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Stand der Wissenschaft und Technik
Die Entwicklung differentieller Positionierungsverfahren wurde durch die zivile Nutzergemeinschaft von GPS zu Beginn der 90-er Jahre forciert, um Genauigkeitsverluste bei der einfrequenzbasierten GPS-Positionsbestimmung geeignet zu reduzieren. Dafür werden an bekannten Messstandorten Fehler mit hoher räumlicher Korrelation wie- ionosphärische und troposphärische Laufzeitfehler
- Orbitungenauigkeiten
- Künstliche Verschlechterung der Orbit- und Systemzeitinformationen durch den Systembetreiber
bestimmt und als Korrekturgrößen an die Nutzer im Umfeld der Referenzstation weitergeleitet. Zeitgleich wurden IALA DGNSS Netzwerke für den maritimen Anwendungsbereich aufgebaut, um die von der Internationalen Maritimen Organisation (IMO) geforderten Genauigkeiten von unter 10 m im Küstenbereich für eine GPS-basierte Positionsbestimmung zuverlässig gewährleisten zu können.
Mittlerweile sind die von der IMO gestellten Leistungsanforderungen an eine GNSS-basierte Ortung gestiegen. Um Genauigkeiten im dm-Bereich bei gleichzeitiger Integritätsüberwachung in Hafenbereichen zu erreichen, sind weiterhin Ergänzungssysteme, wenn auch mit modernisierten Verfahren, notwendig. Laut ersten Untersuchungen der IALA (International Association of Marine Aids to Navigation and Lighthouse Authorities) sind dafür Ergänzungssysteme geeignet, die Pseudolites einsetzen oder phasenbasierte Differentialverfahren verwenden. Das war ein Grund dafür, die Projekte SEA GATE (Pseudolites) und ALEGRO (phasenbasiertes DGNSS/DGALIELO) im Rahmen des Forschungshafens zu initiieren.
Herausforderung
Ortung und Navigation in der Schifffahrt wie auch in anderen Verkehrsbereichen ist als eine sicherheitskritische Anwendung satellitengestützter Navigationssysteme eingestuft. Deshalb ist es erforderlich, dass eine zuverlässige Eigenabschätzung der momentan erreichbaren Positionsgenauigkeit unter Beachtung aller technischen als auch umgebungsbedingten Einflüsse erfolgt. Diese Integritätsfunktionalität, die auf Satellitensysteme bezogen erstmals mit GALILEO konsequent umgesetzt wird, ist folglich auch für lokale Ergänzungssysteme konsequent zu entwickeln und umzusetzen.
Um die Sicherheitsanforderungen zu erfüllen, muss dem Nutzer von GNSS/GBAS-basierten Ortungsverfahren innerhalb weniger Sekunden mitgeteilt werden, wenn Systemfehler als auch Signalstörungen auftreten, die Genauigkeitsverluste über den erlaubten Positionsfehler zur Folge haben. Die damit bestehende Herausforderung ist die Entwicklung von integrierten Systemlösungen, die eine hochpräzise Ortung gepaart mit einer Integritätsüberwachung unter allen Bedingungen ermöglichen. Wenn diese technologisch umfassend abgesichert werden können, sind erste Schritte in Richtung automatisierter Anlegemanöver erreicht.
Ziele
Wesentliches Ziel des Projekts war der HW- und SW-technische Aufbau eines phasenbasierten GBAS-Experimentalsystems (Ground Based Augmentation System) im Hafen Rostock. Die Realisierung des Experimentalsystems erfolgte auf der Grundlage der EVnet-Technologie, einer universell einsetzbaren Plattform zur Datengewinnung, Prozessierung und Datenproduktverteilung. Ein wesentliches Element im GBAS-Prozessierungssystem ist die „GNSS Performance Assessment Facility“, die aus den eingehenden Datenströmen eines Empfängers signalspezifische Qualitätskenngrößen ableitet und damit eine erste Integritätsüberwachung des genutzten GNSS in Echtzeit darstellt. Die Bereitstellung der referenzstationsseitigen Messwerte an die Nutzer wird anhand ihrer Verwendbarkeit für DGNSS entschieden, die aus der Relation in Echtzeit gemessener und stationsspezifischer Referenzwerte als auch aus der Positionsbestimmung mit dem DIA-Verfahren (Detection, Identification, Adaption) am bekannten Ort abgeleitet werden. Zur Erprobung und Validierung des GBAS im Hafen Rostock wurde weiterführend eine mobile Nutzerplattform entwickelt und eingesetzt. Das GBAS-Bodensystem als auch die mobile Nutzerplattform sind bereits auf die Verarbeitung von GALILEO-Signalen vorbereitet.
Mit dem Folgeprojekt ASMS (Advanced Sailing Management System), dass im Unterauftrag des Schiffahrtsinstituts Warnemünde durchgeführt wird, ist der Ausbau des GBAS durch Aufbau einer unabhängigen Integritätsmonitoringstation vorgesehen.
Projektdetails
Web: www.forschungshafen.de
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Abb. 1 Prozessierungssystem der GBAS-Referenzstation im Hafen Rostock
Abb. 2 Überwachung des Phasenrauschens empfangener GNSS-Signale in Echtzeit
Abb. 3 Verteilung des horizontalen Positionsfehlers bei Nutzung des GBAS zur Positionsbestimmung
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Informations- und Kommunikationstechnologien (IuK) 
für Projekte
dlr.de
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