Signal und Performance Monitoring
Das Ziel dieses Projekts ist es, die Zuverlässigkeit und Qualität der Navigationssignale kontinuierlich zu überwachen, Fehler schnell zu erkennen und diese Informationen an die Nutzer weiterzugeben. Um das zu erreichen, wird ein Monitoringsystem aufgebaut, das in der Lage ist, Abweichungen vom Normalzustand der Navigationssysteme festzustellen, diese Abweichungen zu analysieren und gegebenenfalls Warnungen an die Nutzer zu senden. Dieses Projekt konzentriert sich in erster Linie auf die Unterstützung des Aufbaus und Betriebs des europäischen Navigationssystems Galileo, kann aber in zweiter Phase auch für die bereits aufgebauten globalen Navigationssysteme GPS, GLONASS und Beidou/BDS eingesetzt werden, um faire Vergleiche zwischen den Systemen zu ermöglichen.
Das Projekt Signal und Performance Monitoring setzt sich aus zwei Teilen zusammen:
Überwachung von Navigationssignalen auf Benutzerebene
Um die bereits routinemäßige, existierende Überwachung von Navigationssignalen auf Genauigkeit und Integrität zu unterstützen und zu ergänzen, wird ein dediziertes GNSS Empfängernetzwerk mit Datenübertragung in Echtzeit eingerichtet und betrieben werden. Das Empfängernetzwerk wird ebenfalls Korrekturdaten für präzise Positionsbestimmung mittels Precise Point Positioning (PPP) in Echtzeit generieren. Beobachtungs- und Navigationsdaten aus dem Empfängernetzwerk werden in einer Langzeitdatenbank archiviert. Dies ermöglicht eine eingehende Leistungsüberwachung der Signal- und Servicequalität der Navigationssysteme und - daraus folgend - die Bereitstellung von kurz- und langfristigen Analysen sowie Trends. Dies wird nicht nur für Galileo, sondern für alle anderen globalen Navigationssysteme durchgeführt, wodurch ein Vergleich der Servicequalität für Galileo in Bezug auf GPS, GLONASS und BDS ermöglicht wird. Obwohl die Performance jedes globalen Navigationssystems von dem jeweiligen Betreiber regelmäßig veröffentlicht wird, ist aufgrund unterschiedlicher Parameterberechnungen ein fairer Vergleich zwischen den Systemen kaum möglich. In diesem Projekt werden gleiche Berechnungsmethoden und Indikatoren für alle Navigationssysteme verwendet.
Hochgenaue Signalanalyse mit hochdirektiven Antennen
Die Daten aus dem GNSS Empfängernetzwerk werden mithilfe spezieller Algorithmen kontinuierlich analysiert, um Abweichungen vom Normalzustand zeitnah zu erkennen. Für jede Abweichung wird automatisch eine Kontrollmessung mit hochdirektiven Antennen (wie z.B. die 30m Parabolantenne in Weilheim) geplant und durchgeführt. Durch die Verwendung dieser hochdirektiven Antennen kann das untersuchte Navigationssignal aus dem Rauschen hervorgehoben und verstärkt werden. Dies ermöglicht eine sehr genaue Analyse des vom Satelliten abgestrahlten Signals in seiner gesamten Bandbreite. Somit können eventuelle Fehler äußerst zuverlässig und mit sehr hoher Präzision ermittelt werden und Empfehlungen für die Verwendbarkeit der Signale für die Nutzer bzw. Anwendungen gegeben werden.
Die neue Simulationsumgebung zur Performanceanalyse der Navigationssysteme wird dabei nicht nur standardmäßige, bereits verwendete Leistungskennzahlen, sog. Key-Performance-Parameter (KPI) liefern. Vielmehr werden neu entwickelte Algorithmen zur Fehlererkennung und -analyse implementiert werden, welche auf modernen Methoden wie z.B. der künstlichen Intelligenz basieren. Dadurch lassen sich automatisch sowohl bereits bekannte als auch noch nicht beobachtete GNSS Fehler und Anomalien erkennen. Ferner können auch Alterungseffekte und ihr Einfluss auf die Performance erfasst und analysiert werden.
Die Entwicklung dieser hochkomplexen Algorithmen wird sowohl von der Erfahrung mit der Implementierung der klassischen KPI als auch von der großen Menge verfügbarer Daten in der Datenbank profitieren.
Die Informationen über mögliche Fehler, Alterungsprozesse und ihren Auswirkungen auf die Leistungsfähigkeit des europäischen Navigationssystems Galileo werden erheblich zur Weiterentwicklung und Wettbewerbsfähigkeit von Galileo beitragen. Dieses Projekt wird in Kooperation mit anderen DLR-Instituten durchgeführt: Institut für Kommunikation und Navigation, Raumflugbetrieb und Astronautentraining, Institut für Softwaresysteme und Institut für Solar-Terrestrische Physik.
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