Unterstützungsprogramm industrieller Aktivitäten und Technologietransfer auf dem Gebiet der angewandten Satellitennavigation für die Luftfahrt IV
Entscheidend für den Einsatz von Satellitennavigationssystemen (GPS, zukünftiges Galileo) für sicherheitskritische Anwendungen wie GBAS Referenzstationen in der Luftfahrt sind hochgenaue und höchst zuverlässige Navigationsmessungen (Pseudorange- und Trägerphasen-Messungen des Navigationssignals). Diese Messungen werden durch eine Reihe von Fehlereinflüssen wie Ionosphären- und Troposphärenfehler beeinflusst, die jedoch zum Beispiel durch eine Zweifrequenzmessung oder durch Informationsaustausch mit einem das Nutzergebiet umspannenden Netzwerk von Referenzstationenweitgehend beseitigt werden können. Hingegen können Signalstörungen durch Mehrwegeausbreitung und Interferenz einen sehr starken Fehler in den Navigationsmessungen mit konventionellen Methoden verursachen, wobei diese Art der Fehlereinflüsse überwiegend von der spezifischen Signalumgebung des Nutzers abhängt und somit nur durch den Empfänger selbst bekämpft werden kann.
In den letzten Jahren hat sich der Einsatz von Arrayantennen zusammen mit geeigneten Signalverarbeitungsmethoden, wie adaptive Antennendiagrammformung (Digital Beamforming) für die effektive und höchst zuverlässige Unterdrückung von Mehrwege- und Interferenzempfang als die Schlüsseltechnologie erwiesen. Diese Methode ist besonders gut für den Einsatz an feststehenden Referenzstationen am Boden geeignet, z. B. GBAS (Ground-Based Augmentation System) Referenzstationen als lokales Element an einem Flughafen. Neben der hohen Zuverlässigkeit sind für diese Referenzstationen Genauigkeiten im Zentimeter- und Subzentimeterbereich unabdingbar. Die Bestimmung des Phasenzentrums der Arrayantenne als Bezugspunkt für die Entfernungsmessungen zu den einzelnen Satelliten spielt daher eine sehr wichtige Rolle. Hierzu müssen geeignete Konzepte und Algorithmen entworfen werden.
Basierend auf den schon geleisteten Arbeiten in den UniTaS II und UniTaS III Projekten und der Expertise aller beteiligten Partner sollen nun im Projekt UniTaS IV weiterführende Entwicklungen und Erprobungen durchgeführt werden. Die Arbeiten können in drei Hauptaktivitäten zusammengefasst werden:
(i)Entwicklung der Antennen-Array-Signalverarbeitung zur Unterdrückung von Mehrwege- und Interferenzeffekten, (ii)Entwicklung der Algorithmen zur Phasenzentrumsbestimmung, (iii)Aufbau eines Gruppenantennendemonstrators und Erprobung der entwickelten Algorithmen.
In UniTaS IV betreffen die Arbeiten von DLR IKN:
Algorithmen zur Interferenzunterdrückung
Das Bild unten zeigt das Strahlungsdiagramm einer 2-mal-2 rechteckigen Gruppenantenne nach der Strahlformung. Die Strahlformung wird hier benutzt, um den Signal-zu-Stör-Abstand zu optimieren. Dazu werdenräumliche Nullstellen in den Einfallsrichtungen der zwei Störsignale erzeugt (im Bild mit roten Punkten links und roten Linien rechts markiert), wobei das Maximum des Strahlungsdiagramms in der Richtung des Satellitensignals beibehalten bleibt (der grüne Punkt im Bild). Der Strahlformungsalgorithmus arbeitet mit den digitalisierten Signalen; das ermöglicht die Erzeugung von unabhängigen optimierten Strahlungsdiagramme für jeden Satellitenkanal des Empfängers.
Aufbau des Einzelstrahlers
Navigationsempfänger für Safety-of-Life (SoL) Systeme müssen robust gegen Interferenz sein. Störsignale können beispielsweise von Handys, Basisstationen für mobile Kommunikation oder Radarsender verursacht werden.Interferenz außerhalb des Nutzfrequenzbandes kann durch den Einsatz von Filtern gleich nach der Antenne unterdrückt werden. Um die Robustheit des gesamten Systems weiter zu erhöhen, kann eine schmalbandige Antenne eingesetzt werde, die ebenfalls eine Fiterwirkung hat. Dadurch werden die Außerband-Störsignale bereits am Eingang des Systems gedämpft.
Ein schmalbandiger Einzelstrahler in der Streifenleitungstechnik wurde im Rahmen des Projekts entwickelt. Streifenleitungsantennen besitzen viele attraktive Eigenschaften, wie beispielsweise die Möglichkeit zur Integration von aktiven und passiven Komponenten. Dieser integrierte Aufbau führt zu einer Reduzierung von Platz, Kosten und Gewicht.
Eine Draufsicht der entwickelten Antenne ist in Abb. 2(a) zu sehen. Durch den Einsatz eines Hybrids wurde eine sehr gute Polarisationsreinheit erzielt. Ein Prototyp wurde gefertigt und ist in Abb. 2(b) angezeigt.
Gefördert von
DLR/BMBF (FKZ 50 NA 0734)
Partner
Projektlaufzeit2007 - 2010
Videokanal des Instituts