Was sind die größten Herausforderungen und Vorteile des Einsatzes von GNSS/INS für autonome Fahrzeuge?

1 Methoden zur GNSS/INS-Integration

Es gibt verschiedene Methoden zur Integration von GNSS- und INS-Daten, abhängig vom Grad der Kopplung und der Architektur des Systems. Die einfachste Methode ist die lose Kopplung, bei der die GNSS- und INS-Ausgaben separat verarbeitet und dann mit einem Filter, z. B. einem Kalman-Filter, kombiniert werden. Der Vorteil dieser Methode besteht darin, dass sie einfach zu implementieren ist und keinen Zugriff auf die GNSS-Rohmessungen oder das INS-Fehlermodell erfordert. Der Nachteil ist, dass die INS-Fehler oder die GNSS-Ausfälle nicht in Echtzeit korrigiert werden können. Eine fortschrittlichere Methode ist die enge Kopplung, bei der die GNSS-Rohmessungen und die INS-Ausgaben zusammen mit einem einzigen Filter verarbeitet werden. Der Vorteil dieser Methode besteht darin, dass sie die Genauigkeit und Robustheit der PNT-Lösung verbessern kann, indem sie die Redundanz und Korrelation der GNSS- und INS-Daten ausnutzt. Der Nachteil besteht darin, dass der Zugriff auf die GNSS-Rohmessungen und das INS-Fehlermodell erforderlich ist, die für einige Geräte möglicherweise nicht verfügbar oder kompatibel sind. Eine dritte Methode ist die ultraenge Kopplung, bei der die GNSS- und INS-Daten auf Signalebene integriert werden, wobei die INS-Ausgänge verwendet werden, um die GNSS-Signalverfolgung und -erfassung zu unterstützen. Der Vorteil dieser Methode besteht darin, dass sie die Leistung des GNSS-Empfängers in schwierigen Umgebungen verbessern kann, wie z. B. bei niedrigem Signal-Rausch-Verhältnis (SNR), hoher Dynamik oder Störsendern. Der Nachteil ist, dass ein hohes Maß an Synchronisation und Kommunikation zwischen den GNSS- und INS-Komponenten erforderlich ist, was die Komplexität und die Kosten des Systems erhöhen kann.

2 GNSS/INS-Herausforderungen

Trotz der potenziellen Vorteile der GNSS/INS-Integration gibt es immer noch einige Herausforderungen, die bewältigt werden müssen, um die optimale Leistung des Systems zu gewährleisten. Eine der größten Herausforderungen ist die Kalibrierung und Ausrichtung der GNSS- und INS-Sensoren, bei der es darum geht, ihre relative Position, Ausrichtung und Zeitversätze zu bestimmen. Diese Parameter wirken sich auf die Genauigkeit und Konsistenz der PNT-Lösung aus und müssen regelmäßig mithilfe externer Referenzen oder Algorithmen geschätzt und aktualisiert werden. Eine weitere Herausforderung ist die Auswahl und Konfiguration des Filters, der die GNSS- und INS-Daten fusioniert, was die Auswahl des geeigneten Modells, der Parameter und der Eingaben für das System beinhaltet. Der Filter muss die Unsicherheiten und Fehler der GNSS- und INS-Daten sowie die Dynamik und Umgebung des Fahrzeugs berücksichtigen. Der Filter muss auch anpassungsfähig sein und auf Änderungen der Verfügbarkeit und Qualität der GNSS- und INS-Daten reagieren, wie z. B. Signalverlust, Verschlechterung oder Spoofing. Eine dritte Herausforderung ist die Validierung und Verifizierung des GNSS/INS-Systems, bei der seine Leistung unter verschiedenen Szenarien und Bedingungen getestet und bewertet wird. Der Validierungs- und Verifizierungsprozess muss die Genauigkeit, Zuverlässigkeit, Integrität und Verfügbarkeit der PNT-Lösung sowie die Sicherheit und Effizienz des Fahrzeugs berücksichtigen.

3 Vorteile von GNSS/INS

Trotz der Herausforderungen bietet die GNSS/INS-Integration viele Vorteile für autonome Fahrzeuge, insbesondere im Hinblick auf die Verbesserung ihrer PNT-Fähigkeiten und die Ermöglichung ihres Betriebs in verschiedenen Umgebungen. Einer der Hauptvorteile besteht darin, dass die GNSS/INS-Integration die Genauigkeit und Präzision der PNT-Lösung verbessern kann, indem die komplementären Stärken von GNSS und INS kombiniert werden. GNSS liefert absolute und globale Positions- und Zeitinformationen, während INS relative und lokale Bewegungs- und Orientierungsinformationen liefert. Durch die Integration dieser Daten kann das System die Fehler und Verzerrungen jedes Sensors reduzieren und eine genauere und konsistentere PNT-Lösung bereitstellen. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass die GNSS/INS-Integration die Robustheit und Ausfallsicherheit der PNT-Lösung erhöhen kann, indem die Schwächen und Schwachstellen von GNSS und INS gemindert werden. GNSS ist anfällig für Signalstörungen, Jamming, Spoofing und Mehrwegeeffekte, während INS im Laufe der Zeit unter Drift und Rauschakkumulation leidet. Durch die Integration dieser Daten kann das System diese Anomalien erkennen und korrigieren und eine zuverlässigere und vertrauenswürdigere PNT-Lösung bereitstellen. Ein dritter Vorteil besteht darin, dass die GNSS/INS-Integration die Abdeckung und Kontinuität der PNT-Lösung erweitern kann, indem die Lücken und Ausfälle von GNSS und INS kompensiert werden. GNSS ist in einigen Umgebungen, wie z. B. in Häuserschluchten, Tunneln, Brücken oder Wäldern, möglicherweise nicht verfügbar oder ausreichend, während INS ohne externe Referenzen möglicherweise keine langfristigen PNT-Informationen bereitstellen kann. Durch die Integration dieser Daten kann das System die PNT-Lösung unter Verwendung der verfügbaren und gültigen Daten warten und aktualisieren und eine kontinuierlichere und nahtlosere PNT-Lösung bereitstellen.

4 Hier ist, was Sie sonst noch beachten sollten

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