Laborgestützte Validierung von satellitenbasierten Fahrzeugortungssystemen in der Schienenverkehrstelematik

Kurzfassung

Mobilität und Verkehr beeinflussen entscheidend die Lebensqualität der Gesellschaft sowie die Leistungs- und Wettbewerbsfähigkeit der Wirtschaft. Dabei stellen die zuverlässige Gewinnung und Verteilung von Informationen zentrale Elemente dar, um eine Optimierung von Verkehrsprozessen über alle Verkehrsträger (Straße, Schiene, Luft, Wasser) zu erreichen. Als Grundlage hierfür dienen qualitativ hochwertige und zuverlässige Orts-, Navigations- und Zeitinformationen der operierenden Fahrzeuge. Dafür bildet vor allem der Einsatz satellitengestützter Ortungssysteme (GNSS - Global Navigation Satellite System) eine wesentliche Basis fahrzeugseitiger Ortungssysteme. Genauigkeiten im unteren Submeterbereich sowie die Gewährleistung von Integritätsanforderungen sind Randbedingungen, denen solche Systeme zukünftig für sicherheitskritische Anwendungen in der Verkehrstelematik gerecht werden müssen. Im Vortrag werden hierzu grundlegende Problemstellungen, Untersuchungsergebnisse und Lösungsansätze aus dem Themenbereich der gleisselektiven Fahrzeugortung diskutiert, die neben Datenfusionsalgorithmen insbesondere den Einsatz modularer Fahrzeugumfeldsimulatoren beinhalten. Diese Simulatoren ermöglichen es, GNSS-Empfänger sowie spezifische Kombinationen von Sensoren, Methoden und Algorithmen im Hinblick auf ihre Leistungsfähigkeit bereits vergleichend im Labor bewerten zu können. Die dazu identifizierten repräsentativen Problemszenarien beinhalten Signalabschattungen durch Brücken und Vegetation sowie Mehrwegeausbreitung durch Bebauung und bewegte Reflektoren. Der erste Teil des Vortrags vermittelt einen kurzen Überblick zur Einordnung und Klassifizierung der in den Feldtests auswertbaren GNSS-Signalstrukturen. Dazu gehören einerseits Betrachtungen zu den Signalkomponenten (Träger, Datensignal und Code) sowie anderseits auch die Diskussion möglicher Fehlerursachen innerhalb der Positionierungslösung. Der zweite Teil des Vortrags diskutiert Konzept und Funktion sowie bevorzugte Einsatzbereiche des verwendeten modular aufgebauten GNSS-Umfeldsignalsimulators. Neben Aufwandsaspekten ist es i. Allg. von Vorteil, die durchgeführten Feldtests unter gleichen HF-Signalkonstellationen wiederholbar zu gestalten. Für GNSS-Messungen stellt diese Aufgabe eine Herausforderung dar, da z.B. Satellitengeometrie und Wetterbedingungen Veränderungen unterliegen sowie neue Hindernisse/ Reflektoren in Erscheinung treten können. Im Vortrag wird hierzu das entwickelte modulare Lösungskonzept vorgestellt, welches ungestörte oder mit einem einfachen Geländemodell verschnittene oder auf der HF-Ebene aufgezeichnete/wiedergegebene GNSS-Signale generieren kann. Im letzten Teil des Vortrags werden die bei diversen Messkampagnen mit dem Versuchsfahrzeug RailDriVE des DLR Braunschweig gewonnenen HF-Messergebnisse von GNSS-Fahrzeugumfeldsignalen diskutiert. Dazu gehören Signale in den Frequenzlagen L1-GPS, L2-GPS sowie L1-GLONASS, welche zweikanalig (synchron kombiniert) als digitalisierte I/Q-Datenströme vorliegen. Auf Basis der damit möglichen wiederholbaren HF-Signalaufprägung auf GNSS-Empfänger erfolgen qualitative Untersuchungen hinsichtlich der erzielbaren Genauigkeiten in Bezug auf gleisselektive Ortungsanforderungen. Die statistisch bewerteten Ergebnisse zur Reproduzierbarkeit der Ortungsergebnisse werden vergleichend und methodisch klassifiziert am Ende des Vortrags präsentiert.