im automatischen Flugmodus eingesetzt werden und insbesondere bei Nebel und extremen Wetterbedingungen präzise genug sein müssen, um Kollisionen mit dem Boden während des Starts und der Landung zu verhindern. Für diese Art von Anwendungen sind in der Regel MEMS- oder Quarz-Beschleunigungsmesser mit einer Wiederholgenauigkeit von besser als 2 mg unter allen Bedingungen, einschließlich Temperaturbereich, Linearität, Effekten zweiter Ordnung und Achsenversatz, erforderlich.

Die AHRS-Funktion mit hoher und mittlerer Genauigkeit dient zur Unterstützung der Sicht des Piloten oder als Backup-System, das keine so hohe Leistung erfordert. Diese Art von AHRS wird sehr häufig in kleinen Zivilflugzeugen, Hubschraubern und einigen UAVs eingesetzt. In diesen Fällen werden meist MEMS-Beschleunigungsmesser und MEMS-Gyroskope verwendet. Die Wahl des Beschleunigungsmesserbereichs für AHRS hängt von der Anwendung und den Schwingungsbedingungen ab. Die globale Genauigkeit muss bei einem High-End-System bei etwa 5 mg und bei einem System mittlerer Genauigkeit bei 10 bis 20 mg liegen.

Der MEMS-Beschleunigungssensor MS1000 von Safran ist für Inertialanwendungen wie AHRS konzipiert.

Warum Sie uns wählen sollten

Der MS1000 ist eine neue Klasse von Hochleistungs-Beschleunigungssensoren, die auf der 25-jährigen Erfahrung von Safran in der MEMS-Entwicklung und -Produktion basieren und für fortschrittliche, taktische Anwendungen entwickelt wurden.

Wichtige Merkmale:

• Langzeit-Reproduzierbarkeit : 1.2 mg (+/10g, typ)
• Restabweichung Modellierungsfehler : 0.7 mg (+/10g, typ)
• Stabilität der Vorspannung während des Laufs (Allan-Varianz @ 10 s): 15 μg (+/10g, typ)
• Nicht-Linearität (IEEE-Norm, % der vollen Skala) : 0.3 %

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