GALCS-Mobil

Präzise GNSS gestützte Positionierung für mobile Endgeräte mittels Galileo Commercial Service

GALCS-Mobil

Ziele

Das zentrale Ziel des Projektes ist die Entwicklung von Algorithmen zur PPP-Positionierung einfacher Massenmarktendgeräte im PPP Modus

Kurzbeschreibung

Die GNSS-gestützte Einzelpunktbestimmung mittels GPS SPS (Standard Positioning Service) oder Galileo OS (Open Service) Diensten erlaubt heute eine Koordinatenbestimmung im +/-3-5 m Bereich bei guter Satellitengeometrie. Höhere Genauigkeiten sind mittels kommerziellen, meist bodengestützten, Korrekturdiensten im Differenzverfahren zu erzielen (bis in den cm-Bereich (RTK)), wobei das mobile Endgerät im Prinzip ein 2-Frequenzempfänger im gehobenen Preissegment mit RTCM-Funktionalität sein muss. Es ist desweiteren möglich über geostationäre Satelliten (GEOs) mittels SIS (Signal in Space) globale Korrekturdaten für eine Positionierung im dm-Bereich gegen Entgelt zu beziehen, wobei ebenfalls höherwertige Endgeräte benötigt werden und zudem die GEOs im bereits nur leicht verbauten Gebiet nicht mehr sichtbar sind. Für eine Vielzahl heutiger Positionierungsaufgaben wäre eine Genauigkeit von 1-2 dm ausreichend, allerdings sollte dies mit sehr günstigen Empfängern, im besten Fall mit den in Smartphones integrierten GNSS-Empfängern, erreichbar sein.

Im Rahmen der Galileo-Services ist vorgesehen ab dem Zeitraum 2020/21 über die Galileo Satelliten auch einen kostenpflichtigen SIS Dienst (Commercial Service (CS)) anzubieten. Dieser umfasst zwei Kernfelder, nämlich einen High-Accuracy Service (HA) und einen Authentifizierungsdienst (AU). Die entsprechenden Korrektur- und Authentifizierungscodes sollen vorrangig den Galileo Trägerwellen im E6-Band (E6B, E6C) bzw. E1-Band (open-AU) aufmoduliert werden. Die Mehrzahl der Galileo-Satelliten ist zu diesem Zweck direkt und weitgehend permanent mit den Upload-Stationen des Bodensegments in Verbindung, um möglichst aktuelle Bahn- und Uhrkorrekturen den Nutzern zur Verfügung stellen zu können. Der HA-Dienst verspricht auf Basis von globalen Satellitenbahn- und Uhrkorrekturen im PPP-Mode (Precise Point Positioning) für Nutzer mit geodätischen High-End GNSS –Empfängern Positionsgenauigkeiten im <1dm-Bereich (nach einer Koordinaten-Konvergenzzeit von ca. 10-20 Minuten). Die Korrekturdaten werden von einem sogenannten Commercial Service Provider (CSP) geliefert. Dieser überträgt in Echtzeit seine Korrekturdaten an das GSC (Galileo Service Center) von dem aus die Daten an die Galileo Satelliten hochgeladen werden. Die Dekodierung des E6B Datensignals erfordert auf Nutzerseite die Kenntnis eines Schlüssels. Auf der Weitergabe dieses Schlüssels an die Nutzer basiert das Geschäftsmodell des CSP. Abbildung 2 zeigt die geplante Architektur (das Interface zwischen CSP und GSP) des Galileo Commercial Service High Accuracy.

Der Vorteil gegenüber derzeitigen SIS-Diensten für den CSP besteht in der Abstrahlung der Korrekturdaten über Satelliten in inklinierten MEO (Medium Earth Orbiter) ahnen, welche damit Nutzer über den gesamten Globus erreichen können. Derzeit sind diese Dienste vor allem durch die geostationären Bahnen ihres Satellitensegments  egrenzt. Eine Erhöhung der Galileo Uplink Kapazitäten (20 ULS) erlaubt es, in Echtzeit Korrekturdaten an 20 Galileo Satelliten gleichzeitig hochzuladen.

Andererseits ist es seit Mitte 2016 möglich, auf die rohen GNSS Code- und Phasenbeobachtungen mobiler Endgeräte mit dem Betriebssystem Android zuzugreifen (siehe  z.B. https://developer.android.com/guide/topics/sensors/gnss.html).Vor diesem Zeitpunkt konnten nur die intern im mobilen Endgerät berechneten Positionen ausgelesen werden. Derzeit werden zur Positionierung von Smartphones vor allem die Daten von GPS genutzt, jedoch ist auch bereits eine Reihe von Endgeräten am Markt (Samsung, Huawei), welche Messungen zu mehreren oder allen GNSS Systemen, darunter auch Galileo, durchführen. Der Vorteil auf die rohen Messungen zugreifen zu können ist mannigfaltig. Einerseits kann die Qualität der Messgrößen nun realistisch berechnet werden und andererseits wird es nun möglich komplexere Auswertemodelle, die auch die Phasenmessdaten berücksichtigen, zu implementieren. Zudem bekommt der Nutzer nun die Möglichkeit die von der Atmosphäre (Troposphäre, Ionosphäre) verursachten Streckenfehler selbst zu modellieren, im Gegensatz zu den bisher benutzten meist sehr einfachen und teilweise proprietären Modellansätzen.

Da der Galileo CS derzeit vor allem auf den High-End-GNSS Receiver Markt abzielt (zumindest 2-3 Frequenzempfänger) sollen im Rahmen dieses Projektes die Auswertemodelle und technischen Voraussetzungen erarbeitet werden, um Besitzer einfacher mobiler Endgeräte unter Nutzung der aufgenommenen GPS/Galileo Beobachtungsdaten, den vom Galileo CS HA Service bereitgestellten globalen Korrekturdaten und im Konsortium verfügbaren atmosphärischen Modellen auf wenige dm (+/- 1-2dm) genau zu positionieren. Die Positionsberechnung erfolgt an einem beim Betreiber installierten Server und soll sowohl für statische wie auch kinematische (bewegte) Nutzer realisiert werden. Die dem Nutzer rückübermittelten Positionen können als Mehrwert auch über den freien Galileo CS AU Dienst (Galileo E1) authentifiziert werden. Allfällig aufgenommene Messdaten anderer GNSS (GLONASS, Beidou) werden in diesem Projekt nicht verwendet, um einerseits die Komplexität der Auswertung zu reduzieren und weil diese Systeme nicht vom Galileo CS-HA Dienst unterstützt werden.

Facts

Projektpartner

  • Technische Universität Wien (Koordinator)
  • TeleConsult Austria GmbH