Attitude- und Kursreferenzsysteme (AHRS) sind Orientierungsreferenzsysteme, die mithilfe von Gyroskopen, Beschleunigungssensoren und Zusatzquellen wie Magnetometern oder GNSS kontinuierlich Rollwinkel, Nickwinkel und Kurs berechnen. AHRS-Geräte für den maritimen Einsatz unterstützen die Navigation, die Fahrzeugsteuerung, hydrografische Vermessungen, die Sonarausrichtung, die Stabilisierung von Nutzlasten sowie die Positionierung wissenschaftlicher Sensoren.
Auf dieser Seite werden AHRS-Anbieter und -Hersteller vorgestellt, die Lösungen für AUVs, ROVs, USVs, Überwasserschiffe, Bojen und stationäre Meeresbeobachtungsstationen anbieten.
Lesen Sie den Technologieübersicht
Fortschrittliche Lösungen für Trägheitsnavigation, Bewegung und Positionierung für marine Anwendungen
Hochleistungsinstrumente, Sensoren und Technologien für die Erforschung und Überwachung von Unterwasserumgebungen
Hochpräzise Trägheitssensoren und akustische Positionierungssysteme für Anwendungen in der Schifffahrt, auf See und auf hoher See
Hochleistungsfähige kompakte Trägheitsmessmodule für Marine- und Unterwasseranwendungen
Fortschrittliche Bewegungserkennungslösungen für autonome Meeres- und Hochseesysteme
Innovative und leistungsstarke Unterwasser-Detektionstechnologien für den maritimen Sektor
Wenn Sie entwerfen, bauen oder liefern AHRS (Lage- und Kursreferenzsysteme), Erstellen Sie ein Profil, um Ihre Kompetenzen zu präsentieren und mit Besuchern in Kontakt zu treten, die einen konkreten Bedarf an Ihren Lösungen haben.
Ein Lage- und Kursreferenzsystem (AHRS) ermittelt die Ausrichtung einer maritimen Plattform oder eines Instruments, indem es kontinuierlich Roll-, Nick- und Kurswerte berechnet. Ein typisches AHRS-System kombiniert Gyroskope und Beschleunigungsmesser mit Magnetometern, GNSS-Messungen oder anderen Hilfsquellen. Sensorfusionsalgorithmen verarbeiten diese Messwerte, um während der Bewegung der Plattform eine stabile Orientierungsschätzung aufrechtzuerhalten. Der gemeldete Kurs kann je nach Kursreferenz, Zusatzquellen und Systemkonfiguration entweder magnetisch oder wahr sein.
Marine-AHRS-Instrumente liefern Referenzdaten für die Navigation, die Fahrzeugsteuerung, hydrografische Vermessungen, die Sonarausrichtung und die wissenschaftliche Sensorpositionierung. Sie können in Überwasserschiffe, autonome Plattformen, ferngesteuerte Fahrzeuge, Bojen und andere ozeanografische Systeme integriert werden. Im Gegensatz zu einer einfachen Trägheitsmesseinheit (IMU) liefert ein AHRS-Gerät eine referenzierte Lagebestimmung und nicht lediglich Trägheitsmesswerte.
MEMS-AHRS-Module nutzen Gyroskope und Beschleunigungsmesser auf Basis mikroelektromechanischer Systeme (MEMS), um eine kompakte, relativ stromsparende Lageerfassung zu ermöglichen. Aufgrund ihrer geringen Größe eignen sie sich für autonome Unterwasserfahrzeuge (AUVs), ferngesteuerte Unterwasserfahrzeuge (ROVs), unbemannte Oberflächenfahrzeuge (USVs), Bojen und eingebettete wissenschaftliche Instrumente. Die Leistung hängt von der Sensorqualität, der Kalibrierung, der Temperaturkompensation, der Fahrzeugdynamik sowie den verfügbaren externen Messwerten zur Begrenzung von Trägheitsfehlern ab.
MEMS-AHRS von Advanced Navigation.
Glasfaser-AHRS-Geräte nutzen faseroptische Gyroskope zur Messung der Rotation. Diese Sensoren bieten im Vergleich zu vielen MEMS-basierten Geräten eine höhere Offset-Stabilität und eine geringere Winkelabweichung, wodurch sie sich für Anwendungen eignen, die über längere Zeiträume oder unter anspruchsvollen Betriebsbedingungen stabile Daten zur Lage und Kursrichtung auf See erfordern.
GNSS-gestützte AHRS-Systeme kombinieren Trägheitsmessungen mit satellitengestützten Geschwindigkeits-, Positions- oder Kursinformationen. Konfigurationen mit zwei oder mehreren Antennen können den Kurs anhand der relativen Trägerphasenposition der voneinander getrennten Antennen bestimmen, anstatt sich auf das Erdmagnetfeld oder die Fahrzeugbewegung zu stützen. Dieser Ansatz ist besonders nützlich für Überwasserschiffe und Vermessungsplattformen mit konstanter GNSS-Verfügbarkeit und geeignetem Antennenabstand.
Magnetometerfreie AHRS-Geräte nutzen alternative Kursreferenzen, wie beispielsweise den GNSS-Kurs, gyrokompassfähige Trägheitssensoren oder eine extern bereitgestellte Kursreferenz. Sie sind dort nützlich, wo Elektromotoren, Stahlkonstruktionen, Stromversorgungssysteme oder in der Nähe befindliche Geräte die magnetischen Messungen stören könnten. Dies kann insbesondere bei kompakten Wasserfahrzeugen von Bedeutung sein, bei denen der Abstand zwischen dem Kurssensor und potenziellen Störquellen begrenzt ist.
AHRS-Navigationsdaten liefern eine kontinuierliche Schätzung der Plattformausrichtung für Leit- und Navigationssysteme. Roll-, Nick- und Kursdaten können mit GNSS, Doppler-Geschwindigkeitsmessern (DVL), akustischer Positionsbestimmung, Tiefenmessungen oder anderen Navigationsdaten kombiniert werden, um die Ausrichtung eines Oberflächen- oder Unterwasserfahrzeugs während der Befolgung seiner geplanten Route zu ermitteln.
ROV/AUV-AHRS von Impact Subsea
Ein AHRS liefert Lage-Rückmeldungen an die Fahrzeugsteuerungssysteme, die für die Aufrechterhaltung einer stabilen Bewegung zuständig sind. Bei AUVs, ROVs und USVs ermöglichen schnelle Messungen von Roll- und Nickwinkel es den Steuerungsalgorithmen, auf Störungen zu reagieren, die durch Strömungen, Wellen, Antriebskräfte und Manöver verursacht werden. Das AHRS liefert die Messdaten, während die Fahrzeugsteuerung die erforderlichen Korrekturmaßnahmen anweist.
AHRS-Daten von ROVs können das Situationsbewusstsein während der Fernsteuerung verbessern, indem sie den Piloten eine kontinuierliche Anzeige der Fahrtrichtung und Lage des Fahrzeugs liefern. Dies erweist sich insbesondere in Umgebungen mit eingeschränkter Sicht als nützlich, in denen visuelle Anhaltspunkte begrenzt sind und ein Bediener eine bestimmte Ausrichtung relativ zu Unterwasserstrukturen, Pipelines oder wissenschaftlichen Zielen beibehalten muss.
Informationen zur Fahrtrichtung auf See können an Autopiloten und autonome Steuerungssysteme weitergeleitet werden, um einen vorgegebenen Kurs einzuhalten. Dank der hochfrequenten AHRS-Messungen kann das Steuerungssystem Kursänderungen schnell erkennen und Störungen ausgleichen, bevor es zu erheblichen Kursabweichungen kommt.
Orientierungsdaten können zur Stabilisierung von Kameras, Sonarsystemen, Antennen und anderen richtungsabhängigen Nutzlasten verwendet werden. Durch die Messung der Plattformbewegung unabhängig von der Nutzlast unterstützt das AHRS Stabilisierungssysteme dabei, die erforderliche Ausrichtungsrichtung beizubehalten, während ein Schiff oder Fahrzeug rollt, stampft oder den Kurs ändert.
Hydrographische, akustische und ozeanographische Messungen müssen häufig auf ein erdbezogenes Koordinatensystem bezogen werden. Genaue Lage- und Ausrichtungsmessungen ermöglichen es der Vermessungssoftware, Schiffsbewegungen zu kompensieren und Beobachtungen vom Sensorrahmen über den Plattformrahmen in den erforderlichen Navigations- oder erdbezogenen Rahmen zu transformieren. Eine präzise Zeitsynchronisation, die Ausrichtung der Sensoren sowie korrekt gemessene Montage- und Hebelarmversätze sind für diesen Prozess von entscheidender Bedeutung.
Ein AUV-AHRS liefert Informationen zu Roll-, Nick- und Kurslage für die Führung, Steuerung, Kartierung und Ausrichtung der Nutzlast. Da GNSS-Signale unter Wasser nicht verfügbar sind, kann ein AUV sein AHRS mit einem DVL, einem Drucksensor, einem akustischen Positionierungssystem oder einem umfassenderen Trägheitsnavigationssystem (INS) kombinieren, um während der gesamten Mission eine Unterwasser-Navigationsreferenz aufrechtzuerhalten.
Ein ROV-AHRS unterstützt die Steuerung, die Positionshaltung, den Manipulatorbetrieb, die Sonarauswertung und die Unterwasserinspektion. Ein direkt am Fahrzeug installierter Unterwasser-Kurssensor erfordert zudem einen geeigneten Druckschutz sowie die Integration mit anderen Navigationsinstrumenten, die zur Ermittlung der Position und Bewegung des ROVs verwendet werden.
Ein USV-AHRS liefert Lage- und Kursinformationen für die autonome Navigation, die Steuerung, die Stabilisierung der Nutzlast sowie die wissenschaftliche Datenerfassung. Kompakte AHRS-Module sind besonders wertvoll bei kleineren Fahrzeugen mit begrenzter Nutzlastkapazität und begrenzter elektrischer Leistung. Eine GNSS-Unterstützung kann während des Betriebs an der Oberfläche eine zusätzliche Kurs- oder Geschwindigkeitsreferenz liefern.
AHRS für Oberflächenfahrzeuge liefern Roll-, Nick- und Kursmessungen, die zur Korrektur und Georeferenzierung von Sonarbeobachtungen verwendet werden. Fehler in der Lage, der Sensorausrichtung, der Zeitmessung, bei Montageversätzen oder der Konfiguration des Referenzrahmens können sich auf die Vermessungsergebnisse auswirken, sodass die Leistung des AHRS Teil der Gesamtunsicherheit des hydrografischen Messsystems ist.
Forschungsschiffe können Daten zur Lage und Kursrichtung an Sonar, akustische Ortungsgeräte, Antennen, Bildgebungssysteme und wissenschaftliche Nutzlasten weiterleiten. Genaue Zeitstempel und konsistente Koordinatensysteme sind wichtig, wenn Daten von mehreren Instrumenten später in einem gemeinsamen räumlichen Bezugssystem zusammengeführt werden müssen.
Bojen und feste Beobachtungsstationen können AHRS-Sensoren einsetzen, um die Ausrichtung der Instrumente, wellenbedingte Bewegungen oder Änderungen der Plattformlage zu überwachen. Ein wasserdichter Kurssensor kann zudem Richtungsinformationen für akustische Sensoren, Kameras, Strömungsmesssysteme und andere Instrumente liefern, deren Ausgangssignal von ihrer physikalischen Ausrichtung abhängt.
Die Technologien des Lage- und Kursreferenzsystems (AHRS), der Trägheitsmesseinheit (IMU), der Vertikalreferenz-Einheit (VRU), der Bewegungsreferenz-Einheit (MRU) und des Trägheitsnavigationssystems (INS) überschneiden sich, liefern jedoch unterschiedliche Ebenen von Trägheits-, Bewegungs- und Navigationsinformationen.
| System | Typische Erfassung und Verarbeitung | Primäre Ausgabedaten |
| AHRS | IMU-Erfassungskern mit Lageabschätzung und Kursreferenz | Rollwinkel, Nickwinkel, Kurs |
| IMU | Gyroskope und Beschleunigungssensoren | Winkelgeschwindigkeit und spezifische Kraft |
| VRU | Trägheitssensoren mit vertikaler Referenzverarbeitung | Roll- und Nickwinkel, bei einigen Implementierungen auch Hub |
| MRU | Trägheitssensoren mit Verarbeitung von Schiffsbewegungen | Roll-, Nick- und Hubbewegung sowie Bewegungsdaten |
| INS | IMU mit Navigationsschätzung | Lage, Geschwindigkeit und Position |
Die Unterscheidung zwischen AHRS-, VRU-, MRU- und INS-Geräten variiert je nach Systemarchitektur, insbesondere wenn Produkte sich überschneidende Bewegungs- und Navigationsausgaben liefern. Ihre Klassifizierung hängt von den erzeugten Messwerten, der durchgeführten Verarbeitung, den verwendeten externen Hilfsmitteln und den bereitgestellten Navigationsfunktionen ab.
Lage- und Kursreferenzsystem (AHRS), das Ellipse Micro AHRS von SBG Systems.
Die Integration von AHRS in der Schifffahrt kann verschiedene Kommunikationsstandards und Umgebungsanforderungen umfassen:
Die geforderte Kurs- und Lagegenauigkeit, die Aktualisierungsrate, die Latenz, die Gyro-Stabilität, das Initialisierungsverhalten, die Schnittstellenkompatibilität sowie die Kalibrierungsanforderungen beeinflussen ebenfalls die Integration des AHRS in eine Schiffsplattform.
Mehrere Entwicklungen erweitern die Leistungsfähigkeit von AHRS-Systemen für den maritimen und Unterwasserbereich:
Diese Entwicklungen unterstützen den Einsatz von Lage- und Kursreferenzsystemen in integrierten Architekturen für die maritime Navigation, Autonomie, Vermessung und Meeresmessung.
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