Präzise Straßenpositionierung

GNSS- Navigation und -Lokalisierung sind seit langem ein Standard in unserem täglichen Leben. Die Verwendung dieses Systems ist zum Standard für das unbemannte Fahrzeug NPO StarLine OSCAR geworden . Während die meisten Menschen einfache GPS-Empfänger in ihren Handys verwenden, verwendet OSCAR hochpräzise GNSS-Lösungen. Was ist GNSS überhaupt und wie funktioniert es?

Was ist GNSS?

GNSS steht für Global Navigation Satellite System (oder Satellitennavigationssystem ) und wird allgemein für Satellitenlokalisierung mit weltweiter Abdeckung auf der ganzen Welt verwendet. Ab 2019 gibt es mehrere wichtige Satellitenkonstellationen :

• GPS (USA), 31 Satelliten
• GLONASS (Russland), 24 Satelliten
• Beidou (China), 23 Satelliten
• Galileo (Europäische Union), 26 Satelliten
• NAVIC (Indien), 7 Satelliten
• QZSS (Japan), 4 Satelliten

Wie funktioniert das alles?

Nehmen Sie zum Beispiel das übliche GPS in unserem Telefon. Es befinden sich immer mindestens vier GPS-Satelliten in Reichweite von der Erde. Jeder dieser GPS-Satelliten sendet Positionsinformationen und die aktuelle Zeit in festgelegten Intervallen an die GPS-Empfänger. Nun, die Entfernung zwischen dem GPS-Empfänger und dem Satelliten wird berechnet, indem die Differenz zwischen der Zeit, zu der das Signal vom GPS-Satelliten gesendet wurde, und der Zeit, zu der das Signal vom GPS-Empfänger empfangen wurde, ermittelt wird.

Sobald der Empfänger (z. B. Ihr Smartphone) ein Signal von mindestens drei Satelliten empfängt, wird Ihr Standort (bzw. Ihr Telefon) mithilfe der Trilateration berechnet. GPS benötigt mindestens drei Satelliten zur Berechnung der 2D-Position (Länge und Breite) und vier Satelliten für die 3D-Position (Länge, Breite, Höhe).

Warum funktioniert GPS in städtischen Umgebungen nicht gut?

Obwohl GPS unter freiem Himmel ziemlich gut funktioniert, sinkt die Genauigkeit in städtischen Gebieten dramatisch (der Fehler kann 50 Meter oder mehr betragen): Hohe Gebäude, Drähte, Brücken und andere Objekte - all dies verschlechtert die Genauigkeit der Positionsbestimmung.


Reflexion des Satellitensignals in der Stadt. Uber Fotos

Gebäude stören häufig die direkte Sichtlinie von Satelliten, und während das Signal des Satelliten in Ihren Receiver „fliegt“, kann es mehrmals von den Gebäuden abprallen und zu Verzerrungen führen. Aufgrund solcher Reflexionen wird die Positionierungsgenauigkeit erheblich verringert (manchmal ± 500 Meter). Sie müssen eine Situation erlebt haben, in der bei der Bestellung eines Taxis Ihr Standort auf der Karte nicht korrekt angezeigt wurde.

Um diese Probleme zu beseitigen, verwenden wir hochpräzise GNSS-Empfänger, die die Positioniergenauigkeit mithilfe von IMU (Trägheitsmessmodulen), Informationen aus dem CAN-Bus des Fahrzeugs, RTK-Korrekturen und etwas mehr Magie erheblich erhöhen.

Verbesserte Genauigkeit

Es gibt verschiedene grundlegende Möglichkeiten, um die Genauigkeit zu verbessern. Schauen Sie sich die beliebtesten an:

• IMU (Inertial Measurement Module) ist ein Satz von Beschleunigungsmessern und Gyroskopen, die 3D-Messungen ermöglichen. Die IMU selbst liefert keine Daten zum Standort (Position, Höhe, Geschwindigkeit), bietet jedoch nützliche Informationen zur Berechnung des Standorts an Orten, an denen GPS nicht „fängt“ (Tunnel, Parkplätze usw.).

Typische IMU

• RTK-Korrekturen erhöhen die Positionsgenauigkeit in Echtzeit erheblich auf 1–2 Zentimeter. Das Fazit ist einfach - die sogenannten Basisstationen befinden sich auf der ganzen Welt. Eine bestimmte Basisstation kennt die Fehler in ihrem Bereich und meldet sie an den Empfänger. Dieser wiederum berücksichtigt diese Korrekturen und gibt eine genauere Lösung an die Hand.

Im Großen und Ganzen handelt es sich bei der Basisstation um einen GNSS-Empfänger im Modus „Station“ + Software + Radio / Internetkanal

• Der CAN-Bus ist auch bei der Berechnung des Standorts hilfreich, da das Auto nützliche Daten zu Geschwindigkeit, Radgeschwindigkeit und anderen Merkmalen liefert.

Wussten Sie, dass in unserem OSCAR?

OSCAR- und hochpräzise GNSS-Empfänger

Zentimetergenauigkeit ist für alle unbemannten Fahrzeuge erforderlich, nicht nur für OSCAR. Stellen Sie sich für eine Sekunde vor, dass die Drohne herkömmliches GPS mit einer Genauigkeit von ± 50 Metern verwenden würde:


Eine solch geringe Genauigkeit führt definitiv zu Unfällen. Aus diesem Grund haben wir im Zuge der Arbeit an OSCAR eine Reihe von GNSS-Empfängern untersucht und getestet und sie unter schwierigen Bedingungen einer dichten Stadtentwicklung getestet.




Es gibt nur ein Auto, aber mehrere GPS-Tracks

Aus diesem Grund haben wir uns für zwei Lösungen entschieden:

• NovAtel PwrPak 7D-E1
• uBlox F9K

Beide Receiver zeigten hervorragende Ergebnisse und wurden erfolgreich in unsere Software- und Hardwareplattform integriert.

Bei StarLine verwirklichen wir gerne eine sichere Drohne . Wenn Sie sich auch für dieses Thema interessieren und mit uns eine unbemannte Zukunft aufbauen wollen, dann laden wir Sie ins Team ein !

Das StarLine OSCAR-Projekt (Open Source Car) steht Fachleuten aus der Open Source Community offen, bei denen jeder an der Entwicklung einer Drohne auf Code-Ebene teilnehmen und ihre Algorithmen an einem echten Auto mit teurer Ausrüstung ausprobieren kann.

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