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Dependable Navigation



 

(Verlässliche Navigation)

Zuverlässige und allgegenwärtige Ortung und Navigation ist für viele Anwendungen in Wirtschaft, Massenmarkt sowie für hoheitliche Aufgaben von zentraler Bedeutung. Mit dem laufenden Aufbau von EGNOS und Galileo leistet Europa einen entscheidenden Beitrag zur globalen Bereitstellung von Navigationsinfrastrukturen und wird erste Voraussetzungen für ein breites Spektrum neuer Ortungs-, Navigations- und Zeitdienste schaffen.

Viele Anwendungen benötigen eine hohe Robustheit, Zuverlässigkeit und Verfügbarkeit der geschätzten Position. EGNOS und Galileo liefern zentrale Beiträge hierzu. Sie können jedoch nicht immer die benötigte Verfügbarkeit, Integrität und Kontinuität sichern, die für sicherheitskritische Anwendung wie z. B. in der Luftfahrt, Schienenverkehr oder maritimen Bereich gefordert werden. Elektromagnetische Störungen, Abschattungen und Mehrwegeausbreitung verhindern dies. Beispielsweise werden die Signale in Tunneln oder tief im Inneren von Gebäuden überhaupt nicht mehr empfangen, während sie in Geländeeinschnitten oder städtischen Umgebungen deutlich verfälscht werden. Geschickte Empfangskonzepte verbessern die Situation erheblich, genügen aber nicht immer. Weitere Sensoren müssen hinzugezogen und integriert werden. Kein Sensor für sich genommen kann die notwendigen Eigenschaften herbeiführen.

Die mehrheitliche Zeit verbringen Menschen in Gebäuden oder in dicht bebauten städtischen Umgebungen. So wie beim straßengebundenen Verkehr und in der Logistik die Positionierung mittels GPS nicht mehr wegzudenken ist, kann man davon ausgehen, dass hochgenaue und zuverlässige Positionierung von Personen und Maschinen eine neue Welt an Anwendungen eröffnen kann. Hervorzuheben ist die Anwendung im Bereich "Ambient Assisted Living" wo Kenntnis über den genauen Ort einer Person entscheidend für deren Wohlergehen und Sicherheit sein kann. Neben Massenmarktanwendungen sind es aber auch die professionellen Nutzer, die von allgegenwärtiger, verlässlicher Navigation profitieren können: Einsatzkräfte, Sicherheitsdienste, medizinisches Personal, um nur einige Gruppen zu nennen, deren Arbeit durch die Positionierung und Vernetzung sicherer und effektiver gestaltet werden kann. Besonders spannend und herausfordernd ist die Positionierung von autonomen Maschinen, z. B. Reinigungs- und Wartungsroboter, autonome Transportvehikel, oder terrestrische und extraterrestrische Erkundungsroboter.

Das Projekt "Dependable Navigation" hat zum Ziel, die Grundlagen für die Weiterentwicklung geplanter Navigationssysteme zu schaffen, um die hohen Anforderungen an Robustheit, Zuverlässigkeit und Verfügbarkeit der oben genannten Anwendungen erfüllen zu können.

Hierzu sind zwei Komponenten notwendig:

  1. Evolution der GNSS-Systeme
  2. Weiterentwicklung des Nutzersegments.

Beide Bereiche sind durch zahlreiche Wechselwirkungen und die Fragestellung der Aufgabenteilung zwischen System und Nutzer eng verkoppelt. Die Erhöhung der Robustheit und Zuverlässigkeit erfordert die Adressierung beider Komponenten, wohingegen die Erhöhung der Verfügbarkeit vorrangig durch Anpassungen im Nutzersegment beispielsweise durch Einbeziehung weiterer Sensoren erfolgen kann.

Für viele Anwendungen im Indoorbereich oder anderen schwierigen Empfangsumgebungen für Satellitennavigationssignale sind neuartige Multisensor-Navigationsalgorithmen notwendig, die mit "End-to-End Bayesian" Ansatz umgesetzt werden sollen. Um diese Anwendungen zu bedienen zu können, ist aber auch die Verwendung von Wissen über die Umgebung ("Karten") erforderlich. Diese Karten lassen sich im realistischen Einsatz mittels des "Simultaneous Localisation and Mapping" (SLAM) Prinzips gewinnen. Die Karteninformationen dienen der Positionierung aller Nutzer in der jeweiligen Umgebung und müssen im laufenden Betrieb stets angepasst und aktuell gehalten werden. Erst mit SLAM wird es z. B. möglich sein, dass Roboter selbst ihren Weg berechnen und finden können, weil sie ausreichend Kenntnis über Hindernisse in ihrer Umgebung haben und der physikalische Raum erst durch die Karten eine Bedeutung erfährt.

Das Projekt gliedert sich daher in die folgen vier Teilprojekte:

  • TP1: Evolution von Galileo- und GNSS-Infrastruktur
  • TP2: Robuster und zuverlässiger GNSS-Empfänger
  • TP3: End-to-End Bayesian Navigation
  • TP4: xSLAM

In jedem der vier Teilprojekte werden experimentelle Plattformen geschaffen zur Demonstration der Funktionalität und Leistungsfähigkeit der entwickelten Verfahren und Techniken. Das Projekt Dependable Navigation knüpft unmittelbar an das im Juli 2011 abgeschlossene Projekt GalileoADAP an.

...gefördert durch: Intern

Projektdauer: 2011-2016


Kontakt
Dr.-Ing. Achim Hornbostel
Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR)

Institut für Kommunikation und Navigation
, Navigation
Tel: +49 8153 28-2318

Fax: +49 8153 28-2328

E-Mail: Achim.Hornbostel@dlr.de
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