Modellierung der menschlichen Beschleunigungswahrnehmung; Teil I: Die Drehratenerfassung durch den Bogengangsapparat

Abstract

Flugsimulatoren mit Bewegungssystemen sind eine weit verbreitete Trainingsmaßnahme, um Piloten auf das Bewältigen schwieriger Situationen vorzubereiten. In zukünftigen Forschungen soll daher besonderer Wert auf die Verbesserung von Washoutalgorithmen gelegt werden. Hierfür ist es von Bedeutung, ob und wie die Versuchsperson die Bewegungen des Simulators wahrnimmt. Zu diesem Zweck wird in diesem Bericht ein Programm entwickelt, welches überprüft, wie der Pilot Bewegungen wahrnimmt. Der Bericht beschränkt sich auf Drehbewegungen, da translatorische Bewegungen Gegenstand einer anderen Arbeit sind. Zu Beginn werden Funktionsweise und Aufbau der Sinnesorgane im Innenohr geklärt. Dabei wird festgestellt, dass die Bogengänge wie Drehbeschleunigungsmesser wirken und somit nicht Drehraten messen. Daher sind auch die Schwellenwerte der Bewegungswahrnehmung (Thresholds) bestimmte Drehbeschleunigungen. Ursache der Thresholds ist die Reaktivität der Sinneszellen. Diese beträgt ca. 80 Hz und wirkt wie ein Hintergrundrauschen, von dem sich das Signal abheben muss. Nach der Ermittlung der Werte der Thresholds wird aus ihnen ein mathematisches Modell der Bogengänge erstellt. Die Übertragungsfunktion beschreibt das Systemverhalten und gibt das Verhältnis zwischen Dehbeschleinigung und zusätzlicher Feuerrate der Sinneszellen wieder. Basierend auf der Übertragungsfunktion wird ein Programm erstellt, das die nicht wahrnehmbaren Beschleunigungen aus der Gesamtheit der Beschleunigungen eleminiert. Zur Validierung dieses Programms wird ein real durchgeführtes Experiment zur Bestimmung von Thresholds mit Hilfe des Pogramms simuliert. Dabei wird der simulierte Threshold mit dem real ermittelten verglichen. Es stellt sich jedoch heraus, dass das Programm die realen Thresholds nicht vollständig abbildet. Zum Abschluss werden zwei auf diesem Gebiet forschende Institutionen vorgestellt und eine Übersicht über ihre Forschungen gegeben.