Förderprojekt Firefly

 

Mobiles und vernetztes Positionierungssystem zur gestützten Navigation in urbanen Umgebungen

 

Motivation

Urheberrecht: © IRT

Im Projekt „Firefly“ wird ein mobiles und vernetztes Positionierungssystem entwickelt zur Unterstützung zukünftiger Mobilität in städtischen Umgebungen. In dieser nahen Zukunft müssen autonome Fahrzeuge selbständig fähig sein, ihre eigenen Fahrzustände zuverlässig und genau zu schätzen und darauf basierend automatisiert zu navigieren. Dafür ist eine hochverfügbare und vertrauenswürdige Lokalisierung und Zustandsschätzung unabdingbar. Das Hauptproblem herkömmlicher satellitengestützter Navigationssysteme in städtischer Umgebung ist ein eingeschränkter Empfang von Satellitensignalen, da hohe Gebäude die „Sicht“ auf die Satelliten verdecken. Zusätzlich herrschen in solchen Umgebungen viele Signalstörungen, die die Empfangsqualität stark beeinträchtigen. Um Verdeckungen und Qualitätsverluste zu kompensieren, wird im Projekt „Firefly“ ein neuartiges fliegendes Positionierungssystem entwickelt, das als zusätzliche Signalquelle die Navigation autonomer Fahrzeuge unterstützen soll. Des Weiteren wird untersucht wie ebenfalls allgegenwärtige LTE-Signale zur robusteren Lokalisierung genutzt werden können.

 

Projektziele und Methoden

Urheberrecht: © BMWi

Das Projektziel ist die Entwicklung eines mobilen Positionierungssystems, das sich nahtlos in herkömmliche satellitenbasierte Navigationssysteme integrieren lässt und somit eine hochgenaue, hochverfügbare und integre Selbstlokalisierung in städtischen Umgebungen durchgängig ermöglicht. Das System wird aus zwei Komponenten bestehen: dem Sender, der einen Satelliten im Orbit emuliert, und dem Empfänger, der neben den herkömmlichen Navigationsdaten ebenfalls die Daten des Firefly-Senders empfangen und verarbeiten kann. Die Sendeeinheit soll grundsätzlich statisch verbaut werden können, bspw. an Straßenlaternen oder anderen Infrastrukturelementen, aber zukünftig auch als mobile, fliegende Sendeplattform ausgeprägt sein. Zusätzlich wird im Projekt untersucht, wie Signale von LTE-Stationen im selben Navigationssystems zur robusten Lokalisierung und Zustandsbestimmung genutzt werden können. Die Empfängereinheit soll mit einem Software-defined Radio (SDR)-Gerät ausgestattet werden, das sämtliche Signale von Satelliten, Firefly-Sendern und LTE-Stationen empfangen kann. Die vom SDR empfangenen Signale werden anschließend in einem Navigationsfilter zur Schätzung der Fahrzeugzustände integriert und fusioniert. Dadurch soll eine durchgängige, sichere und zentimetergenaue Lokalisierung für autonome Systeme in urbanen Gebieten ermöglicht werden. Für die Vorentwicklung und die Proof-of-Concept-Studie wird der gesamte Entwurf zunächst in einer Hardware-in-the-Loop-Simulation evaluiert. Abschließend wird die gesamte Testplattform am Campus der Universität der Bundeswehr München demonstriert und evaluiert, wo eine geeignete stadtähnliche Testumgebung vorhanden ist.

 

Innovationen und Perspektiven

Urheberrecht: © Universität der Bundeswehr München

Das im Projekt "Firefly" zu entwickelnde System stellt ein neuartiges, robustes Navigationskonzept dar speziell zur Lokalisierung in anspruchsvollen, städtischen Umgebungen. Das System bietet die Möglichkeit, den Stand der Technik für satellitenbasierte Navigationssysteme deutlich zu erweitern. Ein Navigationssystem, das neben GNSS-Signalen auch die Signale von LTE-Stationen und zusätzlicher mobilen Sendeeinheiten integriert, ist neuartig und bedarf umfangreicher Forschungsaktivitäten. Hierbei muss sichergestellt werden, dass alle Einflüsse und Unwägbarkeiten berücksichtigt werden, die in urbanen Bereichen auftreten. Darüber hinaus stellt die wichtige Integritätsüberwachung von LTE- und Pseudolite-Signalen in städtischen Umgebungen aktuell noch ein Randgebiet aktueller Forschungen dar. Das in diesem Projekt zu entwickelnde neuartige Positionierungssystem umfasst sowohl Infrastrukturelemente als auch Empfängerweiterentwicklung zur Mitführung in Fahrzeugen.

 

Projektpartner
Universität der Bundeswehr München, ISTA - Institut für Raumfahrttechnik und Weltraumnutzung –Projektkoordinator– Pseudolite Entwicklung, GNSS- und LTE-Signalverarbeitung RWTH Aachen, IRT - Institut für Regelungstechnik Integre und hochgenaue Sensorfusion von GNSS-, LTE- und Pseudolite-Signalen WORK Microwave GmbH Design und Entwicklung der Pseudolite-Systeme