Multipathreduktion bei der Fahrzeugpositionierung im innerstädtischen Bereich

Abstract

Im Rahmen der Satellitennavigation im städtischen Bereich stellt Multipath neben Abschattungen durch Gebäude und schlechter Satellitengeometrie einen wesentlichen genauigkeitslimitierenden Faktor dar. Unter Multipath versteht man jenen Effekt, bei dem das vom Satelliten ausgesandte Signal den Empfänger auf mehr als einem Weg erreicht. Hierbei handelt es sich hauptsächlich um Reflexionen an umliegenden Oberflächen (z.B. Hausfronten, Glasfassaden, Vegetation, usw.). Ziel dieser Diplomarbeit war die Entwicklung eines Algorithmus zur Reduktion von Multipath. Aus technischen und wirtschaftlichen Gründen erfolgt diese Entwicklung auf Basis einer Analyse des Signal- Rauschverhältnisses (SNR). Die vorliegende Arbeit ist eingebettet und wesentlicher Bestandteil des Projekts "PPos-Taxi". Dieses zielt auf die "effiziente Taxivermittlung auf Basis einer präzisen Fahrzeugpositionierung mittels GPS" ab. Zur Erreichung einer fahrstreifengenauen (<2m) Positionierung der Fahrzeuge werden in PPos-Taxi zwei Konzepte getestet:<br />1. Die Verbesserung der Position durch Verwendung von EGNOS Korrektursignalen.<br />2. Die Verbesserung der Position durch Verwendung von DGPS Korrekturen des Echtzeitpositionierungssystems WEP.<br />Beide Konzepte ermöglichen es, Fehler der ausgesendeten Satellitenbahninformationen, die ionosphärische Laufzeitverzögerung und Satellitenuhrfehler zu berücksichtigen. Die Behandlung des troposphärischen Einflusses wird vorerst vernachlässigt bzw. bei DGPS-Referenzstationsnetzen gegebenenfalls durch geeignete Modellbildung berücksichtigt. Innerhalb der Arbeit wird aufgezeigt, wie sich Multipath auf die Positionsbestimmung mittels GPS auswirkt. Dies geschieht anhand statischer Messdaten und im kinematischen Fall mit Hilfe der Auswertung einer Testfahrt im städtischen Bereich. Durch eine Simulation von Multipath (vorsätzliche Verfälschung einzelner Beobachtungen) kann zusätzlich die Größenordnung des verursachten Positionsfehlers kontrolliert abgeschätzt werden. Aufbauend auf diesen Ergebnissen und einer Analyse der Beziehungen zwischen SNR und Elevation, können Kriterien für die Erkennung und Elimination von Multipath formuliert werden. Abschließend werden die Ergebnisse der erfolgreichen Elimination von Multipath-Signalen, aber auch noch vorhandene Problemfälle gezeigt und diskutiert.<br />

Beside obstructions due to buildings and bad satellite geometry multipath remains the last limiting factor for accurate positioning with satellite navigation systems. Multipath is the effect when the signal attains the receiver on multiple ways. This problem is usually caused by reflexions from nearby surfaces (e.g. buildings, glass fronts, trees, etc.). The goal of this work is the set up of an algorithm for the reduction of multipath.<br />Due to technical and economical reasons the analysis of the signal-to-noise-ratio (SNR) is used for the development of the multipath mitigation.<br />This work is an essential part of a project called "PPos-Taxi". The project represents an innovative contribution for the efficient taxi arrangement due to precise vehicle positioning with GPS. To reach the goal of positioning accuracy of better than 2 meters, two different concepts will be tested within PPos-Taxi.<br />1. Improvement of positioning by means of EGNOS-corrections.<br />2. Improvement of positioning by means of DGPS-corrections of the real-time positioning system "WEP".<br />In both concepts errors in the satellite orbits, the ionospheric delay and the satellite clocks are corrected. The treatment of the tropospheric delay is neglected or corrected through appropriate models by the GNSS Reference Station Network.<br />Within this work the effect of multipath on positioning could be demonstrated by means of static and kinematic test data. To obtain a better understanding of the scale of the positioning error, also a simulation of multipath is introduced, which means an intentionally corruption of one pseudorange per epoch. Based on this results and an analysis of the relationship between SNR and elevation, criteria's could be found which allow for the detection and elimination of multipath. Several problems with multipath mitigation emerging during these investigations are also highlighted.