Inertial systems from LITEF: ready for the future

With the invention of inertial navigation, navigation systems became available that were independent of optical and communications connections – today we would say: without GPS data / signals - Offer position data.

The US company Litton Industries has developed this technology for use and series production and has long been a leading manufacturer of such systems. In the early 1960s, LITEF in Freiburg was the first company in Europe to mass produce these navigation systems. The design and performance of the LN-3 systems manufactured for the F-104G Starfighter at the time were so successful that successor systems were developed and produced for the F-4 Phantom II aircraft of the German Air Force and later also for the PA-200 Tornado multi-purpose combat aircraft.

Based on this experience, LITEF has designed further generations of gyroscopes and accelerometers - the crucial components of inertial navigation. In combination with the digital computers also developed by LITEF, this resulted in navigation systems that were and are used for armored land vehicles, missile and stabilization applications as well as for marine applications. Milestones in the company's history are the development and production of computers and inertial measuring units (IMUs) for military aviation. B. for platforms such as PA-200 Tornado and Eurofighter Typhoon.

Great Britain was already working on a successor for the F-4 Phantom in the 1970s and, after the Soviet MiG-29 Fulcrum first flew in the late 70s, the project "European Combat Aircraft" (also Fighter 90, today Eurofighter Typhoon or EF2000) activated and accelerated.

Due to the deliberately caused instability of the EF2000, there were also challenging requirements for the flight control. With the development contract for the inertial measuring unit (EF IMU) won in the 1990s, LITEF accepted the challenge and delivered this highly innovative system a few years later.

Die EF IMU ist der primäre Sensor des Flugregelungssystems und liefert primär Dreh­raten und Beschleunigungen und, als Sekundärfunktion, die Ausgabe von abgeleiteten Wer­ten wie Kurs und Lage im Raum, die zum Manövrieren und maßgeblich zum Sta­bili­sie­ren des EF2000 benötigt werden. Da es sich bei der EF IMU um ein flugkriti­sches System handelt, galten bereits in der Entwicklungsphase die höchsten Normen und Standards. Das System muss in einem Temperaturbereich von -40 bis 70 Grad Celsius fehlerlos funktionieren, G-Belastungen von über 12g aushal­ten und nach wenigen Minuten ein­satzbereit und die Daten verfügbar sein. Auch mag­netische Felder, hohe Schock- und Vibrationsbelastungen in jeglichen Manövern des Piloten dürfen die Datenqualität der EF IMU nicht reduzieren. Um dies dauerhaft zu gewähr­leisten, wurde auf bewährte Tech­nologien und fundiertes Können gesetzt. Als Ergeb­nis sehen Sie hier eine Ein-Box-Lösung. Das System ist vierfach redundant aufge­baut, d. h. vier unabhängige Lanes (Kanäle), die elektrisch isoliert agieren, versehen mit vier Stromanschlüssen und vier Datenausgängen. Der Sensorblock besteht aus vier Krei­seln und acht Beschleunigungsmessern sowie einer sehr ausgereiften Soft­ware zur Fehlererkennung, Fehlerisolation und Fehlerkorrektur. Damit arbeitet ein sehr komple­xes und ausgereiftes System seit vielen Jahren zuver­lässig im Eurofighter Ty­phoon.

LITEF also has many years of experience in the area of ​​stabilization and missile applications. The fiber optic sensors and inertial measuring units (IMUs) used are free of moving parts and are therefore insensitive to shock and high vibration loads. The associated advantages lead to applications for military weapon stations, stabilization of optics, antennas and radar systems as well as in missiles and state-of-the-art guided missiles for various mission requirements. The high reliability and freedom from maintenance of LITEF products also offer low life cycle costs for the user. Future products will be supplemented by MEMS-based sensors and IMUs with variable accuracies.

Due to the further development of FOG and MEMS technologies, LITEF can now also offer inertial reference systems for aviation, which are characterized by low weight, low volume and low power loss with high accuracy of the sensor data. In addition, these course / position reference and navigation systems offer excellent reliability and the possibility of using external GNSS receiver data to provide "hybrid" position and position information with high bandwidth and low noise for navigation and flight control.

The combination of expertise from 30 years of civil aviation and six decades of military aviation is a solid basis that enables LITEF to develop innovative solutions for future autonomous unmanned and manned platforms while covering an even broader technological spectrum.

In den Laboren von LITEF arbeiten die Entwicklungsteams an der Weiterent­wick­lung der Basistech­nologien und an neuen Produkten. Ak­tu­ell liegt der Fo­kus z. B. da­rauf, die Ge­nauig­keit der µIMU – einer auf mikro­elektromecha­ni­schen Senso­ren ba­sieren­den IMU mit einer Ge­nauigkeit von etwa 3°/h (Krei­sel) – schritt­weise zu er­hö­hen. Gleich­zeitig sollen Form­faktor und Leistungs­aufnahme deutlich reduziert werden. Während die aktuelle MEMS-IMU noch ein Vo­lumen von etwa 340 cm³ aufweist, wird die nächste Genera­tion von MEMS-IMUs ein Volumen in der Größenord­nung von nur noch ca. 100 cm³ auf­weisen und gleichzeitig Sensoren bein­halten, deren Kreisel einen Offsetfeh­ler von weniger als 1°/h haben. Damit er­öffnen sich für die MEMS-Technologie an­spruchsvol­lere An­wendungen, die der­zeit noch von fa­ser­optischen Krei­seln (FOGs) do­miniert werden. In einem ersten Schritt ent­wickelt LITEF einach­sige, robuste MEMS-basierte Kreisel in die­ser Ge­nauigkeits­klasse. Die er­for­derliche Tech­nolo­gie ist bei LITEF ver­fügbar und wird derzeit unter an­spruchs­vollsten Um­welt­bedingungen getestet und in die Serienreife über­führt.

You will be able to navigate with the next but one generation of MEMS gyros. MEMS technology is thus becoming an enabler for small, autonomous flight applications. In order to achieve this ambitious goal, MEMS gyroscopes with the highest degree of internal symmetry will be necessary. In addition, the asymmetries that are naturally present in the sensor must be compensated for by the accuracy of the manufacturing process.

Regardless of the application, all systems developed and manufactured at LITEF are ITAR-free and are characterized by their high reliability and robustness, even under extreme environmental and mission conditions.