Zur Integritätsprüfung von Satelliten-Inertial-Navigation für die Luftfahrt

Die vorliegende Arbeit behandelt ein integriertes Navigationssystem für Luftfahrzeuge, das auf der Satelliten- und Inertialnavigation beruht. Die Luftfahrtstandards fordern eine Integrität, die ein solches System nur mit Hilfe geeigneter Integritätsüberwachung erfüllt. Diese Überwachung liefert Sicherheitsgrenzen (Protection Level), in denen eine integere Navigationslösung zugesichert werden kann. Die Höhe und Kontinuität der Sicherheitsgrenzen ist maßgebend für den Nutzen des Navigationssystems in einem Luftfahrzeug. Daher ist die Integritätsüberwachung ein essenzieller Bestandteil des integrierten Navigationssystems. In dieser Arbeit wird theoretisch und experimentell untersucht, wie das integrierte Navigationssystem aufzubauen ist und welche Leistung es im Hinblick auf die Luftfahrtanforderungen bietet. Um sich von der klassischen und kostenintensiven Inertialsensorgüte zu lösen, die in luftfahrttypischen Inertialnavigationssystemen vorliegt, wird auf günstigere Sensoren niederer Güte zurückgegriffen. Nach der Aufbereitung der theoretischen Grundlagen zur Inertial- und Satellitennavigation und einer genauen Darstellung der verwendeten Inertialsensoren befasst sich die Arbeit mit der Kopplung bzw. Integration von Satelliten- und Inertialnavigation. Im Hinblick auf luftfahrttypische Satellitennavigationsempfänger und die Integrität des Systems wird die sogenannte tightly coupled Integration verfolgt. Es werden die Anforderungen und die bekannten Methoden der Integritätsüberwachung aufgezeigt und geeignete Ansätze identifiziert. Diese Ansätze werden theoretisch ausgearbeitet und simulationsgestützt bewertet. Abschließend werden die Funktionen und die Leistungsfähigkeit des aufgebauten Navigationssystems anhand der Ergebnisse aus Flugversuchen demonstriert. Hier wird die Eignung der gewählten Methoden zur Integration der Satelliten- und Inertialnavigation nachgewiesen. Durch den entwickelten Integritätsalgorithmus ist das Potenzial der integrierten Navigation, unabhängig von der Inertialsensorgüte, in der Luftfahrt nutzbar.