Angular Motion Estimation using Distributed Accelerometers

• Applicant: Professor Dr.-Ing. Otmar Loffeld, since 7/2010 (†)
• Subject Area: Measurement Systems
• Term: from 2010 to 2014
• Project identifier: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Project number 172358416

Es werden neuartige inertiale Meßsysteme (IMU), die eine Bestimmung von Drehbewegungen aus den Messwerten verteilter Beschleunigungsmesser gestatten, betrachtet. Eine erste, auf einem Kalman-Filter basierende, Möglichkeit zur Schätzung der Drehbewegung im Falle eines inertialen Meßsystems, welches keine Kreiselsysteme enthält (GF-IMU), und das aus 12 einzelnen einachsigen Beschleunigungsmessern besteht, wurde bereits vorgestellt. Im Fokus stehen hier Konfigurationen, die aus verteilten Triaden (Dreiergruppen) von Beschleunigungsmessern bestehen, die sich im gleichen Abstand zu einer zentralen Triade befinden. Es kann so ein Vektor (genannt „angular information vector“) gewonnen werden, der aus Drehbeschleunigungen (3D) und sechs quadratischen Termen von Drehgeschwindigkeiten (3D) besteht. Einige auftretende Randbedingungen wurden bereits hergeleitet, und die Berücksichtigung derselben in der Modellierung zur verbesserten Bewegungsschätzung wurde erklärt. Zur Lösung des Problems der unbestimmten Vorzeichen wurde vorgeschlagen, drei einachsige rotierende Beschleunigungsmesser oder ein kostengünstiges Kreiselsystem zu verwenden. Es wurden ferner erste Sensordatenfusionsansätze zur Fusion der mittels der GF-IMU gewonnenen Information mit externer redundanter Bewegungs- und Lageinformation (z.B. aus der Nutzung des Global Positioning System (GPS)) entworfen. In der Folge werden der Entwurf und die Entwicklung neuartiger Datenfusionsansätze vorangetrieben. Themen sind dabei die Einbindung von möglicherweise weiteren Randbedingungen, die nichtlineare Filterung, die Berücksichtigung von drehenden Beschleunigungsaufnehmern, aber auch anwendungsnahe Fragestellungen wie unterschiedlich stark verzögerte Messwerte. Es wird parallel dazu eine geeignete Testumgebung, bestehend aus Konfigurationen von GF-IMUs und einem Drehtisch, aufgebaut. Es können so zunächst Zwischenergebnisse, die mittels Simulationen und synthetisch erzeugter Daten gewonnen wurden, überprüft werden. Letztlich werden, basierend auf der durchzuführenden Kalibrierung, Fehlermodellierung und Analyse der experimentell erzielten Ergebnisse, weiter verbesserte Navigationslösungen aufgezeigt.

• DFG Programme: Research Grants
• Ehemaliger Antragsteller: Dr.-Ing. Stefan Knedlik, until 7/2010