Maximale GNSS-Abdeckung mit ADMA-G: Performance-Steigerung mit Multi GNSS

Bei Messfahrten auf öffentlichen Straßen gibt es immer wieder Umgebungen mit schlechter oder nicht ausreichender GNSS-Signalstärke beispielsweise in Häuserschluchten oder Baumalleen. Für eine valide und sehr genaue Positionslösung ist mit Multi GNSS – allen vier Satellitensystemen (GPS, Glonass, Galileo, Beidou) – eine erhebliche Performance-Steigerung von Inertial- und Navigationssystemen möglich. Die inertiale Messeinheit ADMA-G von Genesys generiert aus Sensordaten und GNSS-Signal eine hochgenaue Positionslösung. Dabei bietet Multi GNSS einen wesentlichen Vorteil in Umgebungen mit herausfordernden Gegebenheiten, zum Beispiel im urbanen Raum.

Zuverlässige Fahrerassistenzsysteme und automatisiertes Fahren im urbanen Raum spielen in der Automobilindustrie eine zunehmend größere Rolle. Genau hier liegen auch beim Testen der Fahrerassistenzsysteme die größten Herausforderungen für GNSS-Receiver.

Signalabschattungen

GNSS steht für Global Navigation Satellite System und beinhaltet die Satellitensysteme GPS, Glonass, Galileo und Beidou. Für eine valide und sehr genaue Positionslösung benötigt der GNSS-Receiver mindestens 6 verschiedene Satellitensignale. Moderne GNSS-Receiver sind in der Lage alle Satellitensysteme gleichzeitig zu nutzen und in jeder Lage die Schnittmenge der besten Satellitensignale zu bilden. Das macht es möglich in Situationen zu navigieren, wo ein Satellitensystem allein nicht ausreichen würde wie zum Beispiel in Häuserschluchten, Baumalleen, engen Gassen oder unter Brücken. Besonders kritisch wird es dabei, wenn der GNSS-Receiver reflektierte Satellitensignale erhält: der sogenannte Multipath-Effekt. Hierbei kann es passieren, dass der Receiver Fehlinformationen in die Positionslösung miteinrechnet und dadurch die Genauigkeit abnimmt. Je mehr Satelliten der GNSS-Receiver zur Lösungsbestimmung verwenden kann, desto größer die Wahrscheinlichkeit diese Multipath-Effekte zu kompensieren oder zu eliminieren.

Interurban Messungen

Um die Theorie in die Praxis zu übertragen, wurde ein Fahrzeug mit zwei Inertialsystemen (ADMA-G) ausgerüstet und in einer realen Umgebung Messdaten generiert. Der urbane Raum spielt in der Automobilindustrie zunehmend eine größere Rolle, hier liegen auch die größten Herausforderungen für GNSS-Receiver.

Die Automobilhersteller und -zulieferer arbeiten mit KPI’s (Key Performance Indicator). Damit Messdaten zur Validierung von Untersuchungen verwendet werden können, müssen gewisse KPI’s eingehalten werden. Zum Beispiel könnte eine Standardabweichung für Positionsdaten von 10 cm als ein KPI für Ground Truth Daten definiert werden. Das würde für dieses Messszenario bedeuten, dass mit einer Freischaltung von GPS und Glonass Satellitensystemen 66,93 % der Messdaten zur Validierung verwendet werden könnten, mit einer Freischaltung von GPS-, Glonass-, Galileo- und Beidou-Satellitensystemen dagegen sogar 87,34 %. Der Anwender müsste also 20,4 % weniger Strecke fahren, um gültige Messdaten zu erhalten.

Die Standardabweichung ist deshalb besser, weil das System mit Multi GNSS zu einem wesentlich größeren Anteil im RTK2-Modus misst, da die Menge an genutzten Satelliten im Durchschnitt wesentlich größer ist. 

Insgesamt wird deutlich, dass durch ein Upgrade auf Multi GNSS mit allen vier Satellitensystemen eine erhebliche Performancesteigerung erreicht werden kann, insbesondere in Umgebungen mit herausfordernden Gegebenheiten für den GNSS-Receiver. Speziell wenn KPI’s erfüllt und Messdaten validiert werden müssen, kann durch dieses Upgrade viel Zeit gespart werden, da weniger Strecke eingefahren werden muss.

Schlussfolgerung

Fast täglich wird Genesys mit Anfragen für neue Messszenarien konfrontiert. Über viele Szenarien hat sich gezeigt, dass Multi GNSS eine starke Möglichkeit darstellt, mit Situationen umzugehen, in denen wenig Satelliten verfügbar sind. Das betrifft besonders den urbanen Raum, aber auch Umgebungen mit vielen Objekten neben der Fahrspur. Wir empfehlen daher in jedem Fall bei Messkampagnen eine volle GNSS-Freischaltung für den GNSS-Receiver im Inertialsystem (INS) vorzusehen, sobald das System schlechter oder nur ausreichender GNSS Signalstärke ausgesetzt ist.