Motivation

Güter transportieren, Veranstaltungen überwachen, Gebäude vermessen, Felder und Arbeiten in der Landwirtschaft inspizieren – das sind nur einige Anwendungsfelder für mobile Systeme, wie z.B. Multicopter. Sollen in der Zukunft solche Systeme ohne menschliches Eingreifen in sicherheitskritischen Szenarien unterwegs sein, ist eine absolut genaue, ununterbrochene und robuste Navigation zwingend erforderlich.

Das wird am Beispiel von zivilen unbemannten Fluggeräten deutlich. Nur durch präzises und ausfallsicheres Navigieren lassen sich vorgegebene Routen exakt verfolgen und dabei Kollisionen vermeiden, Flughöhen begrenzen, Flugverbotszonen ausweichen, eine Heimkehrfunktion sowie ein automatisches Landen bei einem Kommunikationsausfall realisieren und damit die gesetzlichen Vorgaben einhalten.

Problem

Kommerziell verfügbare Satellitennavigationsempfänger kommen wegen möglichen Ortungsfehlern oder -abbrüchen und wegen mangelnder Störsicherheit für autonomes und sicherheitskritisches Navigieren nicht in Betracht. Da Satellitensignale über eine Entfernung von über 20.000 km übertragen werden, kommen sie mit einer geringen Leistung an. Somit kann der Empfang durch Störsender, die um mehr als das Hundertfache stärker als Satellitensignale sein können, bewusst beeinträchtigt werden. Darüber hinaus kann das Flugobjekt entführt werden.

Lösung, 1. Schritt: Kompakte vierkanalige Empfangseinheit

Daher hatten das DLR, die TU Ilmenau, die RWTH Aachen und das IMMS bereits im Projekt KOMPASSION neue Konzepte, Technologien und Algorithmen erforscht, um adaptive Gruppenantennen zur störungsfreien Satellitennavigation kompakter zu gestalten. Solche Antennen erfüllen sehr hohe Anforderungen bezüglich der Störsicherheit, waren bis dato jedoch für den mobilen Einsatz zu groß und zu schwer. Die Partner haben eine Empfangseinheit realisiert, die nur ein Viertel so groß ist wie eine konventionelle Gruppenantenne mit gleicher Anzahl an Einzelelementen und die die Anwendbarkeit der entwickelten Verfahren demonstrierte. Das IMMS hatte die Empfänger-Frontend-Schaltung als Bindeglied zwischen der Gruppenantenne und der digitalen Auswerteelektronik entwickelt.

Lösung, 2. Schritt: Genauere, ausfallsichere und kompaktere Empfangseinheit mit 16 Kanälen

Im Anschlussprojekt KOSERNA haben die o.g. Partner auf dieser Grundlage einen industriellen Prototyp mit der Firma Antennentechnik Bad Blankenburg GmbH aufgebaut und darüber hinaus an einer wesentlich genaueren und deutlich robusteren Weiterentwicklung der Empfangseinheit gearbeitet. Das IMMS hat für die neue und nochmals verkleinerte Empfangseinheit im Unterauftrag der TU Ilmenau die Front­end-Schaltungen erweitert und die neuen Konzepte auf ein zweites Frequenzband übertragen. Die Neuentwicklung mit 16 Kanälen wurde im GATE in Aldenhoven (Automotive Galileo Test Environment) umfangreich geprüft. Testfahrten in realen Situationen lieferten gute Ergebnisse in verschiedenen Störszenarien, bei denen handelsübliche Standard-GPS-Geräte versagen.