[Back]

G. Teodori:
"Simulationsstudien zur Verbesserung der Gierwinkelschätzung bei der losen INS-GNSS-Kopplung";
Supervisor: H.-B. Neuner, T. Thalmann; E120-05 Department für Geodäsie und Geoinformation/Ingenieurgeodäsie, 2019; final examination: 2019-05-13.

The arrival of drones (unmanned aerial vehicles, UAVs) have opened up new possibilities in mapping and land surveying industry. Due to UAVs abilities to access hard reacharble and wide areas (e.g coats, rivers, bridges etc.), significant cost and time savings can be gained. The outcome of UAV surveys is a set of georeferenced, three dimensional point clouds. These point clouds are being georeferenced by associating the raw point clouds to the pose of the UAV.
The pose of UAVs is usually determined by INS/GNSS-Integration, whereby GNSS measurements account for the drifts of the inertial navigation solutions and the inertial navigation solutions are used to smoothen down the GNSS measurements. Reports have shown that pose determination is significantly affected by sensor specific errors (e.g. measurement noise) and flight maneuvers (e.g. accelerations). As part of this work, a detailed analysis of these influences is carried out with the aim of improving the yaw estimation. A simulation environment has been implemented for this purpose.
Based on the outcome of the conducted simulations, the known difficulties concerning the drift of inertial navigation solutions and the observability of yaw error states have been able to being reproduced. Furthermore, the simulation results indicate that the observability of the yaw error states increases with horizontal acceleration changes. Hence the drift of the yaw angle can be reduced significantly over the duration of the acceleration changes.

Durch den Einzug von unbemannten Luftfahrzeugen (sog. UAVs) haben sich neue Möglichkeiten im Bereich der Landvermessung ergeben. UAVs ermöglichen es, schwerzugängliche und großflächige Bereiche, wie beispielsweise Küsten, Flüsse, Brücken etc., zeit- und kostensparend zu erfassen. Georeferenzierte Punktwolken sind das Ergebnis solcher Befliegungen, die im nächsten Schritt zur Informationsextraktion bearbeitet werden. Die Georeferenzierung der Punktwolke erfolgt dabei über die Verknüpfung der rohen Punktwolke mit der Pose des UAVs.
Die Posenbestimmung des UAVs erfolgt üblicherweise durch eine INS/GNSS-Integration, wobei die GNSS-Beobachtungen den Drift der inertialen Navigationslösung abfangen und die inertiale Navigationslösung das GNSS-Beobachtungsrauschen glätten soll. Aus Publikationen geht hervor, dass sensorspezifische Fehler und Flugmanöver die Posenbestimmung maßgeblich beeinflussen. Die detaillierte Analyse dieser Einflüsse wird im Rahmen dieser Arbeit erläutert mit dem Ziel, Verbesserungsvorschläge im Hinblick auf die Gierwinkelschätzung zu erarbeiten. Hierzu wurde eigens eine Simulationsumgebung implementiert.
Anhand der Simulationen lässt sich die Problematik des Drifts der inertialen Navigationslösung und der Beobachtbarkeit des Gierwinkels reproduzieren. Des Weiteren zeigen die Simulationsergebnisse, dass horizontale Beschleunigungsänderungen die Beobachtbarkeit des Gierwinkel-Fehlerzustandes steigern und somit der Drift des Gierwinkels über die Dauer der Beschleunigungsänderungen entscheidend reduziert werden kann.

Ingenieurgeodäsie, GNSS, IMU, lose Kopplung