QGyro - Schlussbericht zum Verbundvorhaben Quanten-Inertialsensorsystem

Förderkennzeichen 50RK1957

authored by

Steffen Schön, Sven Abend, Edgar von hinüber, Benjamin Tennstedt, Nicolai Ben Weddig, Jan Philipp Barbey, Matthias Gersemann, Tobias Kersten, Yueyang Zou, Ashwin Rajagopalan, Alexander Löwer, Ernst Maria Rasel

Abstract

Das Verbundvorhaben QGyro (Quanten-Inertialsensorsystem) ist ein Teil der High-Tech-Strategie der Bundesregierung und erhält Finanzierung durch das Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz (BMWK) mit Unterstützung der Raumfahrtagentur am Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt DLR e.V. (Förderkennzeichen 50 RK 1957). Im Rahmen dieses Forschungsvorhabens wurden mithilfe der Quantentechnologie innovative Konzepte für die Navigation von kinematischen Plattformen entwickelt.

Das Hauptziel des Projekts ist die Untersuchung von Hybridansätzen zur Inertialsensorik, bei der Quantensensoren mit klassischen inertialen Messeinheiten kombiniert werden, um Fehler in der Positionsbestimmung zu reduzieren. Ein Hauptaugenmerk lag auf der Entwicklung neuartiger Quantensensoren. Ein erster Ansatz war die Schaffung eines einachsigen, quantenbasierten Inertialsensors als Proof-of-Concept. Dies beinhaltet den Sensorkopf, aber auch die Peripherie, wie Lasersysteme und Elektronik. Darüber hinaus wurden Entwicklungen in Richtung von sechsachsigen quantenbasierten Intertialsensoren angestoßen und Realisierungskonzepte erarbeitet.

Für die Inertialnavigation bei Kombination von Quanten-Inertialsensoren und klassischer Inertialsensorik wurde der sog. Atom-Strap-Down Algorithmus designt und implementiert. Er wurde in umfangreichen Simulationsstudien getestet, optimiert und validiert. Darüber hinaus konnte er auf reale Daten erfolgreich angewandt werden, wobei bei der Generierung des Hybridszenarios die CAI-Beobachtungen mit einer navigation-grade IMU emuliert wurden.

Die erfolgreiche Umsetzung wurde in enger Zusammenarbeit mit Forschungseinrichtungen an der Leibniz Universität Hannover (Institut für Erdmessung, Institut für Quantenoptik) sowie etablierten Unternehmen wie der iMAR GmbH erreicht. Das Projekt QGyro trägt dazu bei, die High-Tech-Strategie der Bundesregierung im Bereich der Quantentechnologie und Navigation voranzutreiben.

Organisation(s)

Institute of Geodesy
Quantum Sensing
QUEST-Leibniz Research School
Institute of Quantum Optics

External Organisation(s)

iMAR Navigation GmbH

Type

Project report/research report

No. of pages

74

Publication date

04.09.2023

Publication status

Published

ASJC Scopus subject areas

Applied Mathematics, Atomic and Molecular Physics, and Optics

Research Area (based on ÖFOS 2012)

Satellite geodesy, Geodesy

Sustainable Development Goals

SDG 9 - Industry, Innovation, and Infrastructure

Electronic version(s)

https://doi.org/10.15488/14705 (Access: Open)