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Multi-GNSS/Multi-Frequenz Software-GNSS-Empfänger

 

Für die Forschung und Entwicklung auf dem Gebiet der Empfängertechnologie für GNSS hat ein Software-basierter Ansatz in den letzten Jahren zunehmend an Bedeutung gewonnen. Dazu haben wesentlich die folgenden technologischen Fortschritte beigetragen:

  • Die neuen GNSS (neben GPS und Glonass nun auch Galileo und Beidou, dazu kommen regionale Satellitennavigationssysteme sowie Unterstützungssysteme wie z. B. EGNOS) mit einer Vielfalt an zivilen Signalen auf mehreren Frequenzen: hier ist die Entwicklung optimaler Methoden zur Signalverarbeitung in Hardware zu teuer und wenig flexibel. Ein Software-Ansatz ist dagegen flexibel und günstig und damit erfolgsversprechend.
  • Die gesteigerte Prozessorleistung (insbesondere durch Parallelisierung auf Basis von Mehrkernprozessoren) ermöglicht nun digitale Signalprozessierung in Echtzeit auch für Signale mit sehr hohen Datenraten, wie dies bei GNSS der Fall ist.
  • Die Entwicklung von leistungsfähiger und zunehmend günstigerer Hardware für Radiokomponenten und zur Analog-Digital-Wandlung von Signalen (hier insbesondere für RF front ends).
  • Eine Vielzahl von Open-Source-Projekten auf dem Gebiet von Software-Radio (Englisch: Software Defined Radio) für das Empfangen und Senden von Radiosignalen für verschiedene Anwendungen wie Radioprogramme, Kommunikation, GNSS. Diese Projekte haben zum Teil umfangreiche und leistungsstarke Software-Bibliotheken entwickelt und stellen diese für weitere Entwicklungen frei zur Verfügung.

Im Projekt Multi-GNSS/Multi-Frequenz Software-GNSS-Empfänger des PSG wird unter Verwendung bzw. aufbauend auf den Open-Source-Projekten GNU-Radio und GNSS-SDR an der Entwicklung eines Software-GNSS-Empfängers gearbeitet, der alle zivilen GNSS-Signale (mit Priorität GPS und Galileo) verarbeiten kann. Das Konzept des Projekts ist in der Abbildung skizziert.

Modell eines Software-GNSS-Empfängers
Der Ansatz des PSG für einen Multi-GNSS/Multi-Frequenz Software-GNSS-Empfänger.

Das primär vorgesehene Anwendungsfeld liegt im Bereich der hochgenauen Navigation von Automobilen einschließlich der Unterstützung von Fahrerassistenzsystemen, auch mit dem Ziel der Navigation und Steuerung von autonomen Fahrzeugen. Hier besteht eine Querverbindung zum Projekt Integrierte Navigation für Automotive Anwendungen, in das Software-GNSS-Module eingebracht werden sollen und aus dessen Sensorfusionsfilter Dynamikdaten zur Steuerung des numerischen Oszillators sowie zur Stützung von Akquisition und zur Anpassung der Tracking-Loops verwertet werden sollen. Diese Rückführung zur Unterstützung des Software-GNSS-Empfängers dient einer robusteren GNSS-Positionierung auch bei schwierigen Empfangsbedingungen und zur Entkopplung der Trackingqualität von der Bewegungsdynamik.