Assisted Navigation Through Inertial Quantum Equipment

ANTIQUE

Im Projekt ANTIQUE soll untersucht werden, wie autark die quantengestützte Navigation eines Fahrzeugs in Regionen mit eingeschränkter Satellitenverfügbarkeit (Tunnel, Tiefsee oder Rettungseinsätze in schwierigen Umgebungen) sein kann und wie lange diese Navigation verlässlich ist, bevor ein Satellitenkontakt wieder notwendig wird. Dazu soll ein Quanteninertialsensor in einer realen Umgebung als Teil eines hybriden Inertial-Navigationssystems (INS) simuliert werden.

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Die Entwicklung des INS im modernen Sinne begann Mitte des 17. Jahrhunderts für die Schiffsnavigation mit Kompassen und Gyroskopen. In den 1900er Jahren entwickelten sich die Beschleunigungsmesser rasch weiter, um die Navigation in der Luft, auf dem Land und zu Wasser zu unterstützen. Die heutige Positions-, Navigations- und Zeitbestimmung (englisch: Position, Navigation and Timing; PNT) wird oft durch eine Mischung aus Funksignalen (extern) und INS (intern) erreicht. PNT findet Anwendung in alltäglichen Aktivitäten bis hin zu wichtigen Rettungseinsätzen.

Moderne INS enthalten eine Trägheitsmesseinheit (englisch: Inertial Measurement Unit; IMU) mit Beschleunigungsmessern und Gyroskopen auf dem neuesten Stand der Technik. Aufgrund von systemimmanenten Fehlern, Integrationsfehlern (drift), der Komplexität der Schwerkraftmodelle und der Unsicherheiten im Trägheitsreferenzsystem können INS nicht allein verwendet werden. Eine hohe Genauigkeit über die Zeit kann nur mithilfe satellitengestützter Daten unter Verwendung des globalen Navigationssatellitensystems (englisch: Global Navigation Satellite System; GNSS) erreicht werden. In hochdynamischen Fällen und in Umgebungen, in denen kein GNSS zur Verfügung steht, kann ein Quanteninertialsensor die Lücke in der Zustandsschätzung füllen. Dieser liefert Messwerte über einen längeren Zeitraum, ist aber im Vergleich zu einer klassischen IMU frei von Drift und Verzerrungen. Daher würde eine Quanten-IMU-GNSS-Sensorfusion eine autonome Echtzeit-Navigationslösung mit hoher Genauigkeit ermöglichen.

Eine Software-Simulation eines Quanten-Beschleunigungsmessers oder -Gyroskops mit realen Störungen wurde jedoch bisher noch nicht realisiert. Daher sind die Ziele von ANTIQUE wie folgt:

  • Entwicklung eines Softwaremodells für einen Quanteninertialsensor, das:
    • kompatibel mit dem S2VSE-Modell (System & Service Volume Simulator) ist, welches vom DLR Galileo Kompetenzzentrum für das GNSS-Simulationsszenario entwickelt wurde,
    • mit realen Rauschmodellen für seine Anwendung in einer bodengestützten Simulationsumgebung ausgestattet ist.
  • Analyse der Kompromisse zwischen einer klassischen IMU und einem Quanten-IMU-Hybrid mit unterschiedlichen Anwendungsparametern, um Szenarien zu identifizieren, die von einem Quantensensor profitieren würden.

Beteiligte Abteilungen

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Kontakt

Prof. Dr. Meike List

Institutsleitung
Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR)
Institut für Satellitengeodäsie und Inertialsensorik
Am Fallturm 9, 28359 Bremen