TU Dresden, 8. Juni 2009, Folie 18
Anwendungsfeld
Seefahrt
TU Dresden, 8. Juni 2009, Folie 19
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−
TU Dresden, 8. Juni 2009, Folie 20
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
TU Dresden, 8. Juni 2009, Folie 21
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
TU Dresden, 8. Juni 2009, Folie 22
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
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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
TU Dresden, 8. Juni 2009, Folie 24
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
TU Dresden, 8. Juni 2009, Folie 25
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
Quelle: Beckheinrich
TU Dresden, 8. Juni 2009, Folie 26
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
Quelle: Beckheinrich
TU Dresden, 8. Juni 2009, Folie 27
User Segment
Quelle: Noack
TU Dresden, 8. Juni 2009, Folie 28
User Segment
Quelle: Noack
TU Dresden, 8. Juni 2009, Folie 29
User Segment
Quelle: Noack
TU Dresden, 8. Juni 2009, Folie 30
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)
TU Dresden, 8. Juni 2009, Folie 31
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
TU Dresden, 8. Juni 2009, Folie 32
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+
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Wirsuchenständig:
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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)