In der Trägheitsnavigation bezeichnet eine Antenne typischerweise das Gerät, das Signale von externen Positionierungssystemen empfängt, meist von globalen Navigationssatellitensystemen (GNSS) wie GPS, GLONASS, Galileo oder BeiDou. Die Antenne ist entscheidend für die Bereitstellung absoluter Positionsinformationen (Breitengrad, Längengrad und Höhe) und unterstützt die Initialisierung und Korrektur des Trägheitsnavigationssystems (INS).
Die Rolle der Antenne in der Trägheitsnavigation:
GNSS-Signalempfang:
- Die Antenne empfängt Signale von GNSS-Satelliten, die ihre Positions- und Zeitdaten senden. Dadurch kann das INS die absolute Position und Geschwindigkeit des Systems bestimmen, welche zur Korrektur oder Kalibrierung der Inertialsensoren (Beschleunigungsmesser und Gyroskope) im Laufe der Zeit verwendet werden können.
Positionierung und Navigation:
- Die von der Antenne gelieferten GNSS-Daten helfen bei der Positionsbestimmung des Geräts im Raum. Diese Information ist besonders wichtig für die Ermittlung der Ausgangsposition und für die Korrektur der Positions- und Geschwindigkeitsberechnungen des Trägheitsnavigationssystems im Zeitverlauf, insbesondere wenn keine anderen Referenzsysteme verfügbar sind.
Fusion mit Inertialsensoren:
- Bei einem typischen Sensorfusionsverfahren werden Daten der GNSS-Antenne und der Inertialsensoren (IMU) mithilfe von Algorithmen wie dem Kalman-Filter , um präzise und kontinuierliche Navigationsinformationen bereitzustellen. Die Inertialsensoren liefern die Kurzzeitgenauigkeit, während die GNSS-Daten die Langzeitdrift korrigieren.
Rolle bei der Initialisierung:
- Während des Systemstarts oder wenn das INS keine ausreichenden Trägheitsmessungen durchführen kann, liefert die GNSS-Antenne wichtige Daten für die anfängliche Ausrichtung und Kalibrierung des Systems, insbesondere für die anfängliche Position und Richtung.
Beitrag zur Genauigkeit:
- Bei Systemen mit zwei oder mehreren Antennen von Kurs , Roll- und Nickwinkel genutzt werden . Dies ist gängig in Anwendungen wie der Schifffahrt , der Luft- und Raumfahrt sowie von Landfahrzeugen , wo präzise Kurs- und Lageangaben erforderlich sind.
Zum Beispiel:
- Einzelantennensysteme nutzen ausschließlich GNSS-Daten zur Positionsaktualisierung,
- Bei Systemen mit zwei Antennen werden zwei Antennen in einem festen Abstand zueinander verwendet, um den Kurs zu berechnen, der dann zur Korrektur des INS genutzt wird.
Einfluss von Umweltfaktoren:
- Die Leistung der Antenne kann durch Umwelteinflüsse wie Signalblockierung , Mehrwegeausbreitung (reflektierte Signale) oder atmosphärische Bedingungen , was die Qualität und Zuverlässigkeit der GNSS-Daten beeinflussen kann. Dies ist besonders problematisch in Häuserschluchten oder dichten Wäldern , wo Signale blockiert oder reflektiert werden können.
Antennentypen in der Trägheitsnavigation:
- Patchantennen:
- Es handelt sich dabei um kleine, flache Antennen, die häufig in GNSS-Empfängern für Anwendungen mit niedrigem Bauformat eingesetzt werden. Sie können sowohl in Einzel- als auch in Doppelantennenkonfigurationen verwendet werden.
- Wendelantennen:
- Signalempfang gewährleisten muss (z. B. Flugzeuge , Schiffe ).
- Dualantennensysteme:
- In Anwendungen, in denen Kurs und Lage bestimmt werden müssen, Zweiantennensysteme zum Einsatz. Diese Systeme messen die relative Position zwischen zwei Antennen, um den Kurs (die Fahrtrichtung) zu berechnen, der anschließend mit Trägheitsmessungen fusioniert werden kann.
- Mikrostreifen- und L1/L2-Antennen:
- Diese Antennen können auf bestimmten GNSS-Bändern (z. B. L1 für GPS) betrieben werden und bieten möglicherweise eine hohe Genauigkeit und Unempfindlichkeit gegenüber Signalstörungen.
Abschluss:
Bei der Trägheitsnavigation ist die Antenne eine entscheidende Komponente zur Bereitstellung absoluter Positionsdaten mittels GNSS-Signalen. Dies trägt dazu bei, die akkumulierten Fehler (Drift) der Trägheitsmesseinheit (IMU) . Durch die Kombination der Antennendaten mit den Messwerten der IMU erreicht das System eine höhere Genauigkeit und Zuverlässigkeit bei der Navigation, insbesondere über längere Zeiträume und in Umgebungen, in denen Trägheitssensoren allein Drift aufweisen würden.
