Inertialmesssystemen

Inertialmesssystemen zijn systemen die beweging en oriëntatie van een object bepalen aan de hand van metingen van lineaire versnelling en hoekveranderingen. Ze worden gebruikt wanneer externe referenties zoals koppelingen met satellietnavigatie niet beschikbaar of niet betrouwbaar zijn. De term omvat meestal twee gerelateerde concepten: de inertial measurement unit (IMU), die sensoren bevat maar geen berekeningen uitvoert, en het bijbehorende inertial navigation system (INS), dat de sensoroutputs verwerkt tot ruwe en vervolgens navigeerbare oplossingen.

Een IMU registreert signalen van versnellingssensoren en gyroscopen. Deze outputs worden in een INS fused met algoritmes (vaak Kalman-filters) omgezet in oriëntatie (roll, pitch, yaw), snelheid en positie. Magnetometers kunnen helpen bij het corrigeren van richting en kalibratie, vooral in AHRS-systemen (Attitude and Heading Reference System) die zijn gericht op attitude en hoofdrichting. Systemen kunnen strap-down zijn, waarbij sensoren vast aan het voertuig bewegen en berekeningen in software gebeuren, of gimballed, waarbij zwaartepunten en sensoren fysiek worden gevolgd door een gimbal.

Technologieën variëren van goedkope MEMS-sensoren tot precisie-vezeloptische en ringlasergebaseerde gyroscopen. MEMS-IMUs zijn klein en laag in kosten maar gevoelig voor drift en temperatuursinvloeden; hoogwaardige systemen gebruiken FOG of RLG-technologie voor betere stabiliteit en bias.

Toepassingen omvatten luchtvaart, maritiem en ruimtevaart, automotive en robotica, evenals mobiele apparaten en drones. De kernuitdagingen zijn drift, bias en foutontwikkeling door temperatuur en veroudering, waardoor periodieke kalibratie en sensorfusie cruciaal zijn. Innovaties richten zich op kleinere, nauwkeurigere sensoren en geavanceerde fus algoritmes voor betere prestaties naast GPS-ondersteuning.