Beitrag zur Integration von Multi-Constellation GNSS in die Fahrzeuglokalisierung

Kurzfassung
Die Positionsbestimmung von Straßenfahrzeugen ist ein zentraler Bestandteil vieler
Fahrerassistenzsysteme und des automatisierten Fahrens. Dabei variieren die
Anforderungen an die Positionslösung, je nach Applikation im Fahrzeug. Im theoretischen
Teil dieser Arbeit wird zunächst analysiert, welche Anforderungen im
Straßenfahrzeug entstehen können und welche realistischen Anwendungsszenarien
es für ein GNSS-basiertes Ortungsmodul gibt.
Durch die aktuellen Entwicklungen zusätzlicher Satellitennavigationssysteme ergeben
sich neue Optionen für diese GNSS-basierten Lösungsansätze. Besonders
der städtische Bereich gilt aufgrund der Abschattungen und Mehrwegeffekte, die
den Empfang der Satellitensignale beeinflussen, nach wie vor als Herausforderung.
In dieser Arbeit wird u. a. untersucht, welchen Einfluss eine höhere Satellitenanzahl
und die Kombination der verfügbaren Systeme auf die Lokalisierung
haben.
Die Herausforderung bei der Nutzung von Multi-Constellation-GNSS besteht in
der Synchronisation der Daten. Jedes System bezieht sich auf eine andere Zeitbasis,
außerdem unterscheiden sich die Signalfrequenzen sowie die Kodierung der Signale.
Damit einher geht eine unterschiedliche Signalverarbeitung im Hardware-
Teil des Empfängers. Wie aus der Literatur bereits bekannt, kompensiert der gesendete
Intersystemfehler den Bias zwischen den Systemuhren, nicht kompensiert
werden jedoch die empfängerspezifischen Verzögerungen zwischen den verschiedenen
Systemen.
In dieser Arbeit werden verschiedene Möglichkeiten analysiert, mehrere Satellitennavigationssysteme
in ein eng gekoppeltes Ortungssystem mit Inertialsensorik
und Raddrehzahlsensoren zu integrieren. Die Positionslösung mit dem Einsatz
der bereitgestellten Intersystemfehler wird einer separaten Uhrenfehlerschätzung
und einer Intersystemfehlerschätzung gegenübergestellt. Dabei wird die Empfängeruhrenfehlerschätzung
um entsprechende Variablen erweitert. Des Weiteren
wird die Variante der Modularisierung der Zustandsaktualisierungen im Kalman-
Filter für Multi-Constellation in Kombination mit dem gesendeten Intersystemfehler
sowie den separat geschätzten Uhrenfehlern und Intersystemfehlern untersucht.
Die Ergebnisse zeigen den Einfluss des Intersystemfehlers auf die Lösungen und
die Vorteile einer Intersystemfehlerschätzung. Durch die Modularisierung in der
Kombination mit mehreren Systemen können nur marginale Veränderungen in
der Positionslösung erzeugt werden. Abschließend werden die Ergebnisse der Ortungsfusion
mit der Anforderungsanalyse zusammengeführt.