Inertialsensorik

Inertialsensorik bezeichnet die Messung der Bewegung und Orientierung eines Objekts mithilfe von inertialen Sensoren. Typisch umfasst sie Beschleunigungs- und Gyrosensoren; in der Praxis wird oft ein Inertial Measurement Unit (IMU) verwendet, das mehrere Sensoren integriert. Fortgeschrittene Systeme können zusätzlich ein Magnetometer enthalten oder sich auf externe Referenzen stützen. MEMS-Technologie hat Kosten und Größe der Sensorik stark reduziert und macht Inertialsensorik zu einem zentralen Baustein in Smartphones, Drohnen und Fahrzeugen.

Prinzipien: Beschleunigungssensoren erfassen die lineare Beschleunigung relativ zu ihrem Referenzrahmen; Gyroskope messen die Winkelgeschwindigkeit. Aus der Integration der Messsignale über die Zeit ergeben sich Geschwindigkeit und Orientierung, wobei Bias, Rauschen und Drift auftreten. Strapped-down-Systeme verwenden Sensoren fest am Fahrzeug und berechnen Pose elektronisch; gimbalbasierte Systeme arbeiten mit einer mechanischen Orientierungseinheit. Inertiale Navigation nutzt Sensorfusion (häufig Kalman-Filter), um IMU-Daten mit externen Referenzen (GPS, Karten) zu kombinieren und Position, Geschwindigkeit und Orientierung zu schätzen.

Anwendungen finden sich in der Verbraucher-Elektronik (Bildschirm-Orientierung, AR/VR), der Robotik, der Automobil- und Luftfahrttechnik sowie in der Geodäsie und Navigation, etwa in Drohnen, autonomen Fahrzeugen und Flugzeugen.

Herausforderungen sind Bias, Rauschen, Drift, Temperaturabhängigkeit und Kalibrierungsbedarf; Magnetometer können durch Störungen verzerrt sein. Kalibrierung erfolgt typischerweise in Fabrik, in der Feldumgebung oder durch Selbstkalibrierung, um Skalierungsfaktoren, Orientierungsausrichtungen und Achsen-Abhängigkeiten zu korrigieren.