Gesamtsystemsimulation für die Satellitennavigation in der Luftfahrt
Seiten
2019
Technische Uni Braunschweig NFL (Verlag)
978-3-947623-23-5 (ISBN)
Technische Uni Braunschweig NFL (Verlag)
978-3-947623-23-5 (ISBN)
- Titel nicht im Sortiment
- Artikel merken
Diese Arbeit demonstriert die Nutzung von Gesamtsystemsimulationen für die Satellitennavigation. Bei einer GNSS"=Gesamtsystemsimulation werden alle an der Positionierung beteiligten Komponenten nachgebildet, d.h. das Raumsegment, das Kontrollsegment und das Nutzersegment. Die Schnittstelle für die weitere Nutzung ist dabei ein nachgebildeter GNSS"=Empfänger, der zunächst idealisierte, fehlerfreie Messungen ausgibt.
In der Realität sind die Messungen der Satellitennavigation anfällig für verschiedene Fehler. Aus diesem Grund werden auch auf die simulierten idealisierten Messungen verschiedene Fehler aufgeschlagen. Diese ergeben sich aus der Modellierung der verschiedenen Fehlereinflüsse. Dadurch ist es möglich, GNSS"=Messungen zu simulieren, die nicht von realen Messungen unterscheidbar sind.
Im Rahmen dieser Arbeit wird die Nutzung der Gesamtsystemsimulation am Beispiel des Ground Based Augmentation System (GBAS) demonstriert. GBAS bietet verschiedene Dienste an, um Präzisionsanflüge von Luftfahrzeugen zu ermöglichen. Eine der größten Bedrohungen für die Leistungsfähigkeit von GBAS sind anomale Störungen in der Ionosphäre, bei denen starke Gradienten der ionosphärischen Verzögerung zu signifikanten Positionsfehler führen können. Neben dem bereits operationell verwendeten GBAS"=Dienst (GAST-C) existiert ein erstes Konzept für einen ionosphärenfreien Mehrfrequenzdienst (GAST-F), der komplett unabhängig von ionosphärischen Störungen operieren soll.
Zur Validierung wurde die GNSS"=Gesamtsystemsimulation in dieser Arbeit so erweitert, dass beide GBAS"=Dienste simuliert und miteinander verglichen werden konnten. Hierzu wurden verschiedene potentielle Fehler modelliert und in der Simulationsumgebung umgesetzt. Basierend auf verteilten Monte"=Carlo"=Simulationen wurde dann mit einer Navigationsbibliothek die Leistungsfähigkeit von GAST-C und GAST-F mit anomalen Ionosphärenfronten simuliert.
Die Ergebnisse zeigen, dass mit dem gewählten Ansatz eine Simulation von Systemen auf Basis der Satellitennavigation möglich ist. Es konnte gezeigt werden, dass die Leistungsfähigkeit des GAST-F Dienstes von den ionosphärischen Einflüssen unabhängig ist. Auch wenn keine vollständige Nachweisführung für die Leistungsfähigkeit von GAST-F durchgeführt wurde, zeigt diese Arbeit die mögliche Nutzung der GNSS"=Gesamtsystemsimulation zur Erprobung sicherheitskritischer Anwendungen auf Basis der Satellitennavigation. This thesis introduces total system simulations of global navigation satellite systems (GNSS). GNSS total simulations emulate all components also involved in real-world satellite navigation, i.e. the space segment, the control segment, and the user segment. For this, the outputs of a real GNSS receiver are emulated, providing idealized GNSS measurements without any errors first.
Being affected by various sources in reality, such errors also have to be added to the idealized measurements in order to obtain realistic measurements. To this end, various sources of GNSS errors have been modelled and implemented in the existing navigation framework TriPos. Ideally, the resulting GNSS measurements cannot be distinguished from actual measurements output by GNSS receivers.
For this, the implemented GNSS total simulation uses the same interfaces as real GNSS receivers, so that each subsequent processing can use inputs from either real or simulated GNSS receivers. This enables the use of GNSS total simulations as a general tool for manifold analyses of different GNSS-based technologies.
For demonstrating the use of GNSS total system simulations, the Ground Based Augmentation System (GBAS) was selected. GBAS offers multiple services for precision approaches of aircraft. It is, however, threatened by anomalies in the Earth's ionosphere. Strong gradients in the ionospheric delay can impede the positioning performance significantly. Thus, next to the CAT-I service already operational today (called GAST-C), a new ionosphere-free dual-frequency service was drafted (called GAST-F). This service is expected to operate independently from any ionospheric disturbances using dual-frequency measurements and corrections.
In order to validate both GBAS services, the total simulation was combined with the GBAS implementation in TriPos. Specific GNSS errors were modelled and implemented based on the GBAS standards. The overall performance of GAST-C and GAST-F in the presence of ionospheric anomalies was assessed with distributed Monte Carlo simulations.
With GBAS taken as an example application for GNSS total simulations, GAST-F demonstrated its capability to operate independently from ionospheric threats. GAST-C on the other hand suffered significantly from the simulated ionospheric effects. Even though the number of simulations conducted is not sufficient for demonstrating all requirements, the general usability of this approach could be verified.
In der Realität sind die Messungen der Satellitennavigation anfällig für verschiedene Fehler. Aus diesem Grund werden auch auf die simulierten idealisierten Messungen verschiedene Fehler aufgeschlagen. Diese ergeben sich aus der Modellierung der verschiedenen Fehlereinflüsse. Dadurch ist es möglich, GNSS"=Messungen zu simulieren, die nicht von realen Messungen unterscheidbar sind.
Im Rahmen dieser Arbeit wird die Nutzung der Gesamtsystemsimulation am Beispiel des Ground Based Augmentation System (GBAS) demonstriert. GBAS bietet verschiedene Dienste an, um Präzisionsanflüge von Luftfahrzeugen zu ermöglichen. Eine der größten Bedrohungen für die Leistungsfähigkeit von GBAS sind anomale Störungen in der Ionosphäre, bei denen starke Gradienten der ionosphärischen Verzögerung zu signifikanten Positionsfehler führen können. Neben dem bereits operationell verwendeten GBAS"=Dienst (GAST-C) existiert ein erstes Konzept für einen ionosphärenfreien Mehrfrequenzdienst (GAST-F), der komplett unabhängig von ionosphärischen Störungen operieren soll.
Zur Validierung wurde die GNSS"=Gesamtsystemsimulation in dieser Arbeit so erweitert, dass beide GBAS"=Dienste simuliert und miteinander verglichen werden konnten. Hierzu wurden verschiedene potentielle Fehler modelliert und in der Simulationsumgebung umgesetzt. Basierend auf verteilten Monte"=Carlo"=Simulationen wurde dann mit einer Navigationsbibliothek die Leistungsfähigkeit von GAST-C und GAST-F mit anomalen Ionosphärenfronten simuliert.
Die Ergebnisse zeigen, dass mit dem gewählten Ansatz eine Simulation von Systemen auf Basis der Satellitennavigation möglich ist. Es konnte gezeigt werden, dass die Leistungsfähigkeit des GAST-F Dienstes von den ionosphärischen Einflüssen unabhängig ist. Auch wenn keine vollständige Nachweisführung für die Leistungsfähigkeit von GAST-F durchgeführt wurde, zeigt diese Arbeit die mögliche Nutzung der GNSS"=Gesamtsystemsimulation zur Erprobung sicherheitskritischer Anwendungen auf Basis der Satellitennavigation. This thesis introduces total system simulations of global navigation satellite systems (GNSS). GNSS total simulations emulate all components also involved in real-world satellite navigation, i.e. the space segment, the control segment, and the user segment. For this, the outputs of a real GNSS receiver are emulated, providing idealized GNSS measurements without any errors first.
Being affected by various sources in reality, such errors also have to be added to the idealized measurements in order to obtain realistic measurements. To this end, various sources of GNSS errors have been modelled and implemented in the existing navigation framework TriPos. Ideally, the resulting GNSS measurements cannot be distinguished from actual measurements output by GNSS receivers.
For this, the implemented GNSS total simulation uses the same interfaces as real GNSS receivers, so that each subsequent processing can use inputs from either real or simulated GNSS receivers. This enables the use of GNSS total simulations as a general tool for manifold analyses of different GNSS-based technologies.
For demonstrating the use of GNSS total system simulations, the Ground Based Augmentation System (GBAS) was selected. GBAS offers multiple services for precision approaches of aircraft. It is, however, threatened by anomalies in the Earth's ionosphere. Strong gradients in the ionospheric delay can impede the positioning performance significantly. Thus, next to the CAT-I service already operational today (called GAST-C), a new ionosphere-free dual-frequency service was drafted (called GAST-F). This service is expected to operate independently from any ionospheric disturbances using dual-frequency measurements and corrections.
In order to validate both GBAS services, the total simulation was combined with the GBAS implementation in TriPos. Specific GNSS errors were modelled and implemented based on the GBAS standards. The overall performance of GAST-C and GAST-F in the presence of ionospheric anomalies was assessed with distributed Monte Carlo simulations.
With GBAS taken as an example application for GNSS total simulations, GAST-F demonstrated its capability to operate independently from ionospheric threats. GAST-C on the other hand suffered significantly from the simulated ionospheric effects. Even though the number of simulations conducted is not sufficient for demonstrating all requirements, the general usability of this approach could be verified.
| Erscheinungsdatum | 08.10.2019 |
|---|---|
| Reihe/Serie | NFL-Forschungsberichte ; 2019-13 |
| Verlagsort | Braunschweig |
| Sprache | deutsch |
| Maße | 148 x 209 mm |
| Themenwelt | Technik ► Luft- / Raumfahrttechnik |
| Schlagworte | GAST-F • GBAS • GNSS • Luftfahrt • Simulation |
| ISBN-10 | 3-947623-23-2 / 3947623232 |
| ISBN-13 | 978-3-947623-23-5 / 9783947623235 |
| Zustand | Neuware |
| Informationen gemäß Produktsicherheitsverordnung (GPSR) | |
| Haben Sie eine Frage zum Produkt? |
Mehr entdecken
aus dem Bereich
aus dem Bereich
Prozessautomatisierung, Bioverfahrenstechnik, Advanced Process …
Buch | Softcover (2025)
De Gruyter Oldenbourg (Verlag)
CHF 76,90
Grundlagen, Mathematik, Kartenkunde, leistungsbasierte Navigation
Buch | Softcover (2022)
De Gruyter Oldenbourg (Verlag)
CHF 102,10
Learning-Based BI-Level Models and Algorithms
Buch | Softcover (2025)
De Gruyter (Verlag)
CHF 125,90
