Gruppe Empfängeralgorithmen
Die von globalen Satellitennavigationssystemen (GNSS), z.B. dem amerikanischen GPS und dem europäischen Galileo, bereitgestellten Positionierungs- und Zeitgebungsdienste bilden das Rückgrat für eine Vielzahl verschiedener GNSS-Anwendungen in unserem täglichen Leben. Einige dieser Anwendungen wie die Landung eines Flugzeugs, die Zeitsynchronisation von Mobilfunk-Basisstationen oder die Navigation eines autonomen Autos erfordern ein hohes Maß an Sicherheit und Zuverlässigkeit. Die Zuverlässigkeit der sicherheitskritischen Systeme, die die Dienste von GNSSs nutzen, profitiert in hohem Maße von der erhöhten Belastbarkeit der Nutzergeräte. Die Erhöhung der Belastbarkeit von GNSS-Empfängern im Zusammenhang mit sicherheitskritischen Anwendungen steht im Mittelpunkt der Forschungsaktivitäten der Gruppe Benutzeralgorithmen.
Aus der Sicht der Benutzer-Empfänger sind die kritischsten Phänomene, die den nominellen Empfängerbetrieb bedrohen, die beabsichtigte und unbeabsichtigte Radiofrequenz-Interferenz (RFI) und die Mehrwegeausbreitung. Im ersten Fall wird der Empfang und die Verarbeitung von schwachen Satellitennavigationssignalen durch starke Funkemissionen verzerrt. Ein Sonderfall der RFI ist das GNSS-Spoofing, bei dem gefälschte Signale mit der gleichen Struktur wie echte Signale ausgestrahlt werden, um den Benutzerempfänger absichtlich zu täuschen. Im zweiten Fall können starke Mehrwegechos, insbesondere in Kombination mit einer vollständigen oder teilweisen Blockierung des Sichtliniensignals, z.B. in städtischen Schluchten, zu großen Reichweitenfehlern führen, die sich bis zur Positions-, Geschwindigkeits- und Zeit (PVT)-Lösung des Empfängers ausbreiten. Die Auswirkungen sowohl der RFI- als auch der Mehrwege-Bedrohung können durch den Einsatz fortschrittlicher Signalverarbeitungstechniken erheblich reduziert und sogar vollständig unterdrückt werden. Einer der vielversprechendsten Ansätze ist dabei die Kombination der Signalverarbeitung im Zeit- und Frequenzbereich mit der Array-Signalverarbeitung im räumlichen Bereich. Eine adaptive Strahlformung erlaubt es zum Beispiel, den Empfang der interessierenden Signale zu verbessern und räumliche Nullstellen in Richtung unerwünschter Signale zu erzeugen. Die Antennengruppe kann auch als eine Ansammlung von mehreren Signalsensoren betrachtet werden und zur Verbesserung der Parameterschätzung des Navigationssignals verwendet werden, aber auch zur Schätzung der Ankunftsrichtung. Letzteres ist sehr hilfreich für die Erkennung und Eindämmung von GNSS-Spoofing.
Die praktische Demonstration des erreichten Niveaus der Empfängerresilienz ist ein sehr wichtiger Aspekt der Arbeit der Gruppe. Auf dem Gebiet der Benutzeralgorithmen arbeitet die Gruppe in enger Zusammenarbeit mit der Gruppe Antennensysteme und der Gruppe Empfangs- und Sendesysteme an der Entwicklung der erforderlichen Hardware-Komponenten. Das Ergebnis dieser Zusammenarbeit ist ein Demonstrator eines störsignalrobusten Array-GNSS-Empfängers GALANT, der seit 2008 in der Abteilung für Navigation entwickelt wird. Die praktische Erprobung der entwickelten Algorithmen wird auch durch die Verfügbarkeit eines Mehrantennen-GNSS-Konstellationssimulators, ein Ergebnis der Zusammenarbeit mit Spirent Communications, UK, stark unterstützt.
Hauptforschungsthemen
Array-Signalverarbeitung in GNSS-Empfängern zur Minderung von Funkfrequenzinterferenzen und Mehrwege-Bedrohungen. Entwurf eines Algorithmus mit geringen Verzerrungen der Code- und Trägerphasenmessungen für High-End-GNSS-Empfänger.
Entwicklung von Basisbandsoftware für die Demonstrationsplattform GALANT eines robusten GNSS-Empfängers mit adaptiven Antennen-Arrays. Anwendung der GALANT-Plattform als Interferenz- und Mehrweg-Überwachungs- und Charakterisierungswerkzeug.
Entwicklung eines Post-Processing GNSS-Software-Empfängers zur Leistungsanalyse unter Verwendung realistischer Signaldaten.
