Schild: Wo geht's lang im Dunkeln?
2 Möglichkeiten zur Positionierung und Navigation
unter Wasser
Bei einem INS beobachtet eine Inertiale Messeinheit (engl.: inertial measure-
ment unit, IMU), die optimal im Schwerpunkt eines AUVs eingebaut ist, die
Beschleunigung und Winkelgeschwindigkeit in Richtung der drei Raumachsen.
Die erfassten Messelemente werden dabei durch systematische Effekte nachtei-
lig beeinflusst. Entscheidende Faktoren sind beispielsweise: Die Wirkung der
Gravitation, Temperaturschwankungen oder Coriolisbeschleunigungen. Ein
Großteil der systematischen Einflüsse kann durch eine geeignete Kalibrierung
weitgehend bestimmt werden, so dass die resultierenden Messwerte durch ent-
sprechende Korrekturen berichtigt werden können (Gelze 2015).
Bei einer anschließenden Integration der korrigierten Messwerte ergeben sich
die Translationen und Rotationen eines AUV in Bezug auf die drei Raumachsen.
Diese werden daraufhin auf eine zuvor bekannte Position und Ausrichtung an-
gebracht und so wird die aktuelle Position und Orientierung in einem globalen
System bestimmt.
Allerdings werden durch die ständige Integration der Messwerte auch Un-
sicherheiten integriert und mit zunehmender Zeit pflanzen diese sich immer
weiter fort, wodurch die ermittelte Position und Orientierung immer ungenauer
werden. Dieser Effekt wird als Drift bezeichnet und sollte durch Unterstützung
des INS durch weitere Methoden oder Sensoren reduziert werden. Dazu eignet
sich beispielsweise ein Doppler-Geschwindigkeitsmesser (engl.: Doppler Veloci-
ty Log, DVL) oder ein Drucksensor. Mit Hilfe eines DVL werden Geschwindig-
keiten ermittelt (Snyder 2010) und mit einem Drucksensor lässt sich die Höhe
ableiten. Bei Verwendung verschiedener Sensoren können die erfassten Daten
mit Hilfe eines Kalman- Filters kombiniert werden.
Ein weiterer Navigationsansatz für die Unterwasserortung ist der Einsatz von
akustischen Unterwasserpositionierungssystemen. Diese Systeme verwenden
Sensoren, die als aktive akustische Festpunkte verstanden werden können, und
Sensoren, die am zu verortenden Fahrzeug angebracht sind. Der Abstand zwi-
schen den akustischen Festpunkten wird in der Regel zur Definition des akus-
tischen Ortungssystems verwendet. Auf diese Weise werden drei Haupttypen
definiert: LBL (Long Baseline), SBL (Short Baseline) und USBL (Ultra Short
Baseline).
Beim LBL werden aktive Sensorelemente an bekannten Positionen auf dem
Meeresboden in größerer Distanz platziert. Empfängt der Sensor des Fahrzeugs
das Signal von einem akustischen Festpunkt, kann die Entfernung über die Si-
gnallaufzeit berechnet werden. Werden Signale von mindestens drei verschie-
denen akustischen Festpunkten gleichzeitig empfangen, lässt sich die relative
Position des AUV zu den Festpunkten bestimmen. Abschließend wird durch die
DVW-SCHRIFTENREIHE # Band 102/202
S WMißner-Verla:
