Hybrid-Navigationssystem für die SHEFEX II Mission



 Navigations-Hardware für SHEFEX II
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Im Oktober 2005 wurde mit SHEFEX I das erste Experiment des SHarp Edge Flight EXperiment (SHEFEX) Programms des DLR erfolgreich von der Andøya Rocket Range in Nordnorwegen gestartet. Die Mission untersuchte neue Konditionen für zukünftige Start- oder Wiedereintrittsfahrzeuge, wobei für den Körper des Wiedereintrittsfahrzeuges facettierte Oberflächen mit scharfen Ecken benutzt wurden. Die nächste Generation dieses Experiments, SHEFEX II, wird 2010 gestartet. Diese Mission wird sich auf hypersonische Flugkontrolle konzentrieren, indem kontrollierbare Canardfinnen benutzt werden, und schließt Experimente für neue thermische Schutzsystemkonzepte mit ein.

Für die genaue Kontrolle des Fahrzeugs benötigt man präzises Wissen über Anstellwinkel mit Schiebewinkel. Beide leiten sich von der Flugbahn und der Fahrzeuglage ab. Ein Hybrid-Navigationssystem liefert diese Informationen, indem Messungen von diversen Sensoren kombiniert werden. Als Sensoren kommen hierbei eine Inertial Measurement Unit (IMU), ein Global Positioning System (GPS) und ein Sternensensor zum Einsatz.

Das Kreiselsystem (IMU) wird dazu benutzt, um die hohe Dynamik beobachten zu können. Dieses unterliegt Instrumentenfehlern, die wiederum Fehler in der Navigationslösung erzeugen können, welche exponentiell wachsen, sofern sie nicht korrigiert werden. Der GPS-Empfänger bietet Positions- und Geschwindigkeitsmessungen mit begrenzten Fehlern, kommt allerdings mit einer geringeren Abtastrate einher. Die Stärken dieser beiden Instrumente werden kombiniert, um eine Hochleistungsnavigationslösung mit einer besseren Genauigkeit und Robustheit zu bieten, die durch die Benutzung von nur einem der Instrumente nicht erreicht werden kann.

Um eine weitere Einstellungsgenauigkeit zu bieten, wird ein experimenteller Sternensensor zusammen mit dem IMU und dem GPS integriert. Der Sternensensor misst die Lage des Fahrzeugs in Bezug auf die Sterne. Dabei ist der zu erwartende Messfehlern gering, wobei auch bei diesem Instrument die Abtastrate nicht sehr hoch ausfällt. Die gemessene Lage wird dann zusammen mit den Daten von IMU und GPS im Navigationsfilter zu einer kompletten Navigationslösung bestehend aus Position, Geschwindigkeit und Lage verarbeitet.

Die DLR-Einrichtung Simulations- und Softwaretechnik begleitet die Entwicklung des Hybrid-Navigationssystem im Bereich der Softwarequalitätssicherung und -entwicklung. Das Ziel ist es den Entwicklern der Navigationsalgorithmen eine allgemeine Integrationsplattform auf Basis des Echtzeitbetriebssystems QNX bereitzustellen. Dies beinhaltet die Entwicklung der allgemeinen Softwarearchitektur, der dedizierten seriellen Bustreiber und der allgemeinen Dienste zur Kommandierung, der Telemetrie und der Aufzeichnung der Experimentdaten im Massenspeicher der Hardware-Plattform.

Laufzeit

2008-2011


Kontakt
Dr. rer.nat. Olaf Maibaum
Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR)

Simulations- und Softwaretechnik
, Software für Raumfahrtsysteme und interaktive Visualisierung
Tel: +49 531 295-2974

Fax: +49 531 295-2767

E-Mail: Olaf.Maibaum@dlr.de
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