IR

Ein Inertialreferenzsystem oder IR ist ein in sich geschlossenes Navigationsinstrument, das mit Beschleunigungsmessern und Kreiselkompass-Sensoren die Position, Geschwindigkeit und Fluglage eines Flugzeugs kontinuierlich verfolgt, ohne auf externe Signale angewiesen zu sein. Es funktioniert, indem es Bewegungsänderungen von einem bekannten Ausgangspunkt aus misst und diese Messwerte über die Zeit integriert, um zu berechnen, wo sich das Flugzeug befindet und in welche Richtung es zeigt. Nach der Initialisierung am Boden benötigt ein IR keine Funkverbindung, kein GPS und keine Bodenstation zum Betrieb.

Das Herzstück eines IR ist eine stabile Plattform, entweder mechanisch kardanisch gelagert oder durch Software virtuell aufrechterhalten, die die Beschleunigungsmesser und Kreiselkompass-Sensoren in einem festen Inertialrahmen hält. Drei Beschleunigungsmesser erfassen die Linearbeschleunigung entlang der vertikalen und horizontalen Achsen; drei Kreiselkompass-Sensoren messen die Rotationsgeschwindigkeiten. Das System enthält auch einen Computer, der die Navigationsgleichungen viele Male pro Sekunde löst und Position, Geschwindigkeit und Ausrichtung aktualisiert. Hochwertige Systeme in großen Transportflugzeugen sind äußerst genau und können die Positionskenntnis über Stunden aufrechterhalten. Niedrigwertigere IRs, wie sie häufig in kleineren Business-Jets zu finden sind, driften im Laufe der Zeit stärker ab, liefern aber dennoch zuverlässige Kurzzeit-Navigation.

Vor dem Flug muss das IR ausgerichtet werden. Die Ausrichtung dauert 10 bis 15 Minuten am Boden und beinhaltet das Nivellieren der Plattform und das Festlegen des wahren Kurses bezogen auf den magnetischen oder Inertial-Norden. Während dieses Zeitraums muss das Flugzeug stillstehen und eben sein. Nach Abschluss ist das System flugbereit und beginnt, die Bewegung des Flugzeugs durch Koppelnavigation zu berechnen. In modernen Glas-Cockpits liefert das IR Positions- und Lageinformationen direkt an das Flugmanagementsystem, den Autopilot und die Anzeigebildschirme. Viele Flugzeuge sind mit zwei oder drei IRs ausgestattet, so dass das Flugsteuerungssystem Ausfälle quittieren und erkennen kann.

Die größte Schwäche eines IR ist der Drift: Winzige Fehler in den Beschleunigungsmessern und Kreiselkompass-Sensoren addieren sich im Laufe der Zeit auf und führen dazu, dass die berechnete Position um hunderte Meter pro Stunde von der wahren Position abweicht. Daher werden IRs immer mit anderen Navigationsquellen kombiniert. In älteren Flugzeugen korrigierten regelmäßige Aktualisierungen aus VOR- oder NDB-Festlegungen den Drift. Moderne Flugzeuge kombinieren IR-Daten kontinuierlich mit GPS, wobei Filteralgorithmen die beiden Datenströme zusammenführen und Rauschen sowie Ausfälle aus einer oder beiden Quellen unterdrücken. Wenn GPS ausfällt, kann das IR allein je nach Systemqualität für 30 Minuten oder länger genau navigieren.

Der Begriff Inertialreferenzsystem wird manchmal von Inertialnavigationssystem oder INS unterschieden, obwohl die Namen in der Praxis synonym verwendet werden. Ein IR betont den Bezugsrahmen und die Lageinformationen, während INS die vollständige Navigationslösung einschließlich der Position unterstreicht. Flugzeugführer und Wartungstechniker verwenden typischerweise IR, wenn sie vom Instrument selbst sprechen, und INS, wenn sie vom Gesamtnavigationsmodus oder der Funktion sprechen. IR wird auch als Adjektiv verwendet: ein IR-only-Anflug bedeutet Navigation und Landung ohne externe Hilfsmittel, ein Verfahren, das nur bei spezialisierten Operationen wie Militärmissionen oder Testflügen durchgeführt wird.