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ROSANNA



Computer-Simulationsmodell eines miniaturisierten keramischen Antennenelements

Robuste Satellitennavigation in sicherheitsrelevanten Anwendungen

Das Verbundvorhaben ROSANNA setzt auf den Kernergebnissen des Forschungsprojekts KOSERNA und der Konzeptstudie ROSANNA-Konzept auf und wendet diese auf sicherheitsrelevante Bereiche der Satellitennavigation an. Dabei wurden zwei vielversprechende, sicherheitskritische Anwendungen identifiziert, die eine hochgenaue und besonders robuste Navigation erfordern: Der Automotive-Bereich, insbesondere im Hinblick auf vollautomatisiertes und fahrerloses Fahren, Rangieren und Transportieren, sowie unbemannte Luftfahrzeuge (Unmanned Aerial Vehicle - UAV). Bei beiden Anwendungen treten spezielle Herausforderungen auf, die grundlegende Untersuchungen erfordern. Hierzu wurden im Rahmen von ROSANNA-Konzept erfolgreich Vorstudien durchgeführt, die nun in praktische Entwürfe und geeignete Demonstratoren umgesetzt werden sollen. Das Institut KN befasst sich dabei im Wesentlichen mit den Herausforderungen, die sich durch den Einsatz adaptiver Antennen auf UAVs ergeben. Hierzu gehören leichte und kompakte Antennensysteme, Tracking-Loops, Einbeziehung weiterer Sensoren sowie Störungen durch die Plattform und Täuschsignale. Das Projekt dient auch zum Erwerb von wissenschaftlicher Kompetenz auf dem Gebiet der installierten Antennen sowie des Einflusses von Vibration und Rotoren und deren Berücksichtigung bei Strahlformung, Richtungsschätzung und Störerunterdrückung.

In vielen Bereichen des Transports von Personen und Gütern im Straßen- und Zugverkehr sowie in der Luft- und Schifffahrt ist die genaue und zuverlässige Positionsbestimmung mit bestehenden und zukünftigen Satellitensystemen wie GPS und Galileo von entscheidender Bedeutung. Allerdings lassen sich die hohen Anforderungen, insbesondere in Bezug auf die Störsicherheit, mit handelsüblichen Empfängern nicht mehr erfüllen. Einen Ausweg bietet der Einsatz von Empfangssystemen, die sich durch die Verwendung von Gruppenantennen in Verbindung mit geeigneten Algorithmen zur adaptiven Strahlformung und -steuerung (z. B. digitale Strahlformung, DBF) als besonders geeignet erwiesen haben, um Störsignale und Mehrwegeempfang effektiv zu unterdrücken. Mit ihrer Hilfe können beabsichtigte Täuschungen erkannt und geeignete Gegenmaßnahmen ergriffen werden.

Im Verbundvorhaben ROSANNA werden die Kernergebnisse des Forschungsprojekts KOSERNA und der Konzeptstudie ROSANNA-Konzept auf sicherheitsrelevante Gebiete der Satellitennavigation angewendet. Dem Projektkonsortium ist es im Rahmen der gemeinsamen Vorarbeiten gelungen, die Genauigkeit und Zuverlässigkeit der Positionsbestimmung mit dem früher entwickelten kompakten GNSS-Empfänger durch Nutzung eines zweiten Frequenzbandes (Galileo-Band E5a) und gleichzeitige Auswertung beider Polarisationen deutlich zu verbessern sowie geeignete Verfahren zur Unterdrückung verschiedener Täuschsignale zu implementieren. Einzelne Komponenten und Algorithmen wurden im GATE in Berchtesgaden sowie dem ATC in Aldenhoven erfolgreich in statischen und dynamischen Szenarien getestet und anlässlich eines Workshops der GSA demonstriert. Schließlich wurden zwei vielversprechende, sicherheitskritische Anwendungen identifiziert, die eine hochgenaue und besonders robuste Navigation erfordern: Der Automotive-Bereich, vor allem im Hinblick auf die Bedeutung der Satellitennavigation für vollautomatisiertes und fahrerloses Fahren, Rangieren und Transportieren, sowie unbemannte Luftfahrzeuge (Unmanned Aerial Vehicles - UAVs). Bei beiden Anwendungen treten spezielle Herausforderungen auf, die grundlegende Untersuchungen erfordern. Hierfür wurden im Rahmen von ROSANNA-Konzept erfolgreich Vorstudien durchgeführt, die nun in praktische Entwürfe und geeignete Demonstratoren umgesetzt werden sollen. Im Automotive-Bereich gehören hierzu die Erschließung neuer Bauräume im Automobil bei verteilter Anordnung kompakter integrierter Subarrays (Antennen mit integriertem Frontend) sowie multi-standardfähige Empfängersysteme, die eine Zusammenführung der Satellitennavigation insbesondere mit der Mobilkommunikation (C2X) ermöglichen. Bei UAVs liegen die Herausforderungen in den durch die Umgebung veränderten Empfangseigenschaften installierter Antennen, dem notwendigen hohen Miniaturisierungsgrad und der hohen Agilität der Fluggeräte sowie im Einfluss von Rotoren und Vibrationen auf den Empfang der Navigationssignale.

Durch den Einsatz einer in der digitalen Auswertung konfigurierbaren Gruppenantenne können beabsichtigt oder versehentlich ausgesendete Störsignale ausgeblendet werden. Damit erreicht die Verfügbarkeit der Navigationssignale die für sicherheitskritische Anwendungen erforderliche Robustheit gegen Jamming, Spoofing und Verlust der Ortslokalisierung als Voraussetzung zur Erhöhung der Personen- und Verkehrssicherheit.

 

Laufzeit

Mai 2019 – Feb. 2023

gefördert von

BMWi

Projektpartner

TU Ilmenau
Institut für Mikroelektronik- und Mechatronik-Systeme (IMMS), Erfurt
RWTH Aachen
Antennentechnik Bad Blankenburg GmbH
 


 


Kontakt
Dr.-Ing. Achim Dreher
Gruppenleiter

Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR)

Institut für Kommunikation und Navigation
, Navigation
Oberpfaffenhofen-Wessling

Tel.: +49 8153 28-2314

Fax: +49 8153 28-2328

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