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T. Strang, F. Schubert, S. Thölert, R. Oberweis, et al. Lokalisierungsverfahren

The South-North component.

 · Die Aufgabe des Intituts für Beleidigungen und Schimpfwörter besteht in der Katalogisierung der im deutschen Sprachraum verwendeten . Haftreibung Haftreibung Gleitreibung Rollreibung Innere Reibung Innere Reibung 1 Newton`sche Gesetz Trägheitsgesetzt Bewegendes will in Bewegung bleiben Ruhendes will Ruhend bleiben Reibung Was ist Reibung? Gleitreibung ist in Ruhe höchste Reibung Newton`schen Gesetze höhere Zug-.

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Die Übertragung der Positionsinformation von einem Navigationsgerät zur Einsatzleitung bzw. Atemschutzüberwachung ist Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt 7. Gebäudeplan kann durch Baumassnahmen oder durch Effekte wie brandbedingte Einstürze veraltet sein.

Dies stellt besondere Anforderungen an zu verwendende Bewegungsmodelle bzw. Trotz der genannten Herausforderungen erscheint die Entwicklung eines operationell verfügbaren Systems langfristig machbar und aufgrund des erheblichen Sicherheitsgewinnes der Einsatzkräfte sinnvoll. Aber nicht nur der Indoor-Bereich ist als kritische Umgebung für Positionierungsanwendungen einzustufen.

Diese sind insbesondere für sicherheitskritische Anwendungen nicht tolerabel. Ein Beispiel hierfür ist der Schienenverkehr. Zugeordnete Integritätsparameter sind ein ToA von weniger als 1s für einen tolerierten Fehlergrenzwert von 2,5 m. Bereits hier wird deutlich, dass auch der zukünftige Galileo SoL-Service diese Ortungsqualität nicht erfüllen wird.

Bei Streckenabschnitten mit geringeren Sicherheitsrisiken sinken zwar die geforderten und die tolerierbaren Genauigkeitsforderungen, jedoch wird weiterhin an ToA-Werten von weniger als 1s festgehalten. Ob diese Anforderungen durch den noch nicht endgültig spezifizierten Commercial Service erreicht werden könnten, ist eine noch offene Frage.

Viel eher ist zu erwarten, dass diese Leistungsparameter durch Sensorfusion siehe Abschnitt 4. Die sicherheitsrelevanten Ortungsaufgaben im Bahnbetrieb werden derzeit durch den kombinierten Einsatz von fahrzeugseitigen Elementen wie z. Odometer Wegmesseinheit sowie streckenseitigen Infrastruktureinrichtungen z. Balisen, Linienleiterkreuzungsstellen, Achszähler bewältigt. Um die Kosten, die die Infrastruktur entlang der Strecke verursacht, möglichst auf ein Minimum zu beschränken, ist man derzeit bestrebt, so genannte Intelligente Systeme in die Fahrzeuge zu integrieren.

Ein Ansatz in diese Richtung ist die Integration von satellitengestützten Ortungskomponenten in innovative Leitsysteme. Die höchste Stufe ist Level 4 und fordert, dass die Wahrscheinlichkeit für ein Nichterkennen von kritischen Fehlern unter 1x liegen muss. Level 0 gilt für nicht-sicherheitsrelevante Anwendungen. Weitere kritische Bereiche finden sich in der zivilen Luftfahrt. Ein besonders wichtiger Punkt ist der Präzisionslandeanflug, der bei schlechten Wetterbedingungen nur unter Zuhilfenahme der Landeinstrumente ausgeführt werden muss.

Diese Präzisionsanflüge sind der kritischste Teil der gesamten Flugphase. Der Pilot braucht eine hohe Aufmerksamkeit und ein hundertprozentiges 8 Institut für Kommunikation und Navigation. Abbildung 2 zeigt die Gefährdung einzelner Flugphasen aufgrund vergangener Totalverluste. Die starke Abschirmung ziviler Flughäfen und deren stetige Überwachung durch das Flughafenpersonal lassen einen gezielten Angriff durch elektromagnetische Strahlung nur bedingt zu.

Auch ungewollte Störungen durch am Flughafen betriebene elektrische Geräte sind zwar denkbar, könnten aber durch ihre stetige Präsenz auf dem Gelände per Funkpeilung gefunden werden. Störungen, die nicht von der Flughafeninfrastruktur herrühren, sondern durch mobile Geräte der Passagiere hervorgerufen werden, können durch eingehende Kontrollen bei Betreten des gesicherten Bereichs vermieden werden.

SoL-Anwendungen sind besonders vor Störeinwirkungen zu schützen, sei es durch Unterdrückung der Störung oder lediglich durch Signalisierung bei detektierter Anomalie, so dass die Durchführung der Prozedur unterbrochen oder nicht eingeleitet wird.

Neben der Gefahr durch ungewollte Störungen, wie etwa fehlerhafte TV-Stationen, wird hier ebenfalls die Möglichkeit eines gezielten Angriffs mit Ziel der Serviceunterbrechung Jamming oder der Serviceübernahme bzw. Fehlleitung des Flugzeugs Spoofing, Meaconing betrachtet. Die Unterbrechung des Services Präzisionslandung hätte zur Folge, dass bei schlechtem Wetter Landeanflüge abgebrochen werden müssen und Landungen nicht durchgeführt werden können.

Der Flughafen wird somit temporär geschlossen und alle Flugzeuge auf benachbarte Landemöglichkeiten verwiesen. Ein gezielter Angriff auf mehr als einen Flughafen gleichzeitig hätte katastrophale Folgen, da umgeleitete Flugzeuge weite Strecken zurücklegen müssten, für die sie möglicherweise nicht mehr genug Treibstoff zur Verfügung haben.

Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt 9. Sie werden in kommerziellen Bereichen in der Luft- und Schifffahrt aber auch im Auto- und Schienenverkehr eingesetzt. Sie werden von der Polizei, dem Grenzschutz, Zoll und dem Militär eingesetzt, ebenso wie von Such- und Rettungsdiensten. Diese Satelliten-Navigationssysteme stehen voraussichtlich in einigen Jahren zur Verfügung.

Nachfolgend wird die Funktionsweise eines solchen Satellitensystems vereinfacht beschrieben. Hierfür muss der Beobachter die Signale von mindestens vier unabhängigen Satelliten gleichzeitig empfangen. Werden im Empfangsgerät die vier Empfangszeiten der Satellitensignale möglichst genau gemessen, so kann die aktuelle Position und Uhrzeit des Beobachters rechnerisch abgeleitet werden.

Um die Signale mit mobilen und möglichst kleinen Empfangsgeräten empfangen zu können, sind die Satelliten in erdnahen Orbits stationiert.

Aus physikalischen Gründen ist mit der geringen Höhe über der Erdoberfläche eine Bahngeschwindigkeit verbunden, die erheblich über der Rotationsgeschwindigkeit der Erde liegt. Deshalb wird, um mindestens drei, besser vier Satelliten an jedem beliebigen Ort jederzeit zur Verfügung zu haben, eine sogenannte Konstellation von 24, besser 32 Satelliten benötigt. So lässt sich sicherstellen, dass der sich auf den Beobachter zubewegende Satellit am Horizont für das Auge unsichtbar aufgeht, bevor der vorangegangene Satellit, vom Beobachter sich entfernend, am Horizont untergeht.

In den folgenden Abschnitten werden die wichtigsten Satellitensysteme für die Navigation beschrieben und Methoden und Systeme erläutert, die eine Positionsbestimmung noch weiter verbessern können. Alternativ dazu gibt es boden- und luftgestützte Zusatzsysteme wie z. Diese Systeme und Methoden wie z. Bei bewegten Objekten lässt sich darüber hinaus auch ihre Geschwindigkeit und die Bewegungsrichtung feststellen.

Seit ist das System voll einsatzfähig. Dabei bewegen sich je vier Satelliten auf sechs unterschiedlichen Bahnebenen, die um 55 gegen die Äquatorebene geneigt und gegeneinander um 60 versetzt sind. Nach dem dritten Keplerschen Gesetz die Quadrate der Umlaufzeiten verhalten sich wie die Kuben der mittleren Entfernungen ergibt sich z.

Aus dieser Anordnung folgt einerseits, dass sich zu jedem Zeitpunkt an jedem Ort der Erde mindestens vier Satelliten in brauchbarer Höhe über dem Horizont befinden dies ist für das Funktionieren des Systems notwendig und dass andererseits die Satelliten in unseren Breiten vorwiegend in südlicher Richtung stehen. Funktional wird das System in drei sogenannte Segmente untergliedert. Die Satelliten senden mit zwei hochfrequenten Trägern die Ortungssignale und die Daten der Navigationsmitteilung aus, die vom Nutzer empfangen und ausgewertet werden.

Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt Das Kontrollsegment umfasst die Hauptkontrollstation, fünf sogenannte Monitorstationen und drei Bodensendestationen. Die wichtigsten Aufgaben sind die Kontrolle der Funktion des gesamten Systems, die Beobachtung der Satellitenbewegungen und der Satellitenuhrenfehler. Weiterhin sind die Vorausberechnung der Satelliten-Ephemeriden und der Satellitenuhrenfehler wesentliche Funktionen des Kontrollsegments.

Beobachtung der Satellitenbahn, Uhrzeit Funktion: Überblick über das GPS Kontrollsegment. Verkehrs-, Bau-, Vermessungswesen kommen und daher auch unterschiedliche Zielstellungen z. Position, Geschwindigkeit, hochgenaue Uhrzeit bei der Nutzung haben. Diese vier Beobachtungen sind notwendig, um die vier Unbekannten zusammengesetzt aus x-, y- und z-komponente des dreidimensionalen Raumvektors vom Zentrum eines kartesischen Bezugssystems zur gesuchten Position und des Empfängeruhrfehlers ermitteln zu können.

Abbildung 6 verdeutlicht die Standortbestimmung im Raum mit Hilfe der Navigationssatelliten. Die zum jeweiligen Satelliten ermittelte Laufzeit ergibt eine Kugelschale mit der Entfernung um den Satelliten.

Bei der Verwendung von drei Satelliten ergeben sich zwei Schnittpunkte, wobei einer als scheinbarer Standort meistens leicht ausgeschlossen werden kann, da er sich nicht auf der Erde befindet. Der verbleibende Schnittpunkt repräsentiert die Position des Empfängers. Ein vierter Satellit wird benötigt, um die Zeitsynchronisation zwischen der GPS-Systemzeit und der Empfängeruhr durchzuführen und somit die Laufzeiten korrekt auswerten zu können. Codemessung Basierend auf dem Prinzip der Laufzeitmessung zwischen Satellit und Empfänger kann bei Kenntnis der Ausbreitungsgeschwindigkeit und des Uhrfehlers von Satellit und Empfänger die gesamte gesuchte Distanz berechnet werden.

Die resultierenden Positionsgenauigkeiten liegen im Bereich weniger Meter. Im Vergleich zur Codemessung die Codelänge beträgt m ist dieses Verfahren wesentlich genauer. Es lassen sich Genauigkeiten im Bereich von Dezimetern bis Millimetern erreichen. Zur Bestimmung der kompletten Distanz ist die korrekte Bestimmung der sog.

Phasenmehrdeutigkeiten Anzahl ganzer Wellenlängen notwendig. Sichtbarkeit hinreichend vieler mindestens vier! Als Grundregel gilt immer: Je günstiger die geographischen, topographischen und morphologischen Rahmenbedingungen des Beobachtungsortes in Bezug zum Strahlungskegel der Satelliten sind, desto besser ist der Empfang und die Qualität des zur Berechnung der Position notwendigen Signals.

Für einen ausreichenden Empfang sollte jedoch eine Elevation von mindestens über dem Horizont angepeilt werden, da meist kein ideal flaches Gelände bis zum Horizont vorhanden ist, wie Abbildung 8 verdeutlicht.

Minimaler Erhebungswinkel eines Satelliten unter Berücksichtigung der Topographie und in Bezug zur Horizontalebene eine Beobachtugspunktes. Eine nicht unerhebliche Feherlquelle ergibt sich zusätzlich zu den oben aufgelisteten Beeinflussungen aus der Geometrie zwischen den sichtbaren und verwendeten Satelliten und dem Empfänger. Detaillierte Informationen zu diesem Thema findet man z.

Die zukünftige GPS-Satellitengeneration sowie modernere Empfänger und Komponenten im Kontrollsegment werden die Fehler bei der Positionsermittlung in den nächsten Jahren weiter reduzieren. Da die geografische Position der Referenzstation mit sehr hoher Genauigkeit bekannt ist, kann der Fehler der momentanen GPS-Ortsbestimmung festgestellt werden. Je nach Art und Umfang der verwendeten Daten können die folgenden vier Vorgehensweisen unterschieden werden 1.

Nutzung der Daten der Referenzstation für nachträgliche Berechnungen Postprocessing 2. Im den Fällen zwei und drei werden in den Referenzstationen, deren Koordinaten exakt bekannt sind, alle sichtbaren GPS-Satelliten gemessen, und aus dem Vergleich von gemessenen Koordinaten und aus den übertragenen Bahndaten berechneten Pseudoentfernungen für jeden Satelliten Entfernungskorrekturen berechnet und als Korrektursignale abgestrahlt.

Der Nutzer verwendet die Korrekturen bei den von ihm sichtbaren bzw. Bei dem dritten Verfahren wird die Positionsbestimmung aus Codemessungen noch durch die Verwendung der Trägerphaseninformationen ohne Mehrdeutigkeitslösung geglättet. Bei höheren Genauigkeitsanforderungen im Dezimeter- und Subdezimeterbereich ist es erforderlich, auf der Nutzerseite die Trägerphasenmehrdeutigkeiten zu lösen.

Dazu müssen die Trägerphasenbeobachtungen oder Trägerphasenkorrekturen von den Referenzstationen zum Nutzer übertragen werden und in Echtzeit zur gemeinsamen Auswertung mit den Nutzerdaten zur Verfügung stehen vierter Fall. Die erreichbare Genauigkeit liegt je nach Qualität des Empfängers und der Korrekturdaten für die Verfahren 2. Verfahren werten zusätzlich die Trägerphase aus wie z. Die Galileo-Konstellation wird aus 30 Satelliten bestehen, welche die Erde in einer Höhe von rund km umrunden.

Der Empfänger bestimmt seine Position auf dem Globus, indem er die Entfernung zu mindestens vier Navigationssatelliten ermittelt. Diese Entfernung wird mithilfe eines hochgenauen Zeitsignals gemessen.

Überwacht und gesteuert werden die Satelliten voraussichtlich von zwei Kontrollzentren in München und Rom. Ein globales Netzwerk von Bodenstationen sorgt für den Datentransfer zu und von den Satelliten. Sensor-Stationen rund um den Erdball überwachen und korrigieren ständig die Qualität des Signals.

Über so genannte Uplink- Stationen wird dann ein Korrektursignal an die Satelliten gesendet, welches dann in die Navigationsnachricht integriert wird. Die Umlaufzeit beträgt Abbildung 10 stellt die für Galileo geplanten Frequenzbereiche als Übersicht dar. Übersicht der geplanten Frequenzbänder für Galileo. Die Sendeleistung der Satelliten in weit über km Entfernung ist so gering, dass ein Navigationsempfänger, ausgestattet mit einer einfachen Antenne, fast nur Rauschen sieht. Er empfängt nicht nur das Signal eines Satelliten, sondern von mindestens vier, deren Signale dopplerverschoben sind.

Dieses gespreizte Signal wird im Empfänger mittels einer sogenannten Pulskompression aus dem Rauschen geholt und kann dann weiter verarbeitet und ausgewertet werden.

Die genaue Funktionsweise kann in der einschlägigen Literatur nachgelesen werden, wie z. Er soll ebenfalls frei und kostenlos empfangbar sein.

Der offene Dienst ermöglicht die Ermittlung der eigenen Position auf wenige Meter genau. Zudem liefert er die Uhrzeit entsprechend einer Atomuhr besser als 1x Auch kann dadurch die Geschwindigkeit, mit der sich der Empfänger z. Er soll zwei Sendefrequenzen zur Verfügung stellen. Damit wird es mit Zweifrequenzempfängern möglich sein, Ionosphärenstörungen korrigieren zu können und die Position auf ca.

Durch die Kombination beider Satellitensysteme ergibt sich jedoch noch eine deutlich bessere Abdeckung von bis zu 15 sichtbaren Satelliten an einem beliebigen Standort. Garantien für die ständige Verfügbarkeit dieses Dienstes wird es aber voraussichtlich nicht geben.

Der kommerzielle Dienst Commercial Service, CS ist kostenpflichtig und soll verschlüsselt zusätzliche Sendefrequenzen und damit höhere Übertragungsraten von ca.

Er ist unter anderem auch für sicherheitskritische Anwendungen ausgelegt z. Auch sind Garantien zur ständigen Verfügbarkeit dieses Dienstes geplant. Er ist das Korrektiv zu den Risiken, die sich aus den kommerziellen Anwendungen s. Er bietet eine Warnung innerhalb weniger Sekunden wenn das System z.

Auch für diesen Dienst sind Garantien für die ständige Verfügbarkeit geplant. Das ebenfalls verschlüsselte Signal ist weitgehend gegen Störungen und Verfälschungen gesichert und soll eine hohe Genauigkeit und Zuverlässigkeit bieten. Auch soll eine Rückantwort von der Rettungsstelle an den Notrufsender erstmalig möglich sein. Mit der Installation im Weltraum wurde bereits begonnen.

Die wichtigsten Daten des Systems sind: Insbesondere die Luftfahrt hat hier hohe Anforderungen und benötigt z. Informationen über den aktuellen Status des Navigationssystems oder eine schnelle Benachrichtigung über eventuelle Fehlfunktionen. Speziell beim Landeanflug ohne oder mit schlechter Sicht sind Flugzeuge heute auf Instrument Landing-Systeme ILS angewiesen, deren Installation und Wartung an jedem einzelnen Flughafen jedoch mit einem hohen finanziellen Aufwand verbunden ist. Fehler der Satellitenposition, der Satellitenuhr und die Signalverzögerung durch die Ionosphäre.

Insbesondere Nutzer mit Einfrequenzempfängern profitieren von diesen Korrekturen, da sie zur Korrektur der Ionosphärenverzögerung ansonsten ein ungenaues Modell verwenden müssten. Das SBAS übermittelt jedoch ein Gitter, welches die Ionosphärenverzögerung an den Gitterpunkten beschreibt, was es ermöglicht, die Verzögerung an anderen Punkten zu interpolieren. Die Signale, die von den geostationären Satelliten ausgesendet werden, ähneln den GPS-Signalen sowohl im Hinblick auf die verwendete Frequenz als auch im Hinblick auf die verwendete Signalstruktur.

Mit dem Satellit Artemis führt die Industrie zurzeit noch verschiedene Systemtests durch. Es besteht aus den drei folgenden Subsystemen: Satellitensubsystem Das Satellitensubsystem dient zur Ermittelung der Positionsdaten. Bordsubsystem Das Bordsubsystem umfasst alle Geräte des Luftfahrzeuges, die genutzt werden, um die Satelliten- und Korrektursignale zu empfangen, zu verarbeiten und zur Anzeige zu bringen.

Diese können die so empfangenen Informationen verwenden, um die Genauigkeit der selbst bestimmten GPS-Position durch die entsprechenden Korrekturen zu erhöhen. Als typische Sensorik ist hier in erster Linie barometrische Sensorik zur Messung der Höhe zu nennen. Aber auch Trägheitssensorik, die in Dead-Reckoning-Navigationshilfen eingesetzt wird, kann verwendet werden. Weniger häufig werden andere funkbasierte Systeme, z. Im Allgemeinen kann die Verwendung verschiedener Sensorik dazu geeignet sein, spezifische Schwachpunkte der einzelnen verwendeten Systeme durch sinnvolle Kombination zu verringern.

Der Fehler ist aber im Allgemeinen mittelwertsfrei. Im Gegensatz dazu ist das Fehlerrauschen eines trägheitsbasierten Systems viel geringer. Der Nachteil der Trägheitsnavigation liegt vielmehr in der Drift des Fehlers, da die Position durch Integration gewonnen wird und daher eine Fehlerfortpflanzung stattfindet. Kombiniert man die Positionslösungen beider Systeme über geeignete Filter, können die Vorteile beider Systeme genutzt werden mittelwertsfreier und kleiner Fehler , wobei die Nachteile entfallen.

Da die Sensoren in einer festgelegten Raumbeziehung zueinander stehen im Allgemeinen am Flugzeug an bekannten Positionen montiert , muss sich jede Positions- oder Lageänderung in beiden Sensoriken wiederspiegeln. Es gibt viele Anwendungen, die mit Hilfe von Pseudolites verwirklicht werden können. In Bereichen, in denen die elektromagnetischen Signale von den Navigationssatelliten nicht oder nur ungenügend empfangen werden können, wie z. Pseudolites als Unterstützung in urbanen oder bergigen Regionen.

In Gebieten, die erhöhte Genauigkeitsanforderungen und Zuverlässigkeit an das Satellitennavigationssystem stellen, kann das Navigationssystem mit Pseudolites ergänzt werden.

Bei schlechten Sichtbedingungen muss man bisher auf andere Zielflughäfen ausweichen. Mit Hilfe von Pseudolites und in Kombination mit anderen Ergänzungssystemen wird es zukünftig möglich sein, Flugzeuge auch bei sehr schlechter Sicht sicher zu landen Unterscheidungsmerkmale bei Pseudolites Es gibt verschieden Arten von Pseudolites.

Die Unterscheidungsmerkmale liegen hauptsächlich bei den in den folgenden Abschnitten genannten Eigenschaften. Bei dieser Methode ist das Berücksichtigen der Zeitdifferenz im Empfänger nicht nötig. Eine Möglichkeit der Signalübertragung besteht darin, Trägerfrequenzen zu benutzen, die zu denen von GPS verschieden sind. Um eine wirtschaftliche Nutzung der vorhandenen Ressourcen zu gewährleisten legt man die Trägerfrequenzen der Pseudolites so aus, dass sie mit der vorhandenen Hardware empfangen werden können.

Man verwendet also ähnliche Frequenzbereiche, aber nicht exakt die gleichen. Bei der Verwendung von gleichen oder ähnlichen Trägerfrequenzen ergibt sich das in der Literatur als Near Far Problem bezeichnete signaltechnische Problem, siehe Abbildung Das Pseudolite-Signal überlagert das Satellitensignal Zwischenbereich: Sowohl das Pseudolite-Signal als auch das Satellitensignal können empfangen werden Fernbereich: Um Signale im Empfänger verarbeiten zu können, müssen alle annähernd gleich stark und konstant sein.

Die von Satelliten ausgestrahlten Signale haben auf der Erdoberfläche etwa die gleiche Signalstärke, da sie alle sehr weite, relativ konstante Wege zurücklegen. Die Streckenänderung, die sich durch die Bewegung des Empfängers ergibt, ist im Verhältnis zu den Strecken, welche die von den Satelliten abgegebenen Signale zurücklegen, klein. Aus diesem Grund bleibt die Signalstärke immer annähernd gleich.

Verwendet man hingegen Pseudolites, so sind die Sender nahe beim Empfänger. Die vom Sender abgestrahlte Signalstärke hängt von dem Bereich ab, in dem mit Pseudolites navigiert werden soll. Ist dieser Bereich klein, so genügt es, mit geringer Leistung zu senden. Die Signalstärke ist demnach stark von der Entfernung zwischen der Sender und Empfänger abhängig. Nur in der sogenannten Zwischen-Zone Intermediate Zone , in der die Signalstärken der Pseudolites und der Satellitensignale annähernd gleich sind, ist es möglich, beide Signale zu verwenden.

Eine weitere Methode zur Trennung von Signalüberlagerungen bringt das gepulste Senden der Pseudolites. Somit wird dem Empfänger ermöglicht, beide Signale zu trennen und auszuwerten. Dieses Verfahren beschränkt jedoch die Anzahl der zu verwendenden Pseudolites, da die Zeitschlitze wegen der Empfängertechnik nicht beliebig klein gewählt werden können. Im Stanford Telekom Pseudolite wird z. Jede Millisekunde wird in 11 Partitionen aufgeteilt und in nur einer bestimmten Partition wird das Signal der Pseudolites gesendet [Hei99].

Jedes Signal kann damit dem richtigen Sender zugeordnet werden. Es spielt vor allem bei sicherheitskritischen Applikationen wie Luft- und Seefahrt eine wichtige Rolle.

Dies geschieht durch Vergleich der Residuen verschiedener Positionslösungen, die aus Untermengen der sichtbaren Satelliten gewonnen werden. Dieser Vergleich liefert einen Rückschluss auf die Qualität der Beiträge zur Positionslösung, die von einem einzelnen Satelliten erbracht werden.

Ist das Signal eines Satelliten fehlerbehaftet, so ergeben alle Positionslösungen unter Einbeziehung dieses Satelliten ein wesentlich höheres Residuum als diejenigen Lösungen, die ohne Beitrag des fehlerhaften Satelliten errechnet wurden.

Damit diese Methode funktioniert, müssen mehrere überbestimmte Gleichungssysteme miteinander verglichen werden. Daraus ergibt sich die Mindestanzahl von sechs Satelliten für die Bestimmung und Zuordnung eines Fehlers zu einem Satelliten: Damit ein Ausschluss eines Satelliten möglich ist, muss die Gesamtmenge der Satelliten daher mindestens sechs sein.

Sind nur fünf Satelliten verfügbar, so kann nur eine Überprüfung des Ergebnisses ohne Isolierung des fehlerhaften Satelliten stattfinden. Das Residuum wird in diesem Fall mit einem festen Schwellwert verglichen, und das Ergebnis des Vergleichs bezeichnet die Richtigkeit der Positionslösung.

Auf der anderen Seite erlaubt die Verwendung von mehr als sechs Satelliten die Erkennung von entsprechend mehreren unabhängigen Fehlern auf verschiedenen Satelliten.

Werden die Messungen nicht nur verschiedener Satelliten, sondern auch eines einzelnen Satelliten entlang der Zeitachse bezüglich des verursachten Residuums in der Positionslösung beobachtet, so spricht man von Sequential RAIM.

Diese Technik bringt den Vorteil, dass mehr Information zur Verfügung steht, aufgrund derer die Satellitensignale evaluiert, und eine Überprüfung der Positionslösung statt finden kann. Für die Nutzung in unwegsamem Gelände, Häuserschluchten, Unterführungen oder öffentlichen Verkehrsmitteln bei denen es häufig zu Unterbrechungen im Signalempfang kommt, verbunden mit zwischenzeitlichen Ortswechseln, ist GPS nicht konzipiert. Daher dauert die Neuberechnung der aktuellen geografischen Position nach solchen sprunghaften Ortswechseln recht lange.

Ausgenutzt wird bei diesem Verfahren, dass gerade in stark bebauten und dicht besiedelten Regionen ein gut ausgebautes Mobilfunknetz vorhanden ist. Diese Positionsinformation kann durch Kreuzpeilung mit anderen erreichbaren Mobilfunkstationen noch präzisiert werden.

Diese Informationen können verwendet werden, um den Suchbereich für die Satellitensignale Identität der sichtbaren Satelliten, ungefähre Laufzeit, Dopplerverschiebung einzuschränken und somit die Messung deutlich zu beschleunigen.

Diese Satellitendaten werden durch Referenzempfänger bereitgestellt, die stationär an Orten mit guter Sichtbarkeit zum Himmel aufgestellt sind und deren exakte Position vermessen wurde.

Generell ist dies nicht möglich, da das GPS-Signal meist zu stark abgeschwächt wird. A- GPS alleine kann dieses Problem nicht lösen. Hierfür werden Techniken untersucht, die über Korrelationen und Aufsummierung von Signalen versuchen, den Signalpegel soweit anzuheben, dass eine Verarbeitung der GPS-Signale auch innerhalb von Gebäuden möglich wird. Erste Geräte mit dieser Option sind in der Entwicklungsphase 2.

Die Satelliten strahlen ein im Vergleich mit Kommunikationssatelliten schwaches Signal ab, das nach der Überbrückung dieser enormen Distanz am Boden mit ca.

Nur durch spezielle Signalverarbeitungsverfahren kann dieses Satellitennavigationssignal für die weitere Nutzung zurückgewonnen werden. Aufgrund der schwachen Signalleistung, die für die Navigation am Boden zur Verfügung steht, können Empfänger zur Satellitennavigation leicht Opfer von elektromagnetischen Störungen werden. Zwar ist die Nutzung von Sendefrequenzen in Deutschland einem strengen Reglement durch die Bundesnetzagentur unterworfen, doch können selbst Sendeanlagen, die sich für andere Systeme als harmlos erwiesen haben, Satellitennavigationsempfänger durch ihre hohe Empfindlichkeit stören.

Erschwerend kommt hinzu, dass viele potentielle Störer nicht mit Standard-Equipment entdeckt werden können, da die zur Störung nötige Leistung nur knapp über dem üblichen Empfängerrauschen liegen kann. Nach der Korrelierung 5 wird die Navigationslösung 6 berechnet, die Basis für die Positionsausgabe des Empfängers ist.

In jeder der einzelnen Empfängerstufen ist ein besonderes Augenmerk auf saubere Filterung und die Reduktion von Störeinflüssen zu legen. Je näher an der Antenne die Störung abgefangen wird, desto effektiver ist die Unterdrückung. In derzeitigen GNSS-Empfängern wird das Signal erst in mehreren analogen Mischerstufen auf eine niedrigere und damit einfacher zu verarbeitende Frequenz transferiert. Falls diese Stufen in niedrigerer Qualität geplant und integriert wurden, kann hier enormes Störpotential entstehen, das an späterer Stelle nur mit hohem Aufwand abgefangen werden kann.

In zukünftigen Systemen wird durch die neuen technischen Möglichkeiten und die Verfügbarkeit von Komponenten mit höherer Leistung die Digitalisierung allerdings noch näher an die Antenne rücken und Unterstützungssysteme wie externe Sensoren können bereits in früheren Empfangsstufen eingesetzt werden.

Auch die digitale Signalverarbeitung wird dann als starkes Hilfsmittel gegen etwaige Störer nahe an der Antenne einsetzbar sein. Wie aus Abbildung 20 ersichtlich, wird das Signal auf dem Weg vom Satelliten zum Empfänger am Erdboden enorm geschwächt.

Um das Signal zu stören reichen hierfür relativ geringe Leistungen aus. Nimmt man beispielsweise die für die europäische Luftfahrt gültigen Grenzwerte von ,5 dbm Störleistung an, würde eine geringe Störleistung von 1 mw bereits im Umkreis von 2 km diesen Grenzwert verletzen.

Ein 1 W-Strahler würde dies im Umkreis von ca. Hierbei muss man sich allerdings im klaren sein, dass 1 W die ungefähre Strahlungsleistung eines Handys sein kann, allerdings ebenso die Oberwelle einer Rundfunkstation, welche mit 1 MW sendet, aber um 60 db durch die sendeseitigen Filter gedämpft ist. Strahlformungsantennen können weiterhin mehrere Störer ausblenden und die Ungestörte Nutzung von Satellitennavigation sicherstellen.

Auch neue Sensoren und Kopplungsmechanismen tragen zukünftig zur sicheren Satellitennavigation bei. Die Wahrscheinlichkeit, dass durch ungewollte Störung alle diese Frequenzen in Mitleidenschaft gezogen werden ist deutlich geringer als dies bei einer einzelnen Frequenz der Fall wäre. Selbst bei gewollten Störungen wird es schon schwieriger, die Leistung aufzubringen, um alle Frequenzbänder in der ausreichenden Bandbreite zu beeinflussen. Daher leisten neue redundante Frequenzen einen wichtigen Beitrag zur Störsicherheit der Satellitennavigation.

Für eine möglichst genaue Positionierung ist eine Sichtverbindung zwischen der Empfängerantenne und den Satelliten notwendig. Zwar könnte das Signal auch über eine Reflexion empfangen und die Navigationsdaten dekodiert werden, dies würde allerdings eine Verfälschung der Entfernungsmessung zur Folge haben, da die Wegstrecke vom Satelliten zum Nutzer über einen Reflexionspunkt in jedem Falle länger ist als der direkte Weg.

Entsprechend sind Multipfad-Umgebungen entweder zu meiden oder eine Unterdrückung muss im Empfänger durchgeführt werden. Abhängig von der Signal- zu Rauschleistung thermisches Rauschen im Empfänger wird zusätzlich ein zufälliger Fehler verursacht.

Die Navigation in Innenräumen umfasst viele verschiedene Arten von Gebäudestrukturen wie z. Wohnhäuser dagegen besitzen meist wesentlich kleinere Räume. Gebäudekategorien wie in [Mol91] definiert. Dies bedeutet, dass die Mindestanzahl von vier sichtbaren Satelliten durch ein Fenster meist nicht gewährleistet werden kann, da durch ein Fenster nur ein Teil des Himmels überschaubar ist.

Material Dicke mm Dämpfung bei 1. Materialdämpfung von Baustoffen bei 1,5 GHz. Somit werden Signale im Innenbereich meist über Fenster empfangen, da diese im Vergleich zu Beton eine sehr geringe Dämpfung aufweisen siehe Tabelle 7. Signalausbreitungswege von einem Satelliten zu einem Nutzer innerhalb eines Gebäudes.

Die gestrichelte Linie ist die direkte Sichtverbindung. Die gemessene Signaldämpfung wurde mit ,8 db angegeben. Nach Aussage in [DeD05] werden, für eine effektive Positionierung innerhalb eines Gebäudes mit Hilfe von GPS, Signalverarbeitungsalgorithmen benötigt, die mit einer Signalstärke zwischen dbm und dbm auskommen.

Einen quantitativen Einblick in das Fehlerverhalten gibt Abbildung Um diese Fehler zu unterdrücken, müssen geeignete Signalverarbeitungsverfahren zur Interferenzunterdrückung, wie in [DeD05] beschrieben, angewendet werden.

Dies wird besonders klar, wenn man bedenkt, dass jede Reflexion einen Energieverlust bedeutet, so dass Signale, die mehrfach reflektiert wurden nur noch eine sehr geringe Leistung haben und somit vernachlässigt werden können. Die Reflexionen, die mit A bezeichnet sind, haben eine Umweglänge von ungefähr 40 m und die mit B gekennzeichneten Reflexionen von ungefähr m.

Sollte in solch einem Fall der direkte Pfad Verzögerung 0 in Abbildung 25 stark gedämpft sein, so kann man sich leicht vorstellen, dass die Schätzung für die Entfernungsmessung zwischen Satellit und Nutzer um die Umweglänge falsch sein wird und somit die Positionslösung des Nutzers fehlerhaft.

Eine genaue Navigation wird damit unmöglich. Gemessene Impulsantworten innerhalb eines Gebäudes mit einem Helikopter als Sendestation. Reflexionen A haben eine Umweglänge zwischen 33 bis 54m. Eine der bedeutendsten Einschränkung bei globalen Satelliten Navigationssystemen ergibt sich aus der Tatsache, dass man eine quasi-optische Sichtverbindung auf die Satelliten haben muss.

Jede noch so kurze Abschattung der Signale verursacht also Probleme bei der Datenauswertung, da bei einem Empfang von weniger als vier verschiedenen Satellitensignalen die Positionsermittlung nicht möglich ist.

Abschattungen treten vor allem in bergigen oder stark bewaldeten Gebieten und in urbanen Regionen auf. Während Wände das Signal beinahe komplett abschatten, dämpfen Fenster das Signal nur geringfügig. Situationen mit Fehlern zwischen 5 m und m können leicht vorkommen.

Eine weitere Einschränkung ergibt sich aus dem niedrigen Energielevel mit der die Satellitensignale am Empfänger ankommen. Durch elektromagnetische Sender in der Umgebung des Anwenders kann es relativ leicht zu einer Überlagerung der Navigationssignale kommen, sodass eine Positionsermittlung nicht oder nur eingeschränkt möglich ist.

Einige solcher Systeme sind als stand alone Systeme konzipiert, d. Die meisten dieser Verfahren benötigen jedoch eine mehr oder weniger aufwändig installierte Infrastruktur, zum Beispiel Funksender und Empfänger oder Funk- und Ultraschall-Baken. Ganz allgemein lässt sich sagen, dass mittlerweile dedizierte, autonom arbeitende Systeme am Markt sind, welche bei ausreichender Infrastrukturdichte eine hohe Positionsgenauigkeit oft besser als 1 m erreichen können.

Für Anwendungen in eng begrenzten Gebieten ist dies eine gute Lösung. Eine besondere Rolle spielen mobilfunkbasierte Lösungen, da sie zwar eine Mobilfunkinfrastruktur benötigen, diese jedoch in sehr vielen Umgebungen vorhanden ist. Ferner existieren wichtige Anwendungsfelder bei denen nicht immer mit einer Mobilfunkinfrastruktur gerechnet werden kann z. So ist beispielsweise ein barometrischer Höhenmesser eine wertvolle Ergänzung für die 3D-Positionierung.

Inertialsensoren und Schrittzähler können speziell an die Bewegungsprofile des Menschen angepasst werden und bei dessen Bewegung die Positionsgenauigkeit von GNSS verbessern. Es ist daher auch in Mobilfunksystemen möglich Ortsparameter aus einem empfangenen Signal zu schätzen. Einfallsrichtung Kanalimpulsantwort als Relation der empfangenen Echos zueinander 40 Institut für Kommunikation und Navigation.

Man unterscheidet dabei zwei wesentliche Ansätze. Dazu muss sowohl der Sendezeitpunkt t an BS i als auch der Empfangszeitpunkt t i 0 bekannt sein. Abbildung 26 zeigt beispielhaft die Distanzmessung zu 3 Basisstationen in 2-dimensionaler Darstellung. Die Kreise mit den entsprechenden Radien schneiden sich in einem eindeutigen Punkt x, y , der die Position der MS darstellt. Diese Information kann an der MS auf verschiedene Weise verfügbar gemacht werden: Alle BS sind synchronisiert, d.

Dies führt zu einer zusätzlichen unbekannten im o. Für eine eindeutige Lösung ist dann die Hinzunahme einer weiteren Gleichung, d. Dieses Verfahren wird auch in Satellitennavigationssystemen z. Kennt die MS die Referenzzeit z. Die Schätzung der Empfangszeit eines Mobilfunksignals ist in Mobilfunksystemen inhärent zur Synchronisation von Abtastzeitpunkten notwendig.

Dazu werden Korrelationsverfahren eingesetzt. Die Anforderung an die Genauigkeit der Synchronisation hängt dabei stark vom verwendeten Übertragungsverfahren ab und ist z.

Orte konstanter Abstandsdifferenzen bilden eine Hyperbel 2D bzw. Dies ergibt Orte gleicher Abstandsdifferenzen, d. Die Messung der Laufzeitdifferenzen basiert auf Korrelationsverfahren und sind daher in derselben weise wie beim ToA Verfahren implementierbar. Mehrwegeausbreitung erhöht durch Signalumwege die gemessene Signallaufzeit und führt damit zu einer falschen Messung der örtlichen Distanzen ToA bzw. Da in Mobilfunkszenarien hauptsächlich Mehrwegeausbreitung ohne direkte Sichtverbindung zu beobachten ist, sind Verfahren, die diesen Fehler reduzieren bzw.

Die Grundidee besteht darin, die Empfangsleistung und damit die Dämpfung eines Mobilfunksignals zu messen. Für viele Szenarien sind Ausbreitungsmodelle bekannt, die diesen Zusammenhang beschreiben.

Die Positionierung geschieht damit analog zum ToA Verfahren durch mehrere Messungen und der Lösung eines nichtlinearen Gleichungssystems. Die Genauigkeit des Modells bestimmt hierbei unmittelbar die Genauigkeit der Positionsbestimmung. In [Son94] werden verschiedene Algorithmen zur Erhöhung der Genauigkeit vorgeschlagen. Die 42 Institut für Kommunikation und Navigation. Diese kann je nach Modulationsverfahren von den Daten abhängen.

Zur Messung der Signaldämpfung eigenen sich also insbesondere bekannte Signalteile, d. Um Ortungsverfahren generell zu ermöglichen, müssen sich Empfangssignale eindeutig einer Basisstation zuordnen lassen. Dies kann beispielsweise durch die Verwendung verschiedener Frequenzen oder Spreizcodes mit der Struktur des Signals geschehen oder aber auch durch die Übertragung einer Identifikationsnummer als Bestandteil der Rahmendefinition Rahmenstruktur eines Mobilfunksignals.

Die Grundidee besteht darin, ein Signal zu detektieren und dieses einer Basisstation zuzuordnen. Cell-ID ist in heutigen Mobilfunkstandards enthalten, z. Eine Mobilfunkzelle wird dabei von einer BS versorgt. Die Zellradien variieren dabei von 1 km bis 3 km in städtischen Gebieten bis hin zu 20 km in ländlichen Umgebungen. Viele Mobilfunkzellen sind in drei Gebiete sektorisiert. Durch eine zusätzliche Identifikation des Zellsektors führt damit ebenfalls zur Erhöhung der Genauigkeit.

Ist die Mobilfunkzelle sektorisiert und gelingt zusätzlich die Identifikation des Sektors, so kann die mögliche Position der MS weiter eingeschränkt werden. Die Mobilstation befindet sich somit auf einer Geraden, die durch die Position der BS und der Kenntnis des Einfallswinkels eindeutig bestimmt ist.

Dieses Verfahren wird auch als Triangulation bezeichnet. Der Schnittpunkt repräsentiert die Position der Mobilstation. Die Genauigkeit der Positionsschätzung hängt im Wesentlichen von der Schätzgenauigkeit der Empfangsrichtung ab.

Schätzung der Empfangsrichtung können mehrere Empfangsantennen verwendet werden, die nach dem Beamforming-Prinzip einen richtungsabhängigen Empfang erlauben. Für die Schätzung der Empfangsrichtung können neben richtungsabhängigen Antennen aber auch richtungsabhängige Effekte wie der Doppler-Effekt ausgenutzt werden. Die Dopplerverschiebung des Empfangssignals hängt u. Es ist sehr leicht nachvollziehbar, dass das AoA- Verfahren LOS Ausbreitungsbedingungen voraussetzt, da Mehrwegeausbreitung insbesondere durch Reflexionen die Ausbreitungsrichtung einzelner Pfade signifikant verändert Fingerprinting In den letzten Jahren sind sog.

TDoA eine eindeutige Positionierung zu erzielen. In solchen Szenarien kann jedoch Mehrwegeausbreitung dadurch ausgenutzt werden, dass für jeden Empfangsort ein charakteristisches Parametermuster z. Das Fingerprinting-Verfahren gliedert sich in zwei Phasen: Die Offline-Phase Für das gegebene Gebiet werden passende ortsabhängige Parameter bestimmt, die eine eindeutige Identifikation eines Ortes im betrachteten Gebiet erlauben.

Diese Parameter werden für jeden Ort d. Da die ortsabhängigen Parameter im Allgemeinen sehr stark von der Umgebung abhängen, wirken sich Änderungen in der Umgebung unmittelbar auf die Fingerprints aus. Die Datenbank welche die Fingerprints mit dem jeweiligen Ort verknüpft muss deshalb aktuell gehalten werden. An der BS wird der gemessene Fingerprint mit den in der o.

Datenbank gespeicherten Fingerprints verglichen. Hierbei kommen Mustererkennungsalgorithmen zum Einsatz, welche aus der Datenbank den wahrscheinlichsten Fingerprint und somit auch die wahrscheinlichsten Ort ermitteln. Ein entscheidender Schritt ist die Wahl der Parameter, deren Messwerte die ortscharakteristischen Fingerprints bilden.

Je mehr Parameter verwendet werden und je stärker diese vom Ort abhängen, desto genauer kann der Ort bestimmt werden. Bereits die Verwendung der Empfangsleistung als Fingerprint liefert eine relativ hohe Genauigkeit [Kamol04] [Laitinen01]. In [Triki06] wird das Verzögerungs-Leistungsdichte-Profil verwendet. Da Fingerprinting nicht auf eine zellulare BS Struktur angewiesen ist, lässt sich dieses Verfahren auch in isolierten Zellen z.

Probleme treten dabei in sich schnell verändernden Umgebungen auf, da die Aktualität der Fingerprint-Datenbank als wesentliches Element des Verfahrens von entscheidender Bedeutung für die erzielbare Genauigkeit ist Cooperative Positioning Cooperative positioning, auch bekannt als Distributed Positioning, bezeichnet Verfahren, die die Position von Knotenpunkten in einem ad-hoc Netzwerk durch Unterstützung Kooperation von Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt Diese Knoten senden ein Signal aus, das ihre Position enthält.

Ein variabler Knoten in diesem Netzwerk bestimmt nun anhand einer Empfangsmetrik, zu welchen der fixen Ankerknoten eine Verbindung besteht, d. Der arithmetische Mittelwert der Positionen dieser empfangbaren Ankerknoten ist die geschätzte Position Ortung in existierenden Mobilfunkstandards Auch in bereits operationellen Mobilfunksystemen sind bereits Verfahren zur Ortsbestimmung der MS vorgesehen.

Das Verfahren wurde bereits in Abschnitt vorgestellt. Prinzipiell basiert dieses Verfahren auf TDoA, d. Ein bekanntes Signal wird von der MS gesendet. Dieses Problem wird dadurch gelöst, dass benachbarte Basisstationen abwechselnd in einen Idle-Mode wechseln.

Während der Idle-Zeit der nahen Basisstation können somit auch die entfernten Basisstationen empfangen werden. Bei dem damit im Allgemeinen verbundene Verfahren handelt es sich um die Übertragung einer eindeutigen Identifikationsnummer über eine Luftschnittstelle. Dieses sendet ein elektromagnetisches Signal aus, welches vom Transponder aufgenommen wird. Dieser antwortet dann unmittelbar auf derselben Frequenz mit seiner im geschlossenen System eindeutigen Nummer Identifikation , welche vom Lesegerät wieder empfangen werden muss.

Man unterscheidet passive, semi-aktive und aktive Tags. Letztere nutzen Batterien für die Datenübertragung und weitere internen Funktionen, bei den semi-aktiven wird nur die interne Signalverarbeitung von Batterien unterstützt. Wie jedes funkbasierte Verfahren unterliegt auch dieses einer abstandsabhängigen Abschwächung der Signale. Diese ist ohne spezielle Antennen meist kreisförmig und nimmt quadratisch mit der Entfernung ab.

Ebenfalls durch Objekte und menschliche Körper können die Funkwellen weiter abgeschwächt werden, was die Reichweite zusätzlich reduziert. Zusätzlich sind die maximal zulässigen Sendeleistungen noch regulatorisch festgelegt.

Unterschreitet am Transponder die Signalstärke einen bestimmten Pegel, so reicht entweder die gesendete Energie nicht mehr zum Rücksenden aus oder die gesendeten Befehle können gar nicht erst fehlerfrei ausgewertet werden.

Dadurch schlägt die Kommunikation fehl und der Transponder ist in diesem Falle nicht sichtbar für das Lesegerät. Empfangspegel oder Luftdruckwerte sind möglich. Sie sind häufig im Scheckkartenformat vorhanden, haben aber nur eine geringe Reichweite von bis zu 10 cm. Durch die hohe Verbreitung dieser Systeme sind die Kosten für einzelne Tags quasi vernachlässigbar gegenüber den restlichen Systemkomponenten.

Die Distanzen, die man gerade noch mit passiven Tags überbrücken kann, liegen bei m. Dazu müssen aber auf der Senderseite beispielsweise im Frequenzbereich von MHz bereits unhandliche Richtantennen verwendet werden. Im Allgemeinen steigt mit der Reichweite auch der Preis für die Transponder erheblich, da hierzu aufwändigere Elektronik anderer Frequenzbereich , Gehäuse und Stromversorgung Batterien notwendig werden. Entfernungen von mehr als 20 m sind bei aktiven Tags im MHz-Bereich z.

Als Ersatz für Barcode-Lesegeräte ist hier der Vorteil einer lageunabhängigen und schnelleren Erfassung der Produkte hervorzuheben. Somit kann festgestellt werden, wann welche Palette z. Die Transponder können dabei in Form von Aufklebern direkt auf die Umverpackungen aufgeklebt werden. Systeme mit aktiven Transpondern werden bei VW eingesetzt, um die geparkten Neuwagen schneller zur Auslieferung bereitstellen zu können. Die batteriebetriebenen Transponder werden hinter den Innenspiegel gehängt und haben eine Lebensdauer von mehreren Jahren.

Der starke Antennengewinn und die aktiven Transponder sind notwendig, um selbst bei beschichteten Frontscheiben eine Reichweite von über 20 m zu erreichen. Zusätzlich befinden sich in den Tags auch wiederbeschreibbare Speicher, um die abgearbeiteten Schritte bei der Auslieferung in der Autostadt Wolfsburg zu erfassen. Dieses System ist entsprechend teuer, liefert aber z. Vielmehr soll beispielhaft gezeigt werde, welche technologischen Einschränkungen generell zu beachten sind und welcher Aufwand notwendig ist, um eine gewünschte Genauigkeit in der Positionierung zu erreichen Lokalisierung mit RFID Grundsätzlich wurde die RFID-Technologie nicht zum Orten bzw.

Lokalisieren entworfen, sondern die Tags dienen rein einer berührungslosen, robusten Identifikation von Objekten. Der hohe Kostendruck für die elektronischen Labels in der Logistik wenige Cent erfordert eine sehr einfache Elektronik, die nicht auf Parameter wie Feldstärkemessung oder Laufzeitmessungen ausgelegt ist. Gerade diese Parameter sind aber für eine präzise Lokalisierung notwendig, wenn die Entfernung von Objekten zum Lesegerät bestimmt werden muss und sie innerhalb eines Raumes unterschieden werden sollen.

Mit steigendem Hardware- und Kostenaufwand sowohl auf Senderseite als auch am Transponder lassen sich jedoch diese fehlenden Funktionen schrittweise implementieren und für eine Lokalisierung nutzen.

Eine Lokalisierung muss immer in Abhängigkeit von der möglichen Transponderreichweite betrachtet werden. Hier handelt es sich aber nicht mehr um eine direkte RFID-Lokalisierung, sondern dem Zusammenspiel mehrerer Komponenten in einem Gesamtsystem eine Kombination unterschiedlicher Sensoren zu einer Gesamtpositionsangabe.

Bei der eigentlichen Lokalisierung des Tags im oben genannten Fall spricht man von inhärenter Lokalisierung durch die Nähe zwischen Lesegerät und Tag in Zusammenhang mit der maximal möglichen Reichweite. Hier könnten aber andere Systeme wie z. Dreht man nun das System um d. Dadurch, dass das Lesegerät nur einen oder wenige Tags in seiner Umgebung sieht, ist die inhärente Lokalisierung des Gerätes gegeben. Die Tags sind im Asphalt eingelassen und ermöglichen es den automatischen Transportfahrzeugen, selbständig ihre Position zu ermitteln, diese an die Zentrale zu übertragen und sich damit autonom auf vorgegebenen Pfaden auf dem Gelände zu bewegen und Transportaufträge zwischen Schiff und Lager auszuführen.

An definierten Durch- oder Übergängen sind gerichtete Antennen angebracht, die sämtliche markierte Objekte erfassen, welche durch die Tore bewegt werden [Metro]. Mit Durchgangsbreiten von ca. Technisch hat man es also immer noch mit inhärenter Lokalisierung beim Passieren vorbestimmter Bereiche zu tun.

Damit ist zu einem bestimmten Zeitpunkt eine Position auf ca. Eine weitere Verfolgung der Objekte ist innerhalb der geschlossenen Logistikkette aber nicht möglich und auch nicht notwendig. Hier wird nur eine Art Routenkontrolle durchgeführt, ob eine Palette letztendlich beim Empfänger ankommt und wo sie zuletzt registriert war.

Mit sehr empfindlichen Empfängern wäre dann auch eine Detektion des zurückgesendeten Signals möglich. Bedingt durch die Richtantenne kann aber immerhin eine Eingrenzung des Raumsektors erreicht werden, in dem sich der Transponder befindet. Hier sind Entfernungen von 5 m bis über 50 m möglich je nach verwendeten Antennen und Transpondertechnologie. IdentecSolutions bietet hier entsprechende Hardware an [IdSol], bei denen die Transponderkosten jedoch schon deutlich im zweistelligen Euro Bereich liegen.

Da die aktiven Tags immer mit derselben Leistung ihr Signal ausstrahlen, lässt die Analyse der Empfangsfeldstärke einen gewissen Rückschluss auf den Abstand zwischen Empfänger und Transponder zu. Mit speziellen Algorithmen und einer Anordnung, bei der die Tags ca. Vorhandene Systeme erreichen bis zu 10 m Leseabstand, aber Informationen zu möglichen Positionierungsverfahren sind nicht bekannt. Im letzten betrachteten Frequenzbereich bei 5,8 GHz gibt es noch nicht sehr viele technische Plattformen mit hohen Stückzahlen.

Einige Systeme zur Mauterfassung sind bekannt. Diese dienen aber wiederum nicht der Lokalisierung, sondern nur der Erfassung der Fahrzeuge auf allen Spuren der Strasse.

Bei diesen hohen Frequenzen und der speziell entwickelten Hardware ist es überhaupt erst möglich, Laufzeitmessungen zu mehreren Transpondern durchführen zu können und damit am Empfänger Triangulationsberechnungen zur Positionsbestimmung durchführen zu können. Ein Nachteil ist, dass die mobile Basisstation, die ihre Position durch Aussenden der Signale an die Transponder selbst bestimmt, etwa 5 kg wiegt und idealerweise eine V-Stromversorgung benötigt. Insgesamt fällt auf, dass für dedizierte Lokalisierungssysteme auf RFID-Basis meistens Transponder an bekannten Positionen verbaut werden, und das Lesegerät aus diesen Bakeninformationen seine eigene Position berechnen kann.

Die umgekehrte Methode ein Transponder wird von mehreren fest installierten Lesegeräten getriggert und diese Informationen im Netzwerk weiterverarbeitet ist in der 50 Institut für Kommunikation und Navigation.

Dabei spielt die sogenannte Middleware als verarbeitende Komponente nach den Sensoren eine entscheidende Rolle neben dem zusätzlichen Technikaufwand durch z. Ein optimiertes Zusammenspiel mehrerer zusätzlicher Sensoren kann die Mängel der nicht vorhandenen Laufzeitmessung zwischen Lesegerät und Transponder ausgleichen, um trotzdem eine Ortung zu ermöglichen.

Die erreichbaren Genauigkeiten liegen je nach Gesamtsystem bei bis zu wenigen Zentimetern, im Allgemeinen aber im Bereich um mehrere Meter. Sind dazu die anfängliche Lage, die anfängliche Geschwindigkeit und die anfängliche Position bekannt, kann aus den Messungen mittels geeigneter Integrationsverfahren der zeitliche Verlauf der Position, der Geschwindigkeit und der Lage berechnet werden.

Um die Messwerte aufnehmen zu können muss eine Plattform mit entsprechenden Drehraten- und Beschleunigungssensoren am oder im Objekt, z. Trägheitsnavigationssysteme- und Plattformen haben seit den 60er Jahren vor allem getrieben durch die Entwicklung im militärischen Bereich mehr und mehr den Weg in eine Vielzahl von Anwendungen gefunden und sind heute in Fahrzeugen, Schiffen, Flugzeugen und Flugkörpern zu finden Plattform- und Sensor-Technologie Eine konventionelle Trägheitsplattform besteht aus drei Beschleunigungssensoren und drei Drehratensensoren, deren sensitive Achsen jeweils zueinander orthogonal angeordnet sind, um sowohl den dreidimensionalen Beschleunigungsvektor und den dreidimensionalen Drehratenvektor erfassen zu können.

Zu Beginn der technologischen Entwicklung von Sensor- und Plattformtechnologie waren die Plattformen in Kardanrahmen gelagert, welche die Plattform ausgerichtet zum verwendeten Navigationskoordinatensystem hielten. Der Fortschritt bei der Digitalrechentechnik bei der Technologie der Drehratensensoren dazu geführt, dass heutzutage die Plattformen in den meisten Anwendungen fest montiert werden und das Ausrichten der Plattform virtuell im Digitalrechner erfolgt.

Thomas Engelhardt Institut für Regelungstechnik Lugert, Head of Ground Facilities. Galileo Wo stehen wir? Galileo Mehrwert für Verkehr und Mobilität? Gmunden, 1 Oktober Dr. Rene Kleessen Sat Nav-Forum: Das Europäische Satellitennavigationssystem Galileo Galileo das ist nicht nur ein bedeutender Mathematiker und.

Schlüter Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e. Anforderungen an die Bodenempfangsstation und das Datenmanagement H. Software für Satellitensysteme B. Juni Matthias Becker. November Inhalt 1. Wofür wurde GPS entwickelt? Wolfgang Lechner, wlechner telematica. Galileo ist das in der Entwicklung befindliche Satellitennavigationssystem der Europäischen. Wie in jedem modernen Satellitennavigationssystem. Anwendungspotenzial Galileo im Verkehr Dr.

Galileo Systemaufbau und Mehrwert Dr. Juni im Staatsarchiv Darmstadt. Hochschule für Technik Rapperswil 6. November und Physikalische. Galileo Wofür braucht es die vielen Satelliten?

Tatsächlich sind es aber nur sechs - und davon. Mai Sentinel-1 Mission Mission: Galileo in der Fahrzeugnavigation Dr. Feldpositionen genauer und sicherer ansteuern Wie genau ist genau genug? Mit der Gründung von Airbus Safran. Roadmap für die Endgerätesensorik für Galileo Pictures: November in Konstanz Dr. Global Navigation Satellite Systems Gliederung 1.

Bedeutung der Satellitennavigation für die künftige Nutzung des Radars Dr. Martin Sandler in innovative navigation GmbH Leibnizstr. Satellitennavigation Effizienzsteigerung bei gleicher Sicherheit im Schienenverkehr Dr. Januar , Murten U. Satellitenkonstellation, Karte mit Wegpunkten, Reisestatistik, Höhenprofil Die Inklination beträgt etwa 50, dadurch werden die Polargebiete. Die deutsche Galileo Test- und Entwicklungsumgebung Dr. Weltraumtechnologien für die Zivilluftfahrt oder: Luftfahrttechnologien für die Raumfahrt?

Rudolf Dieterle, Direktor Bundesamt für Strassen www.

Bei dem dritten Verfahren wird die Positionsbestimmung aus Codemessungen noch durch die Verwendung der Trägerphaseninformationen ohne Mehrdeutigkeitslösung geglättet. Überfährt ein Rad das Schienenstück über den beiden Schwingkreisen, kann ein momentaner Spannungsabfall registriert werden.

Closed On:

Auch ungewollte Störungen durch am Flughafen betriebene elektrische Geräte sind zwar denkbar, könnten aber durch ihre stetige Präsenz auf dem Gelände per Funkpeilung gefunden werden. Dies stellt besondere Anforderungen an zu verwendende Bewegungsmodelle bzw.

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