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)
: Details in the research portal "Research@Leibniz University"

BibTeX

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title = "QGyro - Schlussbericht zum Verbundvorhaben Quanten-Inertialsensorsystem: F{\"o}rderkennzeichen 50RK1957",
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keywords = "Quantensensorik, Inertialnavigation, Sensorsysteme, Kinematik, Filterungsalgorithmen, Cold Atom Interferometrie, Quantum Sensors, Inertial Navigation, Sensor Systematics, Kinematics, Filtering Algorithms, Cold Atom Interferometry",
author = "Steffen Sch{\"o}n and Sven Abend and {von hin{\"u}ber}, Edgar and Benjamin Tennstedt and Weddig, {Nicolai Ben} and Barbey, {Jan Philipp} and Matthias Gersemann and Tobias Kersten and Yueyang Zou and Ashwin Rajagopalan and Alexander L{\"o}wer and Rasel, {Ernst Maria}",
note = "Das Verbundvorhaben wurde finanziert durch das Bundesministerium f{\"u}r Wirtschaft und Klimaschutz (BMWK und begleitet durch die Raumfahrtagentur im Deutschen Zentrum f{\"u}r Luft- und Raumfahrt e.V. unter der Projektnummer: 50RK1957.",
year = "2023",
month = sep,
day = "4",
doi = "10.15488/14705",
language = "Deutsch",
publisher = "Leibniz Universit{\"a}t Hannover",
}