NavLab - MATLAB basiertes Sensorframework zur Entwicklung von Navigationsalgorithmen

In der Forschung und Entwicklung von Navigationsalgorithmen werden je nach Anwendung und Szenario verschiedene Sensortypen miteinander fusioniert, um Position, Geschwindigkeit oder Orientierung von Objekten und Personen optimal zu schätzen.

Die Vorgehensweise bei der Entwicklung ist dabei unabhängig vom Szenario sehr ähnlich: Nach der Definition des mathematischen Modells muss die Datenaufnahme und Filterlogik implementiert werden. Das Ergebnis wird dann mit einer Referenzlösung verglichen. Hierbei fällt zwischen den Entwicklern viel redundante Arbeit an; oft werden auch verschiedene Standards und Datenstrukturen definiert, die zwar für sich eine gute Lösung darstellen, aber oft nicht flexibel genug sind um von anderen algorithmischen Weiterentwicklungen zu profitieren. Um dies zu vermeiden wird im Rahmen des FuE-Projekts NAVKA das MATLAB basierte Sensorframework NavLab entwickelt. Das NavLab-Framework bietet einen einheitlichen und erweiterbaren Rahmen zur Standardisierung der Datenstrukturen, Zustandsschätzerlogik und der Visualisierungskomponenten.

  • Standardisierte Datenstrukturen und Schnittstellen für Sensorbeobachtungen im Postprocessing (SIMA-Format)
  • Standardisierte Definitionen für Initialisierungswerte, Varianzen, Lever-Arm-Parameter, ect.
  • Standardisierte Zustandsschätzerlogik (Filter)
  • Standardisierte Beobachtungsgleichungen z.B. für Positions-, Geschwindigkeits-, Orientierungs- und Automotive-Mode-Beobachtungen unter Berücksichtigung der Lever-Arme
  • UDP-Schnittstellen für Beobachtungsdateninput und Ergebnisausgabe
    Automatisierte Speicherung der Beobachtungs- und Zustandshistory
  • Simulation bzw. Berücksichtigung von Zeitverzögerungen in den Beobachtungen
  • De/-Aktivierung von einzelnen Sensoren und Sensorgruppen
  • Standardisierte Visualisierung im Postprocessing
  • Bereitstellung von Basisfunktionalität wie
    • Schwere- & Magnetfeldmodelle
    • Referenzellipsoidparameter
    • Koordinatentransformation
    • Quaternionenfunktionen

e-volo: Bemannte Multikopter

An der Hochschule Karlsruhe – Technik und Wirtschaft werden Navigations- und Steuerungssystem für ein neuartiges bemanntes Fluggerät entwickelt. Das Projekt wird vom Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie mit zwei Millionen Euro gefördert.

Download Projekt Poster

Von sechs Konsortiumsmitgliedern aus Hochschulen und Industrie – unter ihnen auch das Institut für Angewandte Forschung (IAF), einem der beiden zentralen Forschungsinstitute der Hochschule Karlsruhe – wird unter der Leitung des Unternehmens e-volo ein neuartiges Fluggerät, der so genannte Volocopter, im gleichnamigen ZIM-Projekt (Zentrales Innovationsprogramm Mittelstand des Bundesministeriums für Wirtschaft und Technologie) entwickelt. Dem Konsortium fließen im dreijährigen Forschungsprojekt die Fördermittel in Höhe von ca. 2 Mio. Euro zu.


Aufbau des Volocopters VC200 in Bruchsal (Foto: e-volo)

Seitens des FuE Konsortiumsmitglieds Hochschule Karlsruhe – Technik und Wirtschaft, Institut für Angewandte Forschung (IAF) werden unter der Projektleitung von Prof. Dr.-Ing. Reiner Jäger die Komponenten des Navigations- und Steuerungssystem für den Volokopter (www.e-volo.com) entwickelt.

Der Volocopter wird von einem Piloten gesteuert und ist als Zweisitzer konzipiert. Im Gegensatz zu einem Helikopter wird er nicht von einem oder zwei, sondern von bis zu 18 horizontalen Rotoren angetrieben. Ein weiterer wesentlicher Unterschied und Vorteil: Der Antrieb ist elektrisch. Diese Antriebsart ist ausgesprochen leise, umweltschonend und führt zudem zu einer signifikanten Senkung der Flugkosten. Die Akkus sollen eine Flugzeit bis zu einer Stunde ermöglichen, dabei fallen Energiekosten von weniger als zehn Euro an. Erreicht wird damit bei einem Gesamtgewicht bis zu 450kg eine Flughöhe von 2000 m, eine Geschwindigkeit bis zu 100 km/h. Zudem ist es ein ausgesprochen sicheres Fluggerät. Selbst wenn mehrere Motoren ausfallen, kann es noch sicher landen, und selbst im allergrößten Notfall kann es mit einem Fallschirm zu Boden segeln. Nach dem Flugbetrieb lässt es sich platzsparend verstauen, denn der Volocopter kann kompakt in Einzelteile zerlegt werden. In diesem Jahr konnte der Volokopter bereits den Charles Lindbergh-Preis auf der AERO Luftfahrtmesse in Friedrichshafen gewinnen.

Weltweit erster erfolgreicher bemannter Flug mit einem elektrischen Multikopter

Der Multikopter von e-volo ist ein völlig neuartiges, senkrechtstartendes, manntragendes Fluggerät, das in keiner bekannten Kategorie einzuordnen ist.

Pressebericht November, 2011: Deutsch / Englisch

Publikation und Diskussion des e-volo-Konzepts bei IEEE Spectrum: http://spectrum.ieee.org/aerospace

Mehr auf www.e-volo.de

Fotos: e-volo

e-volo

Syntern GmbH
Hirschstr. 91, 76137 Karlsruhe

www.e-volo.de

 

Navigation für bemannte Multikopter

Für die Volocopter Navigation wird ein spezielles Navigationssystem entwickelt, das mit redundanter GNSS- und MEMS Sensoranbindung arbeitet. Dadurch wird die Sicherheit erhöht und die Genauigkeit verbessert. Die Mehrfachanbindung erlaubt u. a. eine wirksame Nachkalibrierung der Sensoren im Flug. Die Platzierung der Sensoren wird berücksichtigt, um Hebelarmeffekte in die Auswertung einzubeziehen. Evtl. auftretende Messfehler werden durch robuste Schätzalgorithmen verworfen. Weitere Sensoren können an den Volocopter angeschlossen werden, z. B. Laserscanner oder Kameras. Dadurch kann z. B. der Landevorgang vereinfacht werden.

Die Besonderheiten der Navka Algorithmen im Volocopter Projekt:

  • Tiefe Kopplung der GNSS/MEMS-Sensorrohdaten
  • Sensorredundanz
  • Freie Platzierung und Orientierung der Sensoren mit Nutzung des Hebelarmeffekts
  • Robuste Parameterschätzung (d. h. robust gegen Messfehler)
  • On-the-fly Kalibrierung der Sensorfehler
  • Georeferenzierte Anbindung von weiteren Sensoren (z. B. Laserscanner oder Kameras)
 

Willkommen beim FuE-Projekt für Navigations-Algorithmen und -Plattformen Karlsruhe (NAVKA)

NAVKA ist angesiedelt am Institut für Angewandte Forschung (IAF) an der Hochschule Karlsruhe (HSKA) als Verbundforschungsprojekt mit folgenden Themen

  • Algorithmen und ein optimales Design für eine hybride Multi-Sensor-Plattform zur nahtlosen out-/indoor Navigation
  • Algorithmen für die Georefenzierung von Objekten
  • Plattformen zur Datenerfassung in Echtzeit
  • Algorithmen zur GNSS-basierten Positionierung und Navigation

 

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