ALEGRO. Aufbau eines lokalen maritimen Ergänzungssystems zur Unterstützung hochpräziser Galileo-Anwendungen und Dienste im Forschungshafen Rostock

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1 ALEGRO Aufbau eines lokalen maritimen Ergänzungssystems zur Unterstützung hochpräziser Galileo-Anwendungen und Dienste im Forschungshafen Rostock E. Engler, Ch. Gassel, T. Noack, S. Schlüter DLR IKN Page 1

2 Hintergrund Galileo (GPS III) = Innovation von GNSS Verbesserte Konstellation, erhöhte Signalverfügbarkeit Mehrfrequenzempfang (E5a, E5b, E6-A/B/C), L1-A/B/C) Dedizierte Services für Nutzergruppen (OS, SoL, CS, PRS) Eigene Systemüberwachung (Integrity) GIOVE-A (Source: ESA) Lokale Ergänzung ist ein Teil des Galileo- Konzeptes insbesondere für sicherheitskritische und hochpräzise Anwendungen Scandline Fähre MV ( Ausbreitungseffekte, Interferenzen und Störer sind Ursachen, die die Leistungsfähigkeit von Galileo und lokalen Ergänzungen reduzieren können DLR IKN - Page 2

3 GPS Signalverfügbarkeit GSP 5 Situationsanalyse Hafen Rostock GPS Mai 2006 Elevation Mehrwegefehler Mean (HDOP) = 0.92 HDOP 95% = 1.20 Mean (HDOP) = 1.50 HDOP 95% = 1.90 DLR IKN - Page 3

4 GPS 15 Mehrwert durch Galileo Situationsanalyse Hafen Rostock 1. Mai 2006 GPS + Galileo 15 Galileo Konstellation GPS+Galileo Satellitenverfügbarkeit BOC/AltBOC Signalstrukturen Mehrwegeeinfluss Mean (HDOP) = 1.50 HDOP 95% = 1.90 Mean (HDOP) = 0.81 HDOP 95% = 1.00 DLR IKN - Page 4

5 Projektverbund FH Rostock Zielstellung(en) ALEGRO Galileo Schlüssel- Technologien Galileo/GNSS Empfänger GNSS EGNOS Entwicklung und Leistungsnachweis differentieller Galileo-Verfahren für maritime Anwendungen (SoL & Hochpräzision) Lokale Elemente Pseudolites Maritime User Terminals WARTK Rohdaten (X,Y,Z) Integrity NAV User Terminal Diff. Korrekturen Zusatzsignale Sensoren Verkehrssassistenz Regularien Prozessassistenz Experimentalinfrastruktur Referenzstation Prozessierungszentrum Mobiler Nutzer Algorithmen- und Verfahrensentwicklung differentielle Verfahren Zuverlässigkeitsinform. Validierung Quelle: EU MARUSE/ESA Beherrschen der Schlüsseltechnologien! Experimentalbetrieb Verifikation Demonstration DLR IKN - Page 5

6 Differentielle Verfahren Lokale Ergänzungssysteme wurden bisher für GPS-Einfrequenzmessungen entwickelt. Initialmotivation Kompensation der künstlichen Verschlechterung Erfassung und Reduzierung ausbreitungsbedingter Fehlereinflüsse Folgemotivation Erhöhung Genauigkeit und Integrität GNSS-basierter Ortung Gewährleistung von Ortung und Navigation unter kritischen Bedingungen Methodik bestimmt durch Nutzeranforderungen und -Bedingungen EGNOS, WAAS: Bereitstellung regionaler Korrekturen (gridpunktbasiert) NDGPS, SAPOS, IALA Beacon: Regionale Bereitstellung von Vergleichsmessungen und/oder differentiellen Korrekturen (stationsoder netzwerkbezogen) LAAS: Differentielle Korrekturen basieren auf kleinräumigen Netzwerk von Referenzstationen um den Flughafen (Hafen) JPALS: LAAS für Flugzeugträger NDGPS: Nationwide DGPS LAAS: Local Area Augmentation System JPALS: Joint Precision Approach and Landing System DLR IKN - Page 6

7 FuE-Schwerpunkte: Differentielles GNSS und Galileo GNSS/EGNOS im maritimen Umfeld GNSS-Signalqualität und -Verfügbarkeit Eignung und Ergänzung von EGNOS für maritime Anwendungen Real-Time-Datenprodukte für sicherheitskritische Navigation Maritime Nutzeranforderungen (SoL & Hochpräzision) Fotos FuE: Algorithmen- und Verfahrensentwicklung für differentielles Galileo Zuverlässige multicarrier-basierte Korrekturwertbestimmung Verfahren zur Ableitung und Verteilung von Qualitätsparametern in Echtzeit Trägerdifferentielle Verfahren unter Nutzung verschiedener Signal- und Datenkombinationen DLR IKN - Page 7

8 SoL - Integrity Concept Nutzeranforderung bestimmt HAL: Horizontal Alarm Limit VAL: Vertical Alarm Limit y wahre Position gemessene Position HE x Gemessene Position bestimmt durch Messfehler HE: Horizontal Error VE: vertical Error HE HAL Der Der Protection Protection Level Level (PL) (PL) beschreibt beschreibt die die momentane momentane Messunsicherheit Messunsicherheit der der Position Position unter unter Vorgabe Vorgabe eines eines Integritätsrisiko: Integritätsrisiko: HPL: HPL: Horizontal Horizontal PL PL VPL: VPL: Vertical Vertical PL PL DLR IKN - Page 8

9 Betriebsszenarien Protection Level (PL) Alert Limit (AL) Nominal Operation PE<PL<AL SYSTEM Unavailable PE<AL<PL Misleading Operation PL<PE<AL Alert Limit (AL) SYSTEM Unavailable AL<PE<PL Hazardously Misleading Operation PL<AL<PE SYSTEM Unavailable AL<PL<PE Positioning Error (PE) DLR IKN - Page 9

10 Randbedingungen: nur Rangemessungen auf L1 RAIM Nutzung gemessener Varianzen und Covarianzen (TC1) Integritätsrisiko 10-7 HPL in Oberpfaffenhofen HPL in Rostock? vs. IMO Anforderungen ( Hafen < 1m, HAL < 2.5 m, Integrity 10-5 / 3h ) vs. spezifische Nutzeranforderungen ( tbd ) DLR IKN - Page 10

11 DGPS mit einer Referenzstation? Distanz DGPS Genauigkeit vs. Dekorrelation Gemeinsame Satellitenlinks Messkampagne Universität Nottingham und Portugiesisches Hydrographisches Amt DLR IKN - Page 11

12 Infrastruktur für Validierung & Demonstration Aufbau einer Minimalinfrastruktur im FH Rostock Die Minimalinfrastruktur besteht aus dem Prozessierungsund Kontrollzentrum, einer Referenzstation und einer mobilen Nutzerplattform, die auf unterschiedlichen Messfahrzeugen (Land, Wasser) betrieben werden kann. Ausgangspunkt ist die EVNet- Technologie des DLR 50 Hz Datengewinnung, Prozessierung und Verteilung HW/SW-Erweiterungen der EVNet- Technologie entsprechend ALEGRO- Anforderungen (Unterauftrag Jena- Optronik GmbH) Bestimmung des optimalen Standorts der Referenzstation Implementierung von Algorithmen und Verfahren entsprechend dem Entwicklungstand Validierungs- und Demonstrationsbetrieb DLR IKN - Page 12

13 WP 10 Management Arbeitspaketstruktur & Zeitplan WP 20 Systemdefinition WP 30 Algorithmen & Verfahren WP 40 Infrastruktur WP 50 Erprobung & Demonstration Management Systemdefinition Algorithmen & Verfahren Infrastruktur Erprobung & Demonstration Meilensteine (für KO 10/2006) 03/2007: Aufbau der kleinen Infrastruktur 09/2007: EGNOS-Fehlermodelle 12/2007: Basisversion DGNSS 06/2008: Abschluss Verifikation 12/2008: Abschluss Experimentalbetrieb DLR IKN - Page 13