MCGS

Entwicklung eines kooperativen Mehrzweck-GNSS-Servers

MCGS

Ziele

  • Entwicklung eines innovativen, kooperativen Mehrzweck-GNSS-Servers, der folgende Eigenschaften erfüllen soll:
    • Erhöhung der Positionsgenauigkeit für Massenmarkt-Empfänger, indem Vorteile der kooperativen Datenverarbeitung genutzt werden
    • Bereitstellung eines Nahezu-Echtzeit-Services
    • Aufstellen des Verhältnisses zwischen bester Positionierungsqualität und Kosten mit einem hohen Flexibilitätsgrad
  • Durchführung einer Studie betreffend ionosphärischer und troposphärischer Fehlerminderungsstrategien anwendbar in MCGS

Kurzbeschreibung

Heutzutage spielen globale Satellitennavigationssysteme (GNSS) eine beträchtliche Rolle in zahlreichen Bereichen unseres täglichen Lebens, beginnend bei Freizeit, Sport und Selbstfahrern bis hin zu Transport und hochgenauen Vermessungsanwendungen, um nur einige zu nennen. Eine Vielzahl von GNSS-Empfängern wird dafür verwendet. Diese setzen sich zusammen aus kostengünstigen Massenmarktempfängern (zB in Smartphones oder Tracker) sowie auch Highend-Mehrfrequenz-Empfängern, die in professionellen Industrieanwendungen verwendet werden. 

In vielen Bereichen ist die Positionsgenauigkeit von einfachen GNSS-Empfängern nicht ausreichend. Aus diesem Grund wurden differentielle oder relative GNSS-Methoden entwickelt. Obwohl diese Ansätze die höchste Genauigkeit erreichen, sind die Kosten enorm. Im Rahmen dieses Projektes wird ein kooperativer Mehrzweck-GNSS-Server (MCGS) entwickelt. Die Idee ist, die Positionsgenauigkeit aller GNSS-Nutzer innerhalb einer bestimmten Region zu verbessern, indem man sie mithilfe eines kooperativen Netzwerks organisiert. Für diesen Zweck übertragen alle GNSS-Empfänger ihre Rohbeobachtungsdaten oder Koordinaten (im Fall von sehr kostengünstigen Empfängern) an eine zentrale Verarbeitungseinrichtung. Danach werden ausgeklügelte Datenmanagement- und GNSS-Lösungsalgorithmen serverseitig verwendet, um die Position jedes einzelnen Empfängers zu berechnen. Das wird nahezu in Echtzeit durchgeführt und die endgültige Position wird an den Nutzer zurückgeschickt. Durch diese Strategie wird die Positionsgenauigkeit aller vernetzten Nutzer erhöht, da differentielle oder relative GNSS-Methoden angewendet werden können, die für autonome Empfänger nicht möglich gewesen wären. 

Abhängig von der Anzahl der vernetzten Nutzer und den Beobachtungen, die sie übermitteln (zB Code-Pseudoentfernungen, Phasemessungen etc.), können Methoden wie Precise Point Positioning (PPP), differentielles GNSS (DGNSS) oder sogar Real Time Kinematic (RTK) durchgeführt werden. Für einfache Massenmarkt-GNSS-Chips, die lediglich die endgültige Position liefern, können diese Ansätze nicht implementiert werden. Nichtsdestotrotz bietet MCGS einen Positionskorrekturmodus für diese Empfänger. Dies wird erreicht, indem standardmäßige Einzelpunktbestimmungsalgorithmen von Massenmarktempfängern serverseitig durch die Nutzung von präzisen Daten (zB Satellitenephemeriden, ionosphärische Modelle) von externen Quellen anstatt von Broadcast-Daten rekonstruiert werden. Im Fall, dass ein oder mehrere Mehrfrequenz-Empfänger mit dem Server verbunden sind, können atmosphärische Modelle abgeleitet werden. Im Projekt wird eine Machbarkeitsstudie bezogen auf lokale atmosphärische Modelle und ihre Implementierung innerhalb von MCGS durchgeführt. 

Das Ergebnis des Projekts ist ein MCGS-Demonstrator, der imstande ist, mehrere Nutzer innerhalb mehrerer Nutzerpools abzufertigen. State-of-the-Art-Datentransfer- und -Managementstrategien, die fähig sind, eine große Anzahl von Nutzern abzuhandeln, werden implementiert. Die Mehrbenutzerfunktionalität folgt dem Konzept der modernen Internet-Phänomene, wie soziale Netzwerke, Peer-to-Peer-Kommunikation und Cloud Computing, mit dem Ziel, allen vernetzten Anwendern durch einen kooperativen Ansatz Nutzen zu bringen. Neben einer erhöhten Positionsgenauigkeit für alle Nutzer zielt MCGS darauf ab, eine kostengünstige Lösung sowohl für Nutzer als auch für Provider zu sein. Durch das Bereitstellen von differentiellen oder relativen GNSS-Methoden mithilfe von mehreren Empfängern können Kosten für Equipment und Instandhaltung von Referenzstationen und Nutzergebühren für Referenzdatenanbieter gespart werden. Neben der technischen Analyse und den Tests werden eine betriebswirtschaftliche Analyse und ein Fahrplan zu einem späteren Produkt/Service erstellt. 

Facts

Projektpartner

  • TeleConsult Austria GmbH (Projektleitung)
  • Brimatech Services GmbH
  • Abteilung für Geodäsie und Geoinformation, Technische Universität Wien

Finanzierung

  • Österreichische Forschungsförderungsgesellschaft (FFG) innerhalb von ASAP10

Status

  • Erfolgreich abgeschlossen im Jahr 2016