In der vorliegenden Arbeit wurde ein Non-Coherent Deeply-Coupled-GNSS/INSSystem zur simultanen Positionierung und Tracking von Signalen globaler Satellitennavigationssysteme entwickelt. Das System zeichnet sich durch eine erweiterte Robustheit des GNSS-Signal-Trackings aus und bietet gegenüber traditionellen Integrationsmethoden Vorteile bei zeitweiligen Ausfallen von Satellitensignalen, bei hohen Dynamiken und bei geringer Empfangsqualität. Der Entwurf des Non-Coherent Deeply-Coupled-GNSS/INS-Systems wurde ausführlich vorgestellt. Die Navigationslösung wird in ECEF-Koordinaten berechnet um die Singularität des Navigationskoordinatensystems beim Überfliegen der Pole zu vermeiden. In einem Test zur Re-Akquisition von Satellitensignalen nach zeitweiligen Abschattungen (z. B. bei steilen Kurvenflügen) wurde die prinzipielle Überlegenheit gegenüber traditionellen Tracking Loops demonstriert, die nach der Abschattung eine Re-Akquisition und eine Pull-In-Phase durchlaufen müssen. Um die Messwert-Updaterate von 50 Hz im zentralen Filter zu reduzieren wurden Federated- Zero-Reset Filter eingesetzt. Die Update-Rate des zentralen Filters kann dadurch verringert werden. Es wurde gezeigt, dass die Verarbeitung der Trägermessungen durch ein Modell einer instantanen Doppler-Messung zu systematischen Fehlern bei Beschleunigungen führt. Um dies zu vermeiden, wurde gezeigt, dass durch Summation des Trägerfrequenz-Diskriminators eine Messung des Residuums von zeitlichen Trägerphasendifferenzen erreicht werden kann, die als zeitlich differenzierte Quasi- ADR-Messung bezeichnet wird. Die Verarbeitung dieser Messungen findet in einem Stochastic-Cloning-Kalmanfilter statt, der die Korrelationen zur zeitlich zurückliegenden Position berücksichtigt. Dadurch können Code- und Trägermessungen prinzipiell mit unterschiedlichen Updateraten durchgeführt werden. Außerdem ist eine einfache Erweiterung durch zusätzliche Sensorik mit unterschiedlicher Updaterate leicht möglich. Für das System wurde ein echtzeitfähiger Demonstrator auf Basis des Echtzeitbetriebssystems RTAI Linux aufgebaut. Verwendung findet dabei ein Hardware- Korrelatorchip zur zeitsparenden Umsetzung der Korrelationsberechnung. Bei der Beschreibung der Implementierung wird speziell auf die Behandlung der Empfängeruhrenschätzung eingegangen. In verschiedenen Hardware-in-the-Loop Tests wurde die Robustheit des Systems demonstriert. Versuche bei hohen Dynamiken zeigen die Überlegenheit des Stochastic-Cloning-Filters gegenüber der traditionellen Verarbeitung mit instantaner Doppler-Messung. Weiter wurde für zwei verschiedene IMU-Güten das minimale C/N0 ermittelt, bei dem ein Tracking zuverlässig durchgeführt werden kann. Mit dem verbauten TCXO konnte ein Robustheitsgewinn von 14 bis 18 dB gegenüber traditionellen Tracking-Methoden nachgewiesen werden. Außerdem wurde das System in einer KFZ-Testfahrt in urbanem Gelände getestet. Speziell in dicht bebautem Gebiet zeigt das System Vorteile durch eine größere Tracking- Stabilität.
GPS-Navigationssystem mit inertial gestütztem, vektoriellen Signal-Tracking
2012
225 Seiten, Bilder, Tabellen, 144 Quellen
Theses
German
Zum vektoriellen Geschwindigkeitsdiagramm
Tema Archive | 1998
|Zum vektoriellen Geschwindigkeitsdiagramm
Automotive engineering | 1998
|