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Inertial-Messtechnik

Präzisions-Navigation völlig ohne GPS

14. April 2013, 22:19 Uhr | Wolfgang Hascher

Dieser Mini-Chip kann völlig ohne Satelliten präzise navigieren: Inertial-Messtechnik auf CMOS macht's möglich.

Eine technische Sensation: Was früher mit massiv schweren und teuren Kreisel-Systemen realisiert wurde, kann nun ein kleiner Chip: die Trägheitsnavigation (Intertial Navigation). Damit lassen sich Navigationssysteme für Mobilgeräte realisieren, die völlig ohne Satelliten-Unterstützung durch GPS auskommen.

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Inertial-Messs- bzw. Navigationssysteme erfassen kleinste Beschleunigungsänderungen in den drei Raumachsen und errechnen so (ab einem bekannten Startpunkt) jede weitere Position in Folge. Dies machten sich früher Flugzeuge zunutze, die aber mit sehr teuren Kreiselsystemen die Inertialdaten bestimmten. Heute kann dies ein Mini-Chip. Nützlich ist dies vor allem für künftige Navigationssysteme, die ohne Satellitenunterstützung (durch GPS oder künftig Galileo) auskommen sollen bzw. müssen (für Navigation in Innenräumen oder für die Auto-Navigation z.B. in Tunneln).

Den DARPA-Forschern (Defense Advanced Research Projects Agency) an der University of Michigan ist es gelungen, eine Sechs-Achsen-Inertialmesseinheit bestehend aus drei Gyroskopen und drei Beschleunigungsmessern sowie eine Präzisionsuhr in einem extrem kompakten Chip zu vereinen. Denn jede der sechs funktionellen Schichten ist etwa so dünn wie ein menschliches Haar, insgesammt ist der Chip nur zehn Kubikmillimeter groß. Der winzige Prototyp kann aber gleichzeitig Ausrichtung im Raum, Geschwindigkeit und Zeit messen - und damit alles, was erforderlich ist, um ohne GPS-Signal weiterhin eine präzise Navigation zu ermöglichen.

Der Chip ist in CMOS gefertigt, so Andrei Shkel, DARPA Program Manager. Ihm zufolge ist der Chip für diverse Anwendungen geeignet, wenn GPS-Signale vorübergehend gestört oder komplett ausgefallen sind, darunter Personenverfolgung und Handheld-Navigation, aber auch "Waffen mit geringem Durchmesser" oder "kleine fliegende Plattformen" - was zumindest andeutet, dass der Chip auch zielsuchende Mini-Raketen und bessere Erkundungs- und Überwachungs-Drohnen ermöglichen soll.

Zivile Anwendungen sind natürlich mobile Navigationssysteme: Wenngleich die DARPA dies nicht konkret anspricht, ist die Neuentwicklung auch interessant für Einsätze in urbaner Umgebung. Denn gerade in Städten stören Gebäude, Tunnel und andere Strukturen oft das GPS-Signal, weshalb auch im zivilen Bereich viel an GPS-Ergänzungen gearbeitet wird.