Ist Collaborative Positioning eine geeignete Lösung bei GNSS Beeinträchtigungen?

Transkript

1 Symposium St. Ulrich bei Steyr Ist Collaborative Positioning eine geeignete Lösung bei GNSS Beeinträchtigungen? Guenther Retscher Department Geodäsie und Geoinformation, FG Ingenieurgeodäsie Technische Universität Wien

2 1-2 Gliederung - Einleitung und Motivation - Collaborative Navigation Konzept und Sensoren - Collaborative Navigation mit Fahrzeugen und Personal Navigators Ergebnisse von Tests in Nottingham, England - Zusammenfassung und Ausblick

3 1-3 Einleitung und Motivation - Kontinuierliche Positionierung und Navigation basiert heutzutage auf GNSS - Space-based Augmentation Systems (SBAS): EGNOS - Ground-based Augmentation Systems (GBAS) - DGPS und RTK-GPS in Referenzstationsnetzen: z.b. APOS oder EPOSA - Autonavigation: Kollisionsvermeidungssysteme Nav-2-Nav Quelle:

4 1-4 Genauigkeitsanforderungen Quelle: NRC, National Academies, 2010

5 1-5 GNSS Navigation Gap Quelle: Prof. John Raquet, AFIT, USA

6 1-6 Was versteht man unter Collaborative Navigation? - Integrierte Positionslösung einer Gruppe von mobilen Nutzern oder Sensorplattformen - Einsatz unterschiedlicher Sensoren mit unterschiedlichen Positionierungsgenauigkeiten auf den Plattformen - Basiert auf dem Prinzip der Multisensor-Navigation - Optimale Bestimmung der Positionen durch Kombination aller Messdaten und Sensorfusion

7 1-7 Anwendungen von Collaborative Navigation - Zahlreiche militärische und zivile Anwendungen - Abgesetzte Soldaten - Einsatzkräfte - UAV Schwärme - Gruppe von Robotern - - Sensor Augmentation - GNSS, - Beschleunigungsmesser, - Magnetometer, - Kreisel, - Odometer, - Barometer, - Bildgebende Sensoren, -

8 1-8 Konzept für Rettungseinsätze 3 Ebenen: Sensorplattformen auf Erdoberfläche GNSS Satelliten Helikopter, UAV s, etc.

9 1-9

10 1-10 Inter-nodal Range Measurements

11 1-11 Sensor Fusion mit Kalman Filter Decentralized Extended Kalman Filter

12 1-12 TU Fußgängernavigationssystem NAVIO

13 1-13 NAVIO Messungen in Schönbrunn

14 1-14 GPS Test im Stadtgebiet in Wien 3 Runden mit Garmin etrex GPS Empfänger SOLL Trasse Runde 1 Runde 2 Runde 3 50 m

15 1-15 Trajektorie des NAVIO Multisensorsystems Abweichungen von Solltrajektorie: 1-3 m test area 2 reference trajectory calculated trajectory 50 m

16 1-16 FIG WORKING GROUP 5.5 / IAG WORKING GROUP FIELD TESTS AT THE UNIVERSITY OF NOTTINGHAM 14th - 18th MAY 2012 Collaborative Navigation with Ground Vehicles and Personal Navigators Internationale Kooperation: University of Melbourne, Australia Vienna University of Technology, Austria Ohio State University, USA University of New South Wales, Australia University of Nottingham, UK and China National Technical University of Athens, Greece

17 Kinematische Plattformen bei Experimenten in Nottingham Personal Navigator der University of Nottingham Personal Navigator der Ohio State University Roof Top Train 2 Mobile Mapping Vans

18 1-18 Personal Navigator Ohio State Univ.

19 1-19 INS Test mit Zug Latitude ( ) GPS-SPP MMQG/GPS SPAN/GPS Longitude ( ) Vergleich der Trajektorien: GPS Single Point Positioning, Inertialsysteme: low-cost MMQG/GPS und SPAN/GPS Lösung

20 1-20 INS Ergebnis für Neigungswinkel Pitch Degrees ( ) MMQG 2 SPAN Time x 10 5 Vergleich der Neigungswinkel (Pitch) des Zugs zwischen low-cost MMQG/GPS and SPAN/GPS Lösung

21 1-21 INS Ergebnis für Orientierung Heading Degrees ( ) MMQG SPAN Time x 10 5 Vergleich der Orientierungswinkel (Heading) des Zugs zwischen low-cost MMQG/GPS and SPAN/GPS Lösung

22 1-22 Test mit 2 Fahrzeugen Sensoren beider Fahrzeuge: Geodätischer GPS Empfänger 2 Inertialsysteme DSRC (Dedicated Short Range Communication) Empfänger Doppeldifferenzlösung Test Trajektorie

23 1-23 Abhängigkeit von Satellitenanzahl Positionsfehler bei voller Satellitenverfügbarkeit

24 1-24 Abhängigkeit von Satellitenanzahl Positionsfehler bei 3 Satelliten and 300 s GPS Ausfall

25 1-25 Abhängigkeit von Satellitenanzahl Positionsfehler bei 2 Satelliten and 300 s GPS Ausfall

26 1-26 Navigation mit Smartphones Ergebnis der Koppelnavigation mit Bewegungssensoren 300 m lange Runde um Häuserblock Straßenseite kann angegeben werden Unterschied Schrittzähler zur manuellen Zählung: ± 15 Schritte

27 1-27 Navigation mit Smartphones Indoor Positionierungs-App Integration WLAN und Bewegungssensoren WLAN Fingerprinting

28 1-28 IAG Sub-Commission SC 4.1 Alternatives and Backups to GNSS Main Objectives: To follow the technical advances in navigation sensors and algorithms; To investigate positioning sensors and techniques integrated in modern smartphones and other mobile devices; To study and report on the performance of stand alone and integrated navigation systems. Contact: Guenther Retscher:

29 1-29 Zusammenfassung und Ausblick Mit Collaborative Positioning können GNSS Ausfälle erfolgreich überbrückt werden Höhere Genauigkeit, Verfügbarkeit und Zuverlässigkeit der Positionslösung Genauigkeitssteigerung beträgt bis zu 50 % gegenüber herkömmlicher Positionierung bei einem GPS Ausfall von 300 s in Abhängigkeit von der Satellitenanzahl Enge Koppelung mit Kalman Filter erforderlich Zeitsynchronisation zwischen den Sensoren und Nodes entscheidend Weiteren Tests an der Ohio State University sind in Planung

30 1-30 GDOP: INS Ergebnisse mit Zug DOP / No. of Satellites GDOP No. Sats > 15 Anzahl der Satelliten und GDOP Time x 10 5 Positionierungsfehler