Kompaktes 2x2-Antennenarray mit zwei Frequenzbändern und Polarisationen sowie reduzierter Verkopplung
Basierend auf den Vorarbeiten im Forschungsprojekt KOMPASSION (Kompakte adaptive Terminalantenne zur störungsfreien Satellitennavigation) wurde die Genauigkeit des dort entwickelten Empfängers durch Nutzung eines zweiten Frequenzbandes (E5a) und sowohl der rechts- als auch der linkszirkularen Polarisation deutlich verbessert. Durch den Einsatz serientauglicher Fertigungsprozesse konnte eine weitergehende Miniaturisierung erreicht werden. Um die Störresistenz auf Täuschsignale auszudehnen, wurden innovative geeignete Verfahren der Täuschsignalunterdrückung entworfen und implementiert. Darüber hinaus wurde durch die Fa. Antennentechnik Bad Blankenburg GmbH ein industrieller Demonstrator für Fahrzeuganwendungen aufgebaut, dessen Leistungsvermögen durch anwendungsspezifische Tests nachgewiesen wurde.
Das Institut KN hat ein kompaktes Antennenarray für die Frequenzbänder E1 und E5a mit dualer Polarisation sowie echtzeitfähige Algorithmen zur Richtungsschätzung und Strahlformung entwickelt. Es war federführend bei dem Entwurf der Testszenarien und der Durchführung umfangreicher Tests und Demonstrationen im Aldenhoven Testing Center. Die Vorteile des robusten Empfangssystems konnten anlässlich des GSA-Workshops im September 2015 in Aachen überzeugend demonstriert werden.
Die Satellitennavigation dient neben militärischen zunehmend zivilen Anwendungen mit hohem marktwirtschaftlichen und gesellschaftlichen Nutzen; entsprechende Applikationen haben sich seit ihrer Einführung sehr schnell verbreitet. Durch die steigende Verfügbarkeit von GNSS-Signalen und die fortschreitende Verbesserung von Navigationsempfängern und Software sind diese heute in den meisten Mobiltelefonen und nahezu sämtlichen Typen von Fahrzeugen (terrestrisch, maritim, aeronautisch) zu finden.
Genauigkeit, Leistungsfähigkeit und Zuverlässigkeit solcher Systeme werden u.a. durch das europäische Galileo-Projekt weiter erhöht. Somit können neue Anwendungen erschlossen werden, die das Marktpotential weiter verbessern. Mit dem Begriff „robust“ ist dabei ein höheres Maß an Störsicherheit und Verfügbarkeit der Navigationsinformationen verbunden, welches insbesondere für den Einsatz autonomer Systeme im Bereich Transport, Logistik und Sicherheit eine Schlüsselbedeutung einnimmt. Beispiele hierfür betreffen autonome Transportsysteme in Kurzstreckenanwendungen oder autonomes Rangieren im Güterbereich, den funkgesteuerten Fahrbetrieb ETCS im Schienenverkehr (European Train Control System) sowie sicherheitsrelevante Navigation bei automatischen Landemanövern im zivilen Luftverkehr; weitere Beispiele, etwa für Frachtverkehr in der Binnenschifffahrt, liegen auf der Hand.
Das Vorhaben KOSERNA knüpft unmittelbar an das Forschungsprojekt KOMPASSION an. Hierbei hat das aus DLR, TU Ilmenau, IMMS und RWTH Aachen bestehende Konsortium Schlüsseltechnologien für einen robusten Empfänger zur Satellitennavigation entwickelt, der eine möglichst geringe Fläche beansprucht und eine genaue und zuverlässige Positionsbestimmung durch die effiziente Unterdrückung von Störsignalen ermöglicht. Die Herausforderungen bestanden dabei vor allem in der Miniaturisierung des Antennenarrays und des Frontends sowie in der Entwicklung geeigneter, echtzeitfähiger Algorithmen zur Signalverarbeitung.
Die Erweiterung des Systems auf den Empfang von zwei Frequenzbändern und die mit der Miniaturisierung einhergehende Verkopplungsproblematik erfordern eine Optimierung der Antenne und des Frontends. Strahlerelemente, Netzwerk, Kalibrierung, Empfänger und digitale Signalverarbeitung müssen entsprechend weiterentwickelt werden. Es soll auch untersucht werden, welche Vorteile die Nutzung beider Polarisationen im Hinblick auf störungsfreien Signalempfang bietet. Zur Erweiterung der Störrobustheit auf Täuschsignale sind angepasste Signalverarbeitungsverfahren zur Täuschsignaldetektion und unterdrückung zu entwerfen, optimieren und implementieren. lm Digitalteil des KOMPASSION-Systems wurde zur Signalverarbeitung ein FPGA-Entwicklungs-Board zusammen mit einem Standard-PC verwendet. Diese Plattform eignet sich aufgrund des Formfaktors und des hohen Energieverbrauchs nur bedingt für den Einsatz in mobilen Anwendungen. In KOSERNA soll ein eingebettetes System verwendet werden, so dass der Standard-PC entfällt. Hierdurch werden der Formfaktor des Empfängers und sein Energieverbrauch deutlich reduziert.
gefördert von
StMWi
Partner
Projektlaufzeit
Februar 2013 - Januar 2017
Videokanal des Instituts