Fraunhofer-Institut für Elektronische Nanosysteme
Fraunhofer-Institut für Elektronische Nanosysteme

HERMES – Höchst exaktes inertiales Referenzsystem basierend auf MEMS-Gyroskopen mit Algorithmen zur Selbstkalibration

© Roman Forke/Fraunhofer ENAS
Design eines ersten LITEF-Ring-Gyroskops. Die Kantenlänge des Chips liegt bei ca. 7 x 7 mm.

Problemstellung

In der aufkommenden Advanced Air Mobility (AAM) wird die Fähigkeit des automatischen Landens und Fliegens immer wichtiger. Neue Luftfahrzeugkonzepte benötigen hierfür sehr genaue Geschwindigkeits- und Positionsinformationen mit hoher Integrität. Diese Informationen müssen auch nach Ausfall der Satellitennavigation zur Verfügung stehen. Inertiale Sensoren mit hoher Genauigkeit werden daher immer wichtiger. Neben der Leistungsfähigkeit der Sensoren ist die Größe und das Gewicht der Navigationssysteme maßgebend. Eine MEMS-basierte Sensorik mit Inertial Reference System (IRS)-Performance kann einen großen Beitrag leisten. Hierfür muss vor allem die Performance der Gyroskope signifikant gesteigert werden.

 

Projektziel

Das Vorhaben baut auf vorhandenen LITEF-Systemen auf, die den Stand der Technik für inertiale Navigationssysteme wesentlich mitbestimmen. Ein faseroptisches System erreicht die IRS-Klasse durch GNSS-Stützung. Seine Weiterentwicklung würde jedoch nicht zur gewünschten Volumen- und Gewichtsreduzierung führen.

Deshalb wird der Fokus auf die Weiterentwicklung und deutlichen Performancesteigerung eines MEMS-basierten AHRS-Systems gelegt. Um diese Steigerung zu erreichen, muss das aktuell asymmetrische MEMS-Gyroskop durch symmetrische Gyroskope ersetzt werden. Es bedarf einer Verbesserung des Sensordesigns und der MEMS-Technologie, um die Langzeitstabilität zu erhöhen und insbesondere asymmetrische Fehlereinflüsse zu eliminieren.

 

Durchführung

Hierzu adressieren die Partner die folgenden Schwerpunkte: Symmetrisches Design mit neuartiger Quadraturkompensation und reduzierter thermoelastischer Dämpfung, MEMS-Technologie mit sehr großem Aspekt-Verhältnis, kompakte symmetrische Verkapselung mit minimierten parasitären Kapazitäten und minimalem Innendruck, sehr hohe und langzeitstabile Schwingungsgüten. Die Entwicklung des symmetrischen und optimalen MEMS alleine reicht nicht aus. Es ist ebenso wichtig, dass das Gyroskop die Möglichkeit erhält, Fehler selbst zu schätzen und zu kalibrieren. Hierfür werden Routinen zur Selbstkalibration entwickelt und an Versuchsaufbauten im Labor demonstriert.

 

Unsere Projektpartner:

  • Northrop Grumman LITEF GmbH (zur Website)
  • Zentrum für Mikro- und Nanotechnologien (ZfM) der TU Chemnitz (zur Website)

Projektlaufzeit: 01.03.2026 bis 31.05.2029