Selbst-Kalibrierung für Arrays von Beschleunigungssensoren (SCARS)

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Yiannos Manoli
• Fachliche Zuordnung: Messsysteme
• Förderung: Förderung von 2014 bis 2019
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 258832626

Eine inertiale Messeinheit (IMU) bestimmt die relative Bewegung eines Körpers in Form seiner transversalen Beschleunigung und seiner Drehgeschwindigkeit. Konventionelle inertiale Messeinheiten bestehen aus drei Beschleunigungssensoren und drei Gyroskopen. Eine gyroskopenfreie inertiale Messeinheit (GF-IMU) dagegen bestimmt die relative Bewegung allein mittels Beschleunigungsmessungen. Dabei sind mehrere Sensoren an unterschiedlichen Positionen innerhalb des Körpers angebracht, die zusammen ein Array von Beschleunigungssensoren bilden. Um eine genaue Schätzung der relativen Bewegung zu erhalten, muss die Anordnung der Sensoren, also deren Positionen und Orientierungen, genau bekannt sein. Jedoch ist diese oft nur mit einer unzureichenden Genauigkeit verfügbar, weshalb sie in der Praxis meist mittels Kalibrierung rekonstruiert wird. Stand der Technik sind Kalibrierungsmethoden, die die Anordnung der Sensoren mittels Bewegungsdaten und dazugehörigen Beschleunigungsmessungen bestimmen. Hierfür sind hochentwickelte Laboreinrichtungen notwendig, um das Sensorarray mit einer Referenzbewegung zu beaufschlagen. Dies bedeutet zusätzliche Kosten für jede produzierte Messeinheit. Darüber hinaus sind die genannten Einrichtungen meist nicht geeignet für Sensorarrays mit großen geometrischen Abmessungen, was eine Kalibrierung bei vielen Applikationen ausschließt. Ziel dieses Forschungsprojektes ist es daher, eine Selbst-Kalibrierung für Arrays von Beschleunigungssensoren zu entwickeln. Dabei wird die Anordnung einzig über die Messungen der Sensoren selbst bestimmt, ohne Zuhilfenahme einer externen Referenz. Darüber hinaus soll die entstandene Methode während einer beliebigen Bewegung anwendbar sein, so dass sie während des normalen Betriebs der GF-IMU einsetzbar ist. Um diese Ziele zu erreichen, muss untersucht werden, wie inhärentes Wissen über das Messsystem in einer numerischen Optimierung der Sensoranordnung verwendet werden kann. Die Anwendung der resultierenden Methodik ist somit nicht auf ein Array von Beschleunigungssensoren begrenzt, sondern hat das Potential, auch auf andere Messsysteme anwendbar zu sein.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen