Prototyp-Entwicklung einer Auswerteelektronik für Beschleunigungssensoren einer Inertialmesseinheit

Kurzfassung

Zu den Forschungs- und Entwicklungsaktivitäten des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR) gehört das SHEFEX-Programm (SHarp Edge Flight EXperiment). Nach den erfolgreichen Starts von SHEFEX I im Oktober 2005 und SHEFEX II im Juni 2012 folgt SHEFEX III mit einem voraussichtlichen Start im Jahr 2017. Basierend auf den Ergebnissen und Erfahrungen mit dem Navigationsexperiment an Bord von SHEFEX II entwickelt die Abteilung Navigations- und Regelungssysteme des DLR-Instituts für Raumfahrtsysteme ein neuartiges, autonomes Navigationssystem für SHEFEX III. Dieses System ist in der Lage, hochgenaue Navigationslösungen zu ermitteln. Dabei bedient es sich innovativer Ansätze, beispielsweise einer Plattform zur Hybridnavigation, die Methoden zur Sensordatenfusion aus den Messwerten von Inertial- und Absolutsensoren beinhaltet. Durch die Kombination dieser verschiedenen Sensoren wird eine präzise Positions- und Lagebestimmung möglich. Ein spezieller Teil des hybriden Navigationssystems (HNS) ist die inertiale Messeinheit (englisch: Inertial Measurement Unit, abgekürzt IMU). Diese besteht aus Beschleunigungs- und Drehratensensoren, die zur hochfrequenten Aufnahme der Bewegungsvorgänge im Raum dienen. Die folgende Bachelorthesis behandelt den Entwurf eines Akkommodationskonzeptes für diese Inertialmesseinheit in Verbindung mit der Prototyp-Entwicklung einer Auswerteelektronik für Beschleunigungssensoren. Auf die im System vorhandenen nicht-inertialen Sensoren wie Sonnensensoren oder GPS-Empfänger wird im Rahmen dieser Arbeit jedoch nicht weiter eingegangen. In diesem Rahmen werden Schaltungen zur Spannungsversorgung und Messdatenumwandlungen für die innerhalb der IMU eingesetzten Beschleunigungssensoren entworfen. Der theoretische Entwurf wird in Form von Breadboards bzw. Prototypen praktisch umgesetzt, die dann überprüft werden. Das für SHEFEX III in Entwicklung befindliche HNS dient der Abteilung als Ausgangspunkt für Weiterentwicklungen im Bereich der hybriden Navigationssysteme. Eine anschließende Weiterverwendung des HNS im Rahmen weiterer Projekte ist möglich, ebenso wie Weiterentwicklungen zur Steigerung der Genauigkeit, der Kompaktierung, der Erhöhung der Modularität, der Senkung der Masse und des Leistungsbedarfes etc.