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NewsNavigation bald auch in Gebäuden und unter Tage?
Dann is ja gut Wollte grundsätzlich nur darauf hinaus, dass das iPhone bei weitem nicht das einzige Handy mit Lagesensor und Beschleunigungssensor ist. Letzteres hatte sogar schon mein altes N95.
Und daher glaube ich nicht an einen brauchbaren Navi ersatz bezüglich dieser neuen Technologie. Es sind einfach zuviele weitere Faktoren und Sensorinformationen von nöten um eine GPS freie Navigation zu ermöglichen.
Also dass du ohne GPS ausreichend präziese über mehrere Tage Navigieren kannst wenn du es drauf ankommen lässt, das ist ja eigentlich schon mal unbestritten. Das hat man (zumindest im zivilen Bereich) aber auch in keinster Weise im Sinn.
Vorweg gibt es Lasergyroskope seit etwa 30 Jahren. Dem Team geht es also nicht um eine neue, sondern um die Minuatuisierung einer alt bekannten Technologie. Dabei sind Lasergyroskope sehr viel genauer als mechanische Kreisel- und Piezo-(iphone4)gyroskope. Etwa steuern sie einen Unterwasserroboter präzise über mehrere Tage!!! ohne Kalibrierung. Deshalb haben sie Kreiselsensoren schon überall dort ersetzt, wo die Anschaffunfskosten nicht im Weg stehen. Schließlich sind diese Dinger noch sauteuer. Wenn es dem Israelischen Team also gelingt, die außergewöhnlichen Eigenschaften des Lasergyroskops in ein Sandkorn großes Gerät zu retten, dann haben sie jetzt schon gewonnen und ihre Entwicklung sieht einer rosigen Zukunft entgegen.
Es geht ja nicht darum, es mit der Langzeitmessung über ein GPS System aufzunehmen, es geht darum den GPS unabhängigen Teil schon bestehender Navigationssysteme kostengünstig zu ersetzen, etwa die schwammige Lenkeinschlags- und Radumdrehungsmessung eines PKW-Navis oder den Piezosensor eines iphone4. Beides kein Problem.
Konkret:
- präzise Wiedergaber schneller Winkeländerungen(Autopiloten/automatische Zielstabilisierung/Lageermittlung in Smartphones)
- Überbrückung kurzzeitiger(Tunnel/Gebäude) und langzeitiger(unter Wasser/unter Tage/Kriegsfall bedingter Ausfall) Trennung vom GPS Netz.
Und da liegt dann der nächste Casus Knacktus, selbst wenn dieser Sensor dazu in der Lage ist, die durch Beschleunigungskräfte bedingte Richtungsänderung sehr genau zu bestimmen, woher bezieht das Navigationsgerät dann die effektive Fortbewegungsgeschwindigkeit??? Denn diese ist unabdingbar um die tatsächlich zurückgelegte Entfernung zu bestimmen und somit die richtige abbiegung nehmen zu können. Die Formel lautet "S=V*T" (Strecke ist gleich Geschwindigkeit mal Zeit, oder aber, Geschwindigkeit ist gleich Strecke geteilt durch Zeit in der Formelumstellung)
Integrieren? Dann hat man die Änderung der Geschwindigkeit in der Zeit bzw. bei 2x integrieren die Änderung des Ortes in der Zeit.
kuddlmuddl schrieb:
Viele zivile Anwendungen werden durch so etwas im Bereich der Medizin möglich. Schon jetzt gibt es winzige Kameras aber es hat noch niemand geschafft aus diesen Kameradaten geometrisch korrekte 3D-Modelle zu erstellen. (Darmendoskopie zB)
Durch die Kombination mit so einem winzigen Gyroskop wäre das machbar
Stellt sich mir die Frage: Warum braucht man nur die Innenansicht des Darmes in 3D?...
Photogrammetrisch machbar wäre das allerdings. Hat nur sicher keiner gemacht weil es einfacher, schneller und mit mehr Endinformationen gelöst ist wenn man den Patienten in ein MRT schiebt.
Warum allerdings die photogrammetrische Lösung erst mit einem Gyroskop machbar sein sollte verstehe ich dabei nicht. Es würde etwas bessere Näherungswerte für die Äußere Orientierung liefern - mehr nicht. Ob man das nun über 2 Verknüpfungspunkte mehr macht oder so ist dann eigentlich Wurst.
Vidy_Z schrieb:
Wenn man dem Gyroskop noch ein genauso kleinen Beschleunigungssensor beiseite stellen kann, dann können ab Werk eingebaute Kfz Navis ja in Zukunft auf die Abfrage des Lenkeinschlags und der Radumdrehung verzichten, bzw könnte es dann jeder mobile Navi oder auch jedes bessere Handy mit der Präzition und Vielseitigkeit eines Einbaunavis aufnehmen.
Du verkennst die Genauigkeit eines solchen Systems. Die Kombination aus Beschleunigungssensor und Rotationsänderungssensor (wie hier z.B. ein Gyroskop) nennt sich IMU bzw. INS. Diese haben allerdings einen Drift-Effekt. Soll heißen sie sind nur kurzzeitgenau.
Mal ein paar Zahlen um mal die Genauigkeit eines solchen Systems seinen Kosten gegenüber zu stellen:
Ein IMU ~10.000$ hat bei 1sec etwa 0.3-0.5m Genauigkeit. Bei 1 min sind es schon 30-50m. bei 1h sind wir dann bei 200-300km(!). Und das sind die billigen Instrumente - man kann damit auf Millimeter im Sekundenbereich kommen und auch im Stundenbereich auf so etwa 300m Genauigkeit - aber ein solches System bekommt man dann auch erst (z.B. von Applanix) für etwa 1.000.000$.
Sowas wird für die Fernerkundung eingesetzt. Dort ist die Kurzzeit-Genauigkeit nicht viel besser zu erreichen. Der Drift wird dann durch absolute ( in der Regel GPS)-Messungen wieder ausgeglichen so dass eine Verbindung aus INS und GPS erst eine präzise Navigation ermöglicht.
Das es dem Israelischem Forscherteam nicht um einen GPS-Ersatz, sondern um eine Ergänzung, bzw. um den Ersatz der bestehenden GPS-Ergänzung in Navisystemen geht, wenn das bisher noch nicht klar ist, vielleicht kann man das dann ab jetzt für die weitere Diskusion so festhalten. 2 Punkte:
Ein IMU ~10.000$ hat bei 1sec etwa 0.3-0.5m Genauigkeit. Bei 1 min sind es schon 30-50m. bei 1h sind wir dann bei 200-300km(!). Und das sind die billigen Instrumente - man kann damit auf Millimeter im Sekundenbereich kommen und auch im Stundenbereich auf so etwa 300m Genauigkeit - aber ein solches System bekommt man dann auch erst (z.B. von Applanix) für etwa 1.000.000$.
Nach solchen Zahlen habe ich gesucht! Allerdings must du die Angaben noch um die Geschwindigkeit bzw. Entfernung ergänzen, um sie zuordnen zu können, sprich: betrifft die Abweichung von 200km einen Fußgänger auf seinem Weg von Hamburg nach München oder betrifft sie eine 40.000 km/h flinke Raumsonde auf ihrer Mission zum Jupiter?
Physikalich bedingt, leiden optische Systeme unter anderen Problemen. Sie kämpfen mit der Temperaturausdehnung und dem Lock-in-Effekt. Der Drift-Effekt dagegen, ist ein explizietes Problem mechanischer Kreiselsystemen.
Nach solchen Zahlen habe ich gesucht! Allerdings must du die Angaben noch um die Geschwindigkeit bzw. Entfernung ergänzen, um sie zuordnen zu können, sprich: betrifft die Abweichung von 200km einen Fußgänger auf seinem Weg von Hamburg nach München oder betrifft sie eine 40.000 km/h flinke Raumsonde auf ihrer Mission zum Jupiter?
Nein muss man nicht. Es wird eine Änderung der Geschwindigkeit und damit eines Weges festgestellt. Die Genauigkeit mit der die Änderung (!) festgestellt werden kann bedingt die Systemgenauigkeit eines IMUs. Ob man still steht und das System eine Änderung von 1km/h feststellt oder mit 10.000 m/s durch den Orbit rauscht und eine Änderung von 1km/h registriert ist dabei egal. Die IMU-Genauigkeit ist die Genauigkeit der Positionsänderung zum Zustand als würden keine Beschleunigungskräfte wirken denn diese werden nur auf die Anfangsbewegung des Objektes addiert. Ob diese null ist oder 10.000 m/s spielt hierbei keine Rolle.
Vidy_Z schrieb:
Physikalich bedingt, leiden optische Systeme unter anderen Problemen. Sie kämpfen mit der Temperaturausdehnung und dem Lock-in-Effekt. Der Drift-Effekt dagegen, ist ein explizietes Problem mechanischer Kreiselsystemen.
Nein - er ist der entscheidende Effekt auf die Genauigkeit eines IMUs - auch mit Faser oder Laserkreisel. Er bedeutet nichts weiter das die aus den Werten berechneten Änderungen einen Offset in eine Richtung beinhalten und dieser Fehler sich somit summiert. Die oben genannten Genauigkeiten werden im wesentlichen durch ihn bedingt. Der Lock-In-Effekt wäre auch nur eine Ursache für den Drift - also demnach das selbe.
Nein muss man nicht. Es wird eine Änderung der Geschwindigkeit und damit eines Weges festgestellt. Die Genauigkeit mit der die Änderung (!) festgestellt werden kann bedingt die Systemgenauigkeit eines IMUs. Ob man still steht und das System eine Änderung von 1km/h feststellt oder mit 10.000 m/s durch den Orbit rauscht und eine Änderung von 1km/h registriert ist dabei egal. Die IMU-Genauigkeit ist die Genauigkeit der Positionsänderung zum Zustand als würden keine Beschleunigungskräfte wirken denn diese werden nur auf die Anfangsbewegung des Objektes addiert. Ob diese null ist oder 10.000 m/s spielt hierbei keine Rolle.
Mit diesen Werten mag sich ein Wissenschaftler zufrieden geben, aber niemand der nicht über das Fachwissen verfügt, aus den Zahlen herauszulesen um welche Strecke er sein Ziel auf welche Entfernung in einem worst case Szenario verfehlen könnte, wenn im ein bestimmtes INS angeboten wird. Wenn ich etwa weis, das ein A320 aus Frankfurt startend, ohne die Hilfe des GPS und mit höchstens einem Kilometer Abweichung London Heathrow überfliegen könnte, dann hätte ich eine vom einem nicht Eingeweitem verwertbare Aussage. Und auch mich interessiert eigentlich nur wo ich schließlich lande.
Er bedeutet nichts weiter das die aus den Werten berechneten Änderungen einen Offset in eine Richtung beinhalten und dieser Fehler sich somit summiert.
Der Drift-Effekt beschreibt sogar noch viel mehr, er beschreibt nähmlich konkret wie dieser spezielle Offset zustande kommt:
Die Kreiseldrift ergibt sich aus fertigungsbedingten Unwuchten, mechanischen sowie magnetischen Einflüssen auf den sich rotierenden Kreiselkörper. Link
Vielleicht meinst du den Offset ansich, denn über diesen verfügen unbestritten beide Systeme(sowieso jedes ander auch). Die Definition eines(mechanisch/magnetischen)Drifft-Offset, klammert die (optische) Lasermessungen von Lichtinteferenzen (im Grunde sogar den Piezogyro im iphone) aber wirklich ganz klar und eindeutig aus.
Ergänzung ()
Langer Rede, kurzer Sinn, einfach mal ausrechnen(Ist ja auch nur ne einfache Winkelrechnung)!
Wikipedia-
Die Drift eines Kreisels hängt von der mechanischen Qualität des Rotors und seiner Lagerung ab und kann bei heutigen Kreiselplattformen bereits unter etwa 0,01° pro Stunde gehalten werden.
Ok, halbieren wir zur Bestimmung der mittleren Abweichung einfache das Ergebnis, sonst müssten wir es logarithmisch entlang der Flugbahn ansteigen lassen.
Gegeben sind:
- 0,01° geteilt durch 2, also 0,005° Abweichung über die gesamte Flugstrecke(der Sinus unseres Formeldreiecks)
- Ein Linienflugzeug mit einer Geschwindigkeit von 780km/h
- Eine Stunde Flug, sowie dem entsprechend:
- 780 km zurückgelegte Strecke(die Hypotenuse unseres Dreiecks)
Gesucht ist:
- Die Abweichung in Metern(die Gegenkathete unseres Dreiecks)
Lösung:
Sin Alpha = Gegenkathete / Hypotenuse
Gegenkathete = Hypotenuse x Sin Alpha
Abweichung = 780000m x Sin 0,005 = 68,1 m
Also hey! Auf einer Flugstrecke von 780 km treffe ich mein Ziel auf 70 Meter genau, das geht doch!
Fazit
Dass sich eine Miniaturisierung nachteilig auf die Messung mechanischer Trägheitsmomente auswirkt(Kreiselgyro), das ist klar. Ob und wie sich eine Miniaturisierung aber auf eine optische Messung auswirkt, steht zumindest bei mir völlig im Dunkeln. Aber auch wenn man diesen Punkt ausklammert, ist ein Lasergyro ja schon prinzipbedingt jedem mechanisches Gyro gleicher Größe überlegen, weswegen man grundsätzlich davon ausgehen, dass bei dem Chip den die Israelische Forschergruppe entwickelt, verkaufstechnisch nichts anbrennen kann, wenn er bezahlbar bleibt und natürlich auch nur wenn er funktioniert!
