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Eigenlokalisierung mit (Tightly-Coupled) GPS-INS System

Ziel des vom ITE entwickelten Systems ist die Ermittlung von Navigationsinformationen bestehend aus Position, Geschwindigkeit und Lageinformationen. Um einerseits hohe Fahrzeugdynamiken erfassen zu können und andererseits eine langzeitgenaue Navigationsinformation zu erhalten, wird die Kombination eines inertialen Navigationssystems basierend auf Drehraten- und Beschleunigungssensoren mit einem Satelliten Navigationssystem vorgeschlagen.

Eigenlokalisierung TCS

Kernkomponente eines inertialen Navigationssystems ist die Inertial Measurment Unit (IMU) bestehend aus jeweils Drehraten- und Beschleunigungssensoren, wie sie auch in ESP-Systemen verwendet werden. Durch kontinuierliche Messung und Integration der Beschleunigungs- und Drehrateninformationen können Positions-, Geschwindigkeits- und Lageveränderungen bestimmt werden. Eine IMU ist in der Lage sehr große Dynamiken zu erfassen. Allerdings kommt es bei der Integration der Messgrößen durch die inhärenten Sensorfehler bereits nach kurzen Zeitperioden zu Fehlern, wodurch ohne weitere Stützung keine akzeptablen Ergebnisse erzielt werden können. Diese notwendigen Korrekturinformationen werden durch die Integration eines satellitenbasierten Navigationssystems wie das Global Positioning System (GPS) ermittelt. Ein herkömmlicher GPS Empfänger bestimmt aus der Messung mehrerer Signale von unterschiedlichen GPS Satelliten eine langzeitgenaue Positions- und Geschwindigkeitsinformation, sofern mindestens vier Satellitensignale empfangen werden können. Die Lageinformation wird durch Datenfusion mit dem Inertialen Navigationssystem erreicht.

Besonders in urbanem Gebiet kann der Empfang der Satellitensignale nicht garantiert werden. Es kann zu Teil-Abschattungen und Fehlern durch Mehrwegeausbreitung kommen, was die erzielbare Genauigkeit deutlich herabsetzt. Bei Fahrten in dicht bebautem Gebiet sowie in Unterführungen und Tunneln kann es zu einem Komplettausfall eines rein auf GPS basierenden Systems kommen. Um auch in solch schwierigen Situationen, bei denen nur der Empfang einiger weniger GPS Satellitensignale zur Verfügung steht, eine Navigationslösung ermitteln zu können, wird im Rahmen des Vorhabens des ITE ein Tightly Coupled Integrationskonzept vorgeschlagen. Dies hat den Vorteil, dass bereits beim Empfang des Signals eines einzigen GPS Satelliten Korrekturinformationen bestimmt werden können. Ein herkömmliches Loosely Coupled Integrationskonzept ist erst beim Empfang von mindestens vier Satellitensignalen in der Lage Korrekturinformationen zu liefern.