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TU Dresden, 8. Juni 2009, Folie 18

Anwendungsfeld

Seefahrt


Minimum maritime Users Requirements for general Navigation

IMO Resolution A.915:

Revised Maritime Policy and Requirements for a future GNSS

510− 510−

510−

1local99,9799,8100,250,1Automatic Docking

1local99,9799,8102,51Port

1regional99,9799,8102510Port approach and restricted waters

1globalN/A199,8102510Coastal

1globalN/A199,8102510Ocean

Integrity Risk (per 3 h)

Time to Alarm2 (s)

Alert Limit (m)

Horizontal (m)

Fix Interval2

(s)Coverage

Continuity (%) over 3

hours

Availability (%) per 30

days

IntegrityAbsolute Accuracy

Service Level ParametersSystem Level Parameters

1 - Continuity is not relevant for ocean and coastal areas2 - More stringent requirements may be necessary for ships operating above 30 knots

510−

510−

510−

510−

510−


FuE-Bedarf und Einordnung

Validierung der Leistungsfähigkeit von “stand alone”-Positionierung mit dem modernisierten GPS und dem zukünftigen GALILEO

• Zwei- und mehrfrequenzbasierte Signalprozessierung• Kombinierte Nutzung mehrerer Satellitennavigationssysteme• Nutzung der zukünftig bereitgestellten Integritätsinformationen

Zukünftige Aufgaben und Modernisierung der IALA DGNSS-Dienste

• Küstenbereich?• Anwendung alternativer technischer

Lösungsansätze ?

Geeignete Verfahrensansätze für “Safety of Life”-kritische Anwendungen mit erhöhten Anforderungen an Genauigkeit und Integrität (Häfen, Anlegemanöver, Güterumschlag, IMO A.915) sind :

P-DGNSS (RTK) und der Einsatz von Pseudolites

Genauigkeit und Integrität sind nutzerseitig zu erfüllen !• Gestütztes oder autarkes Integritätsmonitoring ?• Ausnutzung Redundanz für eine situationsbezogene Navigation

Topic von ALEGR, ASMS

und ISPO


Stand der Technik

IALA C-DGNSSCodebasiertes DGNSS + Integrität

Entwickelt und in Betrieb genommen, ummaritime Anforderungen an GNSS-basiertePositionsgenauigkeiten in Küstennähe zu erfüllen

LIM = Local IntegrityMonitoring

FFIM = Far Field IntegrityMonitoring

Positioning Accuracy (2σ):< 10 m

Coverage DGNSS (Europe)200 – 300 km

Availability (low/high risk)>99.5 / 99.8 % per 2a

Continuity (low/high risk)>99.85 / 99.97 % per 3h

Integrity:ToA < 10 s


FuE-Inhalte von ALEGRO/ASMSSchritte in Richtung eines

maritimen GBAS

1. Aufbau eines experimentellen GBAS im Hafen Rostock • Validierung der GNSS Signal- und Positionierqualität im

maritimen Umfeld • Detektion von SoL-kritischen Einflüssen

2. Entwicklung und Betrieb eine „Real Time GNSS Assessment Facility“ (A-GPAF) • Bereitstellung (Service) von Ergänzungsinformationen zur

Beschreibung der lokalen GNSS-Leistungsfähigkeit• Bestimmung von Qualitätskenngrößen für die adaptive

Gestaltung von Navigationsalgorithmen innerhalb des ALEGRO-GBAS

3. Weiterentwicklung P-DGNSS für maritime SoL-Anwendungen (ALEGRO) • Eigenüberwachung des GBAS (reduziertes LIM)• Vorbereitung der GALILEO-Integration in das GBAS• Qualitätsgesteuerte Navigationsalgorithmen

4. Weiterentwicklung P-DGNSS für maritime SoL-Anwendungen (ASMS) (läuft)• Integritätskonzept für P-DGNSS GBAS (Ausgangspunkt:

IALA C-DGNSS Integritätskonzept)• Qualitätskenngrößen für VTMS zur GNSS-

Sensorbewertung• Demonstrationssystem für P-DGNSS Integrität


P-DGNSS

Referenzstation

Prinzip:Synchrone Messungen mit einer Referenzstation

Übertragung vorgeprüfteBeobachtungen der Referenzstation an die Roverstation über RTCM 3.0 Nachricht

Doppel-Differenzbildung und Mehrdeutigkeitslösung(Trägerphasen- und Code-Messungen)

Bahnfehler (≈ 3 m)Satellitenuhrenfehler (≈ 3 m)

Mehrwegeffekte(Multipath)( bis zu 50 m)

Rover (Nutzerstation)

Brechung in der Ionosphäreund Troposphäre( bis zu 100 m)

Empfänger-uhrenfehler(bis zu 3 m)

RTCM 3


Brechung in der Ionosphäreund Troposphäre( 1 cm bis 3 m)

Mehrwegeffekte(Multipath)( bis zu 50 m)

Eliminierung bzw. Reduzierung:Satellitenbahnfehler und SatellitenuhrenfehlerIonosphärische und troposphärische EffekteEmpfängeruhrenfehler

Entwicklungsschwerpunkt:Genauigkeit im Dezimeter-Bereich und Gewährung von Zuverlässigkeit

GNSS/GBAS-MonitoringQualitätsgesteuerte AuswahlGNSS-Signale für NavPos

Bahnfehler (≈ 3 m)Satellitenuhrenfehler (≈ 3 m)

Rover (Nutzerstation)

Empfänger-uhrenfehler(bis zu 3 m)

Brechung in der Ionosphäreund Troposphäre( bis zu 100 m)

Basislinie

Referenzstation

P-DGNSS

Quelle: Beckheinrich


HPE2D Positionierungsfehler ohne DIA 2D Positionierungsfehler mit DIA

Identifikation von Ausreißern ist wesentlich, um die Genauigkeit und Verlässlichkeit DGNSS-basierter Positionsbesimmung zu gewährleistenGenauigkeiten im Submeter-Bereich sind erreicht



Status

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.40

1

2

3

4

5Histogram HPE

HPE [m]

[%]

Ausreißer bis in den Bereich 1-3 m sind noch Realität !

Ursachen:zu geringe Anzahl nutzbarer Satelliten (DOP-Verschlechterung)

Abhilfe:Kombinierte Nutzung GPS und GALILEOMessmodellverbesserung und adaptive Bestimmung aus Qualitätskenngrößen

50 52 54 56 58 600

0.5

1Horizontal Positioning Error

Minutes after 8:00 UT

[m]

50 52 54 56 58 606

78

9

10

11

12visibleused

Visible and used Satellites

Minutes after 8:00 UT



User Segment

Quelle: Noack


Ausbau des GBAS Experimentalsystems(Integritätsmonitoring)

ReferenzstationRS

(RS-Prozessor)

USER

Integrity-MonitorIM

(IM Processor)

System-Performanz-

MonitorPM

(PM-Prozessor)

GNSS-dataLogs

HK-Data

Algorithmen

RTCM3(+)

HK-Channel

HK-ChannelVTMS-Channel

IALA Std.Msg(tbd)

PM Channel(tbd)

R&D Monitor und BetriebMaritimes P-DGNSS (V1)


P-DGNSS Integritäts-monitoring:

Eigenmonitoring

der

Referenzstation

als auch der

Integritäts-

monitoringstation

Dual Single

PreProcRange

P1

PreProcPhase

L1

PreProcRange

P2

PreProcPhase

L2

SingleCarrier

Smoothing

SingleCarrier

Smoothing

DualCarrier

Smoothing

Single P1/L1Positioning(DIA/RAIM)

Single P2/L2Positioning(DIA/RAIM)

DualPositioning(DIA/RAIM)

PreProcRange

CA

PreProcPhase

L1

SingleCarrier

Smoothing

DualPositioning(DIA/RAIM)

Referenz-datenbasis

GBAS-Integrityby RS Self-Monitoring

Per Satellite:dual usable and/or single usable or unusable

Related to RS:dual usable and/or single usable or unusable


P-DGNSS Integritäts-monitoring:

Monitoring

der

Referenzstation

durch die

Integritäts-

monitoringstation

(= „Nutzer“)

Eigen-Monitoring

IMS(dual)

Eigen-Monitoring

IMS(single)

Eigen-Monitoring

RS(dual)

Eigen-RS

(single)

Age ? COM /RTCM

P-DGNSSmit DIA(dual)

P-DGNSSmit DIA(single)

Qualitätsbewertung(dual/single)

Integritäts-mixer

RTCM+


Wirsuchenständig:


Studien-, Diplom- und Promotionsarbeitensowie JuWi-Stellen am IKN

Antennen

GNSS - Signalverarbeitung

GNSS - Signalausbreitung

Jamming und Interferenzen

GNSS - Validierung (Signal / Daten)

Ground Based Augmentation(Luft- und Seefahrt)

in den Themenbereichen

Integrierte Navigationsterminals(GNSS++, Indoor, Rail,..)

siehe http://www.dlr.de/kn/>> Offene Stellen>> Diplomarbeiten>> Praktika & Werkstudenten

• Tätigkeitsbeschreibung (Projektbezug)• Ansprechpartner• Arbeitsort

OP = Oberpfaffenhofen (SW München)NZ = Neustrelitz (N Berlin)

MaritimeVerkehrstechnik

• ArbeitsortNZ = Neustrelitz (N Berlin)


Mehr Informationen:

[email protected]/480-147

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