Im Rahmen des Forschungsprojekts IMUcompact hat das Fraunhofer-Institut für Zuverlässigkeit und Mikrointegration (IZM) eine kompakte und leichte Navigationseinheit (IMU) für diese Drohnen entwickelt, die nach Angaben des Instituts eine Genauigkeit im Zentimeterbereich ermöglicht.
Das neu entwickelte interferometrische Miniaturgyroskops (IFOG) ist aufgrund des leichten Gewichts gut in Drohnen mit geringer Traglast einsetzbar. Quelle: Fraunhofer IZM
Die Inertial Measurement Unit (IMU) des Systems basiert im Wesentlichen auf drei Gyroskopachsen und drei Beschleunigungssensoren, die eine zentimetergenaue Positionsbestimmung für Navigation und Geländevermessung ohne GPS-Signal ermöglichen. Kompakte Gyroskope mit geringer Auflösung befinden sich heutzutage in allen Smartphones und Smart Watches, um zum Beispiel die Orientierung des Bildschirms oder der Fotokamera sicherzustellen. Diese sogenannten MEMS1-Gyroskope sind zwar auch klein und leicht, für den Einsatz in Drohnen allerdings anfälliger gegenüber Umwelteinflüssen wie Temperatur, Feuchtigkeit und elektromagnetischen Feldern. IMU-Systeme mit höherer Auflösung waren bisher aufgrund ihrer Größe und Kosten nicht für die Industrie oder Wirtschaft rentabel.
Das am Fraunhofer IZM entwickelte interferometrische faseroptische Miniaturgyroskop (IFOG) ermöglicht eine höhere Detailgenauigkeit und kann aufgrund seiner Kompaktheit und einem geringen Gewicht mit unterschiedlichsten Trägerdrohnen kombiniert werden. Da diese Form des Gyroskops keine beweglichen Teile beinhaltet und elektromagnetisch unempfindlich ist, eignet sie sich besser für den Einsatz in unbemannten Drohnen als herkömmliche MEMS-Alternativen. Nach Angaben des Fraunhofer IZM ermöglicht es eine absolute Genauigkeit von unter 10 cm.
Erste Photogrammetrische Messungen
Eine der ersten Praxisanwendungen der neuen IMU stellt die Photogrammetrie mit UAVs dar. Gemeinsam mit Projektpartnern hat das Institut einen Demonstrator entwickelt, bei dem die IMU mit einem GPS-System, sowie einem integrierten Schaltkreis zu einer integrierten Lösung kombiniert wurde. Dieser Prototyp soll in einem weiteren Schritt nun optimiert werden, um die zivile Nutzung autonomer Drohnensysteme weiter voranzutreiben“, fassen die Projektleiterin Dr. Alethea Vanessa Zamora Gómez und der Entwickler Christian Janeczka das Projektende zufrieden zusammen. Denkbar sei auch der Einsatz in anderen Trägersystemen wie Schiffen, der Luft- und Raumfahrt, autonomen Fahrzeugen, bis hin zu KI-basierten Logistiknetzwerken, die einen höheren Grad an Automatisierung ermöglichen.
Beteiligt sind die Firmen IGI – Ingenieur-Gesellschaft für Interfaces mbH, IntraNav GmbH und die MILAN Geoservice GmbH als assoziierte Partner. Das Projekt wurde für eine Laufzeit von fünf Jahren bis März 2023 unter dem Förderkennzeichen 13N14758 vom Bundesministerium für Bildung und Forschung gefördert.
Einsatzgebiet Drohne. Das neue IFOG-Gyroskop ermöglicht nach Angaben des Fraunhofer IZM in Kombination mit GNSS eine zentimetergenaue Positionsbestimmung der unbenannten Flugobjekte.