Entwicklung eines MEMS-basierten integrierten Navigationssystems für den Einsatz in einem druckneutralen, tiefseetauglichen AUV

Das Meer und insbesondere die Tiefsee nehmen für den Wohlstand und die wirtschaftliche Entwicklung der Menschheit stetig an Bedeutung zu. Das Meer liefert nicht nur Fische und Meeresfrüchte, sondern auch Rohstoffe wie Öl-, Gas-, und seltene Metalle. Weiterhin werden für die Energieerzeugung durch Offshore-Windkraftanlagen große Flächen im Meer genutzt. Die zahlreichen technischen Einrichtungen und Anlagen, welche im Meere installiert sind, müssen gewartet und inspiziert werden, um eine sichere Funktionsweise im korrosiven Meerwasser zu garantieren. In naher Zukunft bieten aller Wahrscheinlichkeit nach autonome Un-terwasserfahrzeuge die Möglichkeit, diese Aufgaben kosteneffizient zu übernehmen. Sind die Unterwasserstrukturen mit einem akustischen Positionierungssystem ausgestattet, lässt sich für die Unterwassernavigation der Fahrzeuge ein neues und kostengünstiges Navigationskonzept nutzen. Die vorliegende Dissertation beschreibt die Entwicklung eines integrierten Navigationssystems, das im Zusammenspiel mit einem akustischen Ortungssystem eine genaue und zuverlässige Navigation bis zu einer Tauchtiefe von 6.000 Metern ermöglicht. Die Grundlage des entwickelten Navigationssystems bildet eine inertiale Messeinheit, die aus drei Beschleunigungssensoren und drei Drehratensensoren besteht, welche an die speziellen Bedingungen eines autonomen Unterwassereinsatzes angepasst sind. Ein druckneutraler Navigationsrechner, der trotz der hohen Druckbelastung in der Tiefsee ohne eine schützende Druckhülle auskommt, berechnet aus den Daten der inertialen Messeinheit, des akustischen Navigationssystems und weiterer Sensoren die Navigationslösung. Um auch bei einem Ausfall des akustischen Positionierungssystems ein sicheres Auftauchen des Unterwasserfahrzeugs zu garantieren, werden mithilfe eines statistischen Filters weitere Messwerte über das Erdmagnetfeld, den hydrostatischen Druck oder die Geschwindigkeit des Fahrzeugs berücksichtigt. So gelingt auch im Notfall eine ausreichend genaue Positionsbestimmung des Fahrzeugs. Insgesamt zeigen die Ergebnisse der Testfahrten, dass ein zuverlässiges und robustes System vorliegt, welches den Navigationsanforderungen eines autonomen Tiefseefahrzeugs gerecht wird. Mit der, für den Aufbau eines Inertialnavigationssystems erstmals benutzten, druckneutralen Bauweise und den speziell ausgelegten Sensoren, gelingt es, ein kostengünstiges, integriertes Navigationssystem aufzubauen. Das System bietet in Verbindung mit einer akustischen Positionsbestimmung eine preiswerte Lösung, die Navigation von autonomen Unterwasserfahrzeugen zu übernehmen und trägt somit zu einer verbesserten Wirtschaftlichkeit von autonomen Unterwasserfahrzeugen bei.

Author dc:creator

• Gelze, Johannes

Advisor dc:contributor.advisor

• Lehr, Heinz

Licence dc:rights.uri

• https://creativecommons.org/licenses/by/3.0/de/

Language dc:language.iso

de, German

Identifier URI

urn:nbn:de:kobv:83-opus4-62823
http://dx.doi.org/10.14279/depositonce-4349

OAI identifier oai:identifier

oai:depositonce.tu-berlin.de:11303/4646