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Analyse und Entwurf multisensorieller Systeme

Analyse und Entwurf multisensorieller Systeme
Typ: Vorlesung
Zielgruppe: Master
Lehrstuhl: Institut für Theoretische Elektrotechnik und Systemoptimierung
Semester: Sommersemester 2017
Ort:

MTI (Erdgeschoss)
30.33 Theoretische Elektrotechnik

Zeit:

Freitag, 09:45-11:15 wöchentlich

Beginn: 28.04.2017
Dozent:

Professor Gert F. Trommer

Betreuer: Silvia Prophet

SWS: 2
ECTS: 3
LVNr.: 23064
Prüfung: schriftlich am 12.02.2018
Hinweis:

M-ETIT-100355

Anmerkungen

Die Vorlesung wird nur noch im SS2017 und letztmalig im SS2018 gelesen.

Die Ergebnisse der Klausur vom SS2017 können ab 25.10. im Schaukasten im EG des ITE eingesehen werden.

Klausurergebnisse

Ergebnisse der Klausur vom SS2017 als pdf  Zugang über KIT-login (uxxxx oder ab1234) und Passwort.

Die Klausureinsicht findet am 03.11.2017 von 15:00 Uhr  bis 16:00 Uhr im Besprechungszimmer des ITE statt.

 

Prüfung

Ab Sommersemester 2017 findet die Prüfung schriftlich statt!

Termin / Ort: Montag 12. Februar 2018, 14.00-16.00 Uhr; NTI Hörsaal, geb. 30.10
Anmeldebeginn: 01.11.2017
Anmeldeende: 05.02.2018
Rücktrittende: 08.02.2018

Dauer: 120 Minuten

Zugelassene Hilfsmittel: keine (Benötigte Formeln werden angegeben)

Downloads

  • Hier geht es zum Downloadbereich. (Zugang über KIT-Konto - uxxxx bzw. ab1234).

Inhalt

1 Einführung

1.1 Integrierte Navigationssysteme als Beispiel multisensorieller Systeme
1.2 Stützsensoren
1.3 Fusion der Datenströme eines integrierten Navigationssystems

2 Inertiale Navigation

2.1 Sensoren zur Bestimmung der Lage im Raum
2.1.1 Optische Rotationssensoren
2.1.1.1 Faseroptische Rotationssensoren (FOG)
2.1.1.2 Ringlaser Rotationssensoren (RLG)
2.1.2 Mechanische Kreisel
2.1.2.1 Mechanischer Wendekreisel
2.1.2.2 Mechanischer Lagekreisel
2.1.3 Mikro-Systemtechnische (MST) Rotationssensoren
2.2 Sensoren zur Bestimmung der Position und Geschwindigkeit im Raum
2.2.1 Prinzip inertialer Positions- und Geschwindigkeitsbestimmung
2.2.2 Beschleunigungsmesser
2.2.3 Inertiale Navigationssysteme (INS)
2.2.3.1 Kardanische Plattformsysteme
2.2.3.2 Körperfeste Strapdown Systeme
2.2.3.2.1 Inertial Measurement Units (IMU)
2.2.3.2.2 Datenfusion der Inertialsensordaten IMU -> INS
2.2.3.2.3 Bestimmung der Fluglage
2.2.3.2.4 Bestimmung von Position und Geschwindigkeit
2.2.3.2.5 Ausrichtung/Initialisierung des Inertialsystems
2.2.4 INS Fehlerverhalten
2.2.4.1 IMU Fehlerterme / Genauigkeitsklassen
2.2.4.2 Resultierende INS Positionsfehler
2.2.4.3 Genauigkeitsanforderung eines Navigation Grade INS (1nm/h)
2.2.4.4. Gestützte Navigationssysteme 

3 Positionsbestimmung mittels GNSS

3.1 GPS Navstar, GLONASS, GALILEO
3.2 Funktionsprinzip von GPS
3.3 Fehlerquellen
3.3.1 Mehrwege Effekte (Multipath)
3.3.2 Ionospärische Fehler
3.3.3 Gesamt-Fehlerbilanz
3.4 Prinzip des Differential-GPS (D-GPS)
3.5 Zuverlässigkeitsprobleme
3.6 Verfahren der Integritätsprüfung des Satellitenempfanges
3.7 Entwicklung von Galileo

4 Datenfusion gestützter Navigationssysteme

4.1 Zustandsraumdarstellung linearer Systeme
4.2 Grundlagen der Statistik
4.3 Kalman Filter
4.4 Kalman Filterformulierungen
4.4.1 Total State Space Kalman Filter
4.4.2 Error State Space Kalman Filter
4.5 Extended Kalman Filter (EKF)
4.6 Zusammenfassung Strapdown/Kalmanfilter
4.7 GPS/INS Datenfusionsverfahren

5 Stützung durch Terrain Referenz Navigationssysteme (TRN)

5.1 Sicherheits-/Zuverlässigkeitsproblem mit GPS
5.2 Nutzung von Digital Terrain Elevation Data (DTED)
5.3 DTED Daten der SRTM Mission
5.4 Prinzip der Terrain Referenz Navigation (TRN)
5.4.1 System Konzept
5.4.1.1 Zentrales System (Extended Kalman Filter Methode)
5.4.1.2 Modulares System (Korrelationsmethode)
5.5 Simulationsergebnisse
5.6 Validierung durch Testflüge

6 (Image Based Navigation (IBN) Subsystem) Bildgestützte Navigation

6.1 Prinzip der Bildgestützten Navigation IBN
6.2 Bildgewinnung und Geokodierung
6.3 Sensorik
6.4 Algorithmik

7 Testumgebungen für den System-Nachweis

7.1 Computer-Simulation (off-line, non-real-time)
7.2 Subsystem-Hardwaretests
7.2.1 IMU Charakterisierung
7.2.2 Umwelttests
7.2.3 GPS Receiver Charakterisierung
7.3 Computer-in-the-Loop (CIL) Testsystem
7.4 Hardware-in-the-Loop (HIL) Testsystem
7.5 Systemnachweis

8 Prinzipien optimaler Systemintegration

Performance, Zuverlässigkeit, Sicherheit
Firmenpolitische Aspekte (Patentlage, Workshare)
Entscheidung Neuentwicklung vs Anpaßentwicklung
Kriterien zur Technologie-Auswahl der Sensorik
Kriterien zur Methodik der Datenfusion

Literatur

  • Jan Wendel:
    Integrierte Navigationssysteme : Sensordatenfusion, GPS und Inertiale Navigation / Jan Wendel. - 1. Aufl.
    München : Oldenbourg, R, 2007. - X, 336 S.; (ger)
    ISBN 978-3-486-58160-7
    ISBN 3-486-58160-0
    Signatur: 2007 A 1356
  • Paul D. Groves:
    Principles of GNSS, Inertial, and Multisensor Integrated Navigation Systems, 2nd edition
    Artech House, Boston/London, 2013
    ISBN-13: 978-1-60807-005-3,
    Hardcover: 776 pages (Hard cover) + DVD
  • D. H Titterton, J. L. Weston:
    Strapdown Inertial Navigation Technology
    Peter Peregrinus Ltd
  • R. Brown, P. Hwang:
    Introduction to Random Signals and Applied Kalman Filtering
    John Wiley
  • Farrell, J.; Barth, M.:
    The Global Positioning System & Inertial Navigation,
    McGraw-Hill, 1999, New York.
  • Grewal, M.S. u.a.:
    Global Positioning Systems, Inertial Navigation and Integration,
    John Wiley & Sons, 2001, New York.
Spezieller zu Kalman Filtern:
  • Gelb, A.:
    Applied Optimal Estimation,
    14th printing, The M.I.T. Press,Cambridge, Massachusetts, and London, England, 1996.
  • Grewal, M.S.; Andrews, A.P.:
    Kalman Filtering: Theory and Practice,
    Prentice Hall, New Jersey, 1993.
  • Minkler, G.; Minkler, J.:
    Theory and Application of Kalman Filtering,
    Magellan Book Company,Palm Bay, Florida, 1993.