Particle Filter GNSS

Problemstellung und Ausgangssitution

Technische Aspekte für GNSS-basierte Navigation bei extrem schwachen Signalstärken sind immer noch fern einer zufriedenstellenden Lösung. Dies betrifft speziell Genauigkeit und Zuverlässigkeit der zur Verfügung stehenden Empfänger. Besonders der Bereich der Indoor-Navigation ist hier zu nennen, der aufgrund der Fülle von potentiellen Anwendungsmöglichkeiten dringend neuer Lösungen bedarf.

Partikelfilter Algorithmen, die GNSS-Signalverarbeitung und Positionsanalysen kombinieren, werden als vielversprechende Ansätze betrachtet, jedoch sind Implementierungen in operationellen Empfängern derzeit noch nicht Stand der Technik und bedürfen dringend weiterer Entwicklung und Erprobung.

Dies gilt speziell in Hinblick auf die Ausnutzung der neuen hochauflösenden Signale, die mit Galileo zur Verfügung stehen werden. Galileo ist derzeit in der Phase IOV und wird demnächst in der Phase FOC die volle Leistungsfähigkeit erreichen. Dabei ist mit einer deutlichen Steigerung der forschungs- und anwendungsbezogenen Aktivitäten zu rechnen ist, als Beispiel sei der hohe zukünftige Anteil von GNSS im Rahmen des Europäischen Programms "Horizon 2020" genannt.

JOANNEUM RESEARCH ist seit vielen Jahren im Bereich der Erforschung innovativer Aspekte der globalen Satellitennavigation (GNSS) tätig, vor allem in den Bereichen Wellenausbreitung und "Interference". IFEN GmbH verfügt über exzellente Expertise im Bereich der Architektur von Navigationsempfängern und im Bereich der GNSS Signalverarbeitung, was eine ideale Ergänzung zum Erfahrungsbereich von JOANNEUM RESEARCH darstellt.

IFEN GmbH ist eine deutsche Gesellschaft, einige ihrer Mitarbeiter leben und arbeiten jedoch in Graz, wobei Lohnsteuer in Österreich geleistet wird. JOANNEUM RESEARCH und IFEN planen die Entwicklung von Partikelfilter Algorithmen für operationelle GNSS Satellitenempfänger und sehen dies als wichtigen Teil ihrer strategischen Ausrichtung.

Ziel ist es, überlegene Empfangseigenschaften in den Bereichen Indoor Empfang, Straßenschluchten ("Urban Canyons") und Anwendungen der Eisenbahninfrastruktur zu erreichen, sowie die eigene Expertise in diesen Bereichen zu erhöhen. Auch im Bereich des Space Segments sind zukünftige Anwendungen für hochempfindliche Navigationsempfänger erkennbar.

 Vorgangsweise

Ziel des Projektes ist die Entwicklung und Implementierung eines Partikelfilter Algorithmus wobei dessen Leistungsfähigkeit experimentell erprobt werden soll. Die Signalverarbeitung soll ortsbasiert arbeiten unter Ausnutzung lokaler Umgebungsinformationen wie z.B. unter Ausnutzung eines Gebäudeplans. Weiters sollen direkt das Korrelatorergebnis genutzt und Bayesscher Filter angewendet werden.

Die intelligente Auswertung von Mehrfachreflexionen an umgebenden Strukturen soll ebenfalls eine Charakteristik des neuen Algorithmus werden. JOANNEUM RESEARCH wird die Entwicklung und Erprobung durchführen, IFEN wird wissenschaftliche Unterstützung und Supervision einbringen. Da Partikelfilter Algorithmen keine "Stand-alone" Lösungen liefern sondern auf Hilfsinformation angewiesen sind wie präzise Zeit, Umgebungsinformation, etc., ist die Erprobung und Auswertung unter realistischen Bedingungen ein wesentlicher Teil der Entwicklung. Vorgesehen dabei sind Indoor Experimente und mobile Messungen mittels Van und Eisenbahn, die "Urban Canyons" und die Verzweigung von Gleisanlagen untersuchen sollen.

Die Ergebnisse sollen analysiert und optimiert werden wobei im Feedback Verfahren Anpassungen des Algorithmus erfolgen werden. Die Implementierung des Empfängers wird sowohl GPS als auch Galileo Signale berücksichtigen, in der Auswertung soll die Leistungsfähigkeit der Verwendung beider GNSS Systeme im Vergleich zu den Einzelsystemen dargestellt werden. 

Ergebnisse

Erwartetes Ergebnis des Projekts ist die vollständig validierte Implementierung eines GNSS Partikelfilter Algorithmus, der in ein Erprobungssystem ("Testbed") oder in ein kommerzielles Produkt integriert werden kann.

JOANNEUM RESEARCH und IFEN genießen beide die vollen Rechte an Entwicklung und Sourcecode des Projekts. Die Verfügbarkeit des Algorithmus für operative Anwendungen sowie die damit verbundene Expertise wird die Wettbewerbsfähigkeit von JOANNEUM RESEARCH bei zukünftigen Ausschreibungen innerhalb ESA's EGEP Programm sowie der relevanten Ausschreibungen von GSA, Horizon 2020 und anderen Geschäftsfällen deutlich steigern.

IFEN erhält die Möglichkeit der Implementierung der Ergebnisse in zukünftigen kommerziellen Produkten.

Projektleitung

JOANNEUM RESEARCH Forschungsgesellschaft mbH

Projektpartner:innen

IGASPIN GmbH

JOANNEUM RESEARCH Forschungsgesellschaft mbH
Leonhardstrasse 59
A-8010 Graz
Web: www.joanneum.at