Trägheitsnavigationssysteme (INS) für Drohnen ermöglichen die autonome Positionsbestimmung, Geschwindigkeitsschätzung und Lagebestimmung bei militärischen und verteidigungstechnischen UAVs und sorgen so für eine zuverlässige Navigation, ohne dass eine ständige Abhängigkeit von externen Signalen besteht.
Auf dieser Seite werden führende Anbieter von UAV-INS vorgestellt, die Lösungen anbieten, welche Beschleunigungsmesser, Gyroskope und fortschrittliche Sensorfusionstechnologien kombinieren, um taktische Drohnen, Loitering Munitions und Plattformen mit langer Einsatzdauer zu unterstützen, die in umkämpften Umgebungen operieren.
Lesen Sie den Technologieübersicht
Fortschrittliche Trägheitsnavigationssysteme (INS) für zuverlässige Navigation in anspruchsvollen Einsatzumgebungen
Modernste Trägheitslösungen für hochpräzise Navigation und Positionierung in Umgebungen ohne GPS-Empfang
Fortschrittliche Lösungen für die Modernisierung der Verteidigung: Antriebe, Sensoren, Kommunikation und Augmented-Reality-Systeme
Taktische IMU-, GPS/INS- und Waffenausrichtungslösungen
Fortschrittliche Navigationslösungen für missionskritische Verteidigungs- und Luft- und Raumfahrtanwendungen
Modernste Flugsteuerungs- und GNSS-unabhängige Navigationstechnologien für militärische und staatliche UAV-Plattformen
Hochpräzise MEMS-, Quarz- und FOG-Trägheitssensorsysteme für Militär-, Luftfahrt- und Verteidigungsanwendungen
Hochleistungsfähige faseroptische, Ringlasergyro- und MEMS-Trägheitssensoren und Navigationssysteme
Hochleistungsfähige Trägheitsmess- und Navigationssysteme für militärische Landfahrzeuge und Bodentruppen
Modernste UAV-Technologien für Verteidigungsunternehmen, Drohnen-OEMs und Systemintegratoren
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Trägheitsnavigationssysteme (INS) für Drohnen ermöglichen die Positionsbestimmung, Geschwindigkeitsschätzung, Lagebestimmung und Navigationskontinuität für unbemannte Luftfahrzeuge (UAVs) im Militär- und Verteidigungsbereich. Durch die Berechnung der Zustandsvektoren des Fluggeräts anhand von bordseitigen Beschleunigungssensoren und Gyroskopen bietet ein Trägheitsnavigationssystem für Drohnen eine eigenständige Navigationsgrundlage, die nicht von externen Funkfrequenzsignalen abhängig ist.
Die Bedeutung der Trägheitsnavigation bei Drohnen hat zugenommen, da die Bedrohungen durch elektronische Kriegsführung immer ausgefeilter geworden sind. Zu den modernen Einsatzumgebungen können Störmaßnahmen, Spoofing, Meaconing oder Blockaden des Globalen Navigationssatellitensystems (GNSS) gehören, die GPS-, Galileo-, GLONASS- und BeiDou-Signale beeinträchtigen. Für unbemannte Luftfahrzeuge, die Einsätze außerhalb der Sichtlinie (BVLOS), Informationsbeschaffung, Tiefschlag-Profile, Zielerfassung oder Seeüberwachung durchführen, ist eine ausfallsichere Navigation unerlässlich. Zwar wird ein UAV-INS üblicherweise mit GNSS-Empfängern kombiniert, um eine genaue Positionsinitialisierung und regelmäßige Fehlerkorrektur zu gewährleisten, doch liegt sein wesentlicher Vorteil in der Fähigkeit, die Navigation aufrechtzuerhalten, wenn externe Signale schwächer werden oder ausfallen.
IRINS – LEO-gestütztes Trägheitsnavigationssystem für Drohnen von Inertial Labs, einem Unternehmen der VIAVI Solutions-Gruppe
Eine UAV-Architektur mit Trägheitsnavigation muss an die Größe, das Einsatzprofil, die Flugdynamik und die Anforderungen an die Flugdauer des Fluggeräts angepasst sein.
Die Trägheitsnavigation ist eine grundlegende Funktion bei Verteidigungsdrohnen, doch die Auswahl der Hardware variiert je nach Plattformklasse:
Loitering-Munition erfordert hochreaktive Konfigurationen von UAV-Trägheitsnavigationssystemen. Bei Endanflügen, Ausweichmanövern oder dem Einsatz in Zonen mit elektronischen Gegenmaßnahmen liefert die interne IMU-Regelschleife hochfrequente Winkeldaten für die Steuerung und den Zielangriff.
Der Einsatz von Marine-Drohnen findet in strukturlosen, sich bewegenden und windreichen Umgebungen statt. Unbemannte maritime Plattformen nutzen INS-Daten zur Unterstützung der Fernverfolgung über Wasser, der Stabilisierung, der deckbezogenen Navigation sowie der autonomen Bergung auf schwankenden Flugdecks von Kriegsschiffen.
Ein Trägheitsnavigationssystem für Drohnen stützt sich auf eine interne Sensorsuite mit hoher Messrate, die physikalische Bewegungen in drei Dimensionen erfasst.
Die Trägheitsmesseinheit (IMU) ist das sensorische Herzstück des INS und enthält orthogonale Beschleunigungsmesser und Gyroskope. Die Qualität der IMU wirkt sich direkt auf die Driftrate, die Kursstabilität und die Navigationsleistung bei GNSS-Ausfällen aus:
Da bei der reinen Kursschätzung im Laufe der Zeit kontinuierlich Positionsfehler auftreten, nutzen moderne INS-Architekturen für Militärdrohnen und UAVs die Sensorfusion, um Abweichungen zu begrenzen, Bewegungen zu validieren und die Navigationsgenauigkeit bei einer Verschlechterung oder einem Ausfall des GNSS-Signals aufrechtzuerhalten.
| Technologie | Integration in das Drohnen-INS |
| EO/IR-Sensoren | EO/IR-Sensoren können mit den Ausgangssignalen des UAV-INS fusioniert werden, um Live-Bilder im optischen oder Infrarotbereich mit den durch Trägheitsmessung ermittelten Bewegungsschätzungen abzugleichen. Dies hilft dabei, die Bewegung entlang der Flugbahn zu verifizieren, visuelle Orientierungspunkte zu identifizieren und Abweichungen quer zur Flugbahn zu korrigieren, ohne dabei erkennbare Signale auszusenden. |
| LiDAR-Systeme | LiDAR liefert räumliche 3D-Daten, die mit den Inertialnavigationsdaten der Drohne zur Lokalisierung in komplexen Umgebungen zusammengeführt werden können. In Verbindung mit einem INS trägt es dazu bei, Positionsabweichungen zu reduzieren und unterstützt die Hindernisvermeidung in städtischem Gelände, in Schluchten oder in beengten Bereichen. |
| Radargestützte Systeme | Die radarunterstützte Navigation ergänzt das INS einer Drohne durch die Messung der Bodengeschwindigkeit, der Höhe und der relativen Bewegung zum Gelände. Diese Messungen liefern Korrekturdaten für die Trägheitslösung bei schlechtem Wetter, Sichtbehinderungen, Staub, Rauch oder Dunkelheit. |
| Geländereferenzierte Navigation (TRN) | TRN integriert Radar- oder Laserhöhenmessung in ein UAV-INS, indem gemessene Geländeprofile mit bordseitigen digitalen Höhenmodellen abgeglichen werden. Es bietet eine passive Korrekturquelle für Trägheitsdrift, insbesondere für fortschrittliche autonome Systeme, Flugprofile in geringer Höhe und Langstreckenwaffen. |
| Visuelle Odometrie | Die visuelle Odometrie nutzt aufeinanderfolgende Kamerabilder zur Schätzung inkrementeller Bewegungen und kann im Navigationsfilter der Drohne mit IMU-Daten fusioniert werden. Dies trägt dazu bei, die INS-Drift bei GNSS-Ausfällen zu reduzieren, indem relative Geschwindigkeits- und Bewegungsschätzungen anhand sichtbarer Merkmale bereitgestellt werden. |
| SLAM | SLAM kombiniert bordseitige Sensordaten mit Trägheitsdaten, um eine lokale Karte zu erstellen und gleichzeitig die Position des UAV darin zu schätzen. In Verbindung mit einem Drohnen-INS unterstützt es die Navigation in unbekannten, indoor-, unterirdischen oder GPS-unzugänglichen Umgebungen. |
Die hochfrequenten Ausgangssignale eines INS werden auf Flug-, Missions- und Nutzlastsysteme verteilt, um eine stabile Steuerung und eine präzise Missionsausführung zu gewährleisten.
ANELLO Aerial INS – Trägheitsnavigationssystem für UAVs von ANELLO Photonics
Die INS-Telemetrie liefert das unmittelbare Feedback, das Flugsteuerungscomputer und Autopiloten benötigen, um Steuerflächen anzusteuern, die Motorleistung anzupassen und Kursänderungen durchzuführen. Trägheitsaktualisierungen mit geringer Latenz tragen dazu bei, die Stabilität bei Turbulenzen, Windscherung, im Schwebeflug, beim Start, bei der Landung sowie bei abrupten Ausweichmanövern aufrechtzuerhalten.
Der Missionscomputer kombiniert die IMU-Ausgabedaten mit Daten von Zusatzsensoren unter Verwendung von Extended-Kalman-Filtern (EKF), nichtlinearen Filtern oder anderen Schätzverfahren. Dadurch entsteht eine einheitliche Navigationslösung, die auch dann noch einsetzbar bleibt, wenn GNSS-Aktualisierungen unzuverlässig werden.
Die meisten militärischen UAVs kombinieren die Trägheitsnavigation mit GNSS und anderen Hilfsensoren, um die Langzeitgenauigkeit zu verbessern. Je nach Missionsanforderungen können Architekturen eine lose, enge oder tief integrierte Sensorfusion nutzen, um Trägheitsmessungen mit Satellitennavigation, Flugdaten, visueller Navigation, Radar, LiDAR oder anderen Positionsbestimmungsquellen zu kombinieren. Dies ermöglicht es den Plattformen, ihre Genauigkeit auch bei teilweiser Signalverschlechterung aufrechtzuerhalten und gleichzeitig die Einsatzfähigkeit bei GNSS-Ausfällen zu bewahren.
ISR-Nutzlasten benötigen hochfrequente Winkelreferenzdaten, um die Stabilisierung des Kardanrahmens zu steuern und während Manövern klare Bildaufnahmen zu gewährleisten. Genaue Navigations- und Lageangaben unterstützen zudem die Georeferenzierung von Zielen. Eine höhere Navigations- und Lagegenauigkeit reduziert direkt den Zielortungsfehler (TLE), insbesondere bei größeren Einsatzentfernungen.
Drohnenschwärme können taktische Datennetzwerke nutzen, um Navigationsdaten zwischen den Plattformen auszutauschen. Zukünftige Architekturen für die kollaborative Navigation könnten es UAVs mit höherer Positionsgenauigkeit ermöglichen, benachbarte Systeme zu unterstützen und so die Formationsintegrität sowie die Missionskontinuität in Umgebungen mit eingeschränkter Navigation aufrechtzuerhalten.
Trägheitsnavigationssysteme für Drohnen werden zunehmend als Teil umfassenderer, widerstandsfähiger PNT-Architekturen entwickelt, die Bordautonomie, alternative Referenzquellen und fortschrittliche Verarbeitungstechniken kombinieren.
Zusammengenommen führen diese Entwicklungen dazu, dass sich das Design von UAV-INS in Richtung mehrschichtiger Navigationsarchitekturen entwickelt, die die Kontinuität von Missionen in umkämpften, gestörten und GPS-unzugänglichen Umgebungen gewährleisten können.
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