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Kooperatives Integrity-Monitoring von Navigationssignalen

IP.com Disclosure Number: IPCOM000203736D
Original Publication Date: 2011-Jan-31
Included in the Prior Art Database: 2011-Jan-31
Document File: 7 page(s) / 303K

Publishing Venue

Siemens

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Abstract

Navigationssatelliten senden Funksignale aus, so dass ein Navigationsempfänger aus den empfangenen Signalen seine Position bzw. Geschwindigkeit und Uhrzeit bestimmen kann. Es existieren unterschiedliche Satellitennavigationssysteme wie GPS (Global Positioning System), GALILEO, GLONASS (GLObalnaya NAvigatsionnaya Sputnikovaya Sistema), Beidou/Compass. Diese Systeme bieten teilweise unterschiedliche Dienste für unterschiedliche Anwendergruppen (z.B. Open Service, Commercial Service, Safety of Life Service, Public Regulated Service). Nur einige dieser Dienste verfügen über einen Integritätsschutz, so dass ein Empfänger zuverlässig erkennen kann, ob seine ermittelte Position innerhalb bestimmter statistischer Abweichungen korrekt ist. Bei einer auf Funksignalen basierenden Lokalisierung, beispielsweise bei einem Satellitennavigationssystem, muss das Funksignal selbst integer sein, d.h. es muss sich um das von einem Satelliten ausgestrahlte Originalsignal und nicht eine verzögerte Kopie oder verfälschte Version handeln. Andernfalls werden beispielsweise falsche Laufzeiten und darauf basierend Entfernungen bzw. Pseudo-Ranges ermittelt. Daher besteht ein Bedarf, die Integrität eines Satellitennavigationssignals zu prüfen.

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Kooperatives Integrity-Monitoring von Navigationssignalen

Idee: Dr. Rainer Falk, DE-München

Navigationssatelliten senden Funksignale aus, so dass ein Navigationsempfänger aus den empfangenen Signalen seine Position bzw. Geschwindigkeit und Uhrzeit bestimmen kann. Es existieren unterschiedliche Satellitennavigationssysteme wie GPS (Global Positioning System), GALILEO, GLONASS (GLObalnaya NAvigatsionnaya Sputnikovaya Sistema), Beidou/Compass. Diese Systeme bieten teilweise unterschiedliche Dienste für unterschiedliche Anwendergruppen (z.B. Open Service, Commercial Service, Safety of Life Service, Public Regulated Service). Nur einige dieser Dienste verfügen über einen Integritätsschutz, so dass ein Empfänger zuverlässig erkennen kann, ob seine ermittelte Position innerhalb bestimmter statistischer Abweichungen korrekt ist.

Bei einer auf Funksignalen basierenden Lokalisierung, beispielsweise bei einem Satellitennavigationssystem, muss das Funksignal selbst integer sein, d.h. es muss sich um das von einem Satelliten ausgestrahlte Originalsignal und nicht eine verzögerte Kopie oder verfälschte Version handeln. Andernfalls werden beispielsweise falsche Laufzeiten und darauf basierend Entfernungen bzw. Pseudo-Ranges ermittelt. Daher besteht ein Bedarf, die Integrität eines Satellitennavigationssignals zu prüfen.

Beim GPS-System und anderen satellitengestützen Positionsverfahren ist ein Integritätsmonitoring bekannt. Dabei wird die Integrität der Satellitensignale überprüft. Diese Prüfung kann durch Bodenstationen, andere Satelliten oder durch Flugzeuge erfolgen. Bei einem erkannten Problem kann angezeigt werden, dass das Signal nicht für Sicherheitsanwendungen wie beispielsweise eine Landeanflugskontrolle geeignet ist. Diese Integritätsinformation wird Empfängern über das Lokalisierungssatellitensignal selbst oder über ein separates Overlay-System bereitgestellt.

Weiterhin ist eine empfängerintegrierte Integritätsüberwachung bekannt (Receiver Autonomous Integrity Monitoring, RAIM). Dabei erkennt ein GPS-Empfänger, wenn von mindestens fünf Satelliten ausgesendete Funksignale inkonsistent sind (Fault Detection). Bei mindestens sechs empfangenen Satellitensignalen ist darüber hinaus bestimmbar, welches Satellitensignal fehlerhaft, d.h. inkonsistent zu den anderen Satellitensignalen ist. Dabei kann dieses Signal identifiziert werden und bei der Positionsbestimmung nicht berücksichtigt werden (Fault Detection and Elemination).

Die bekannten RAIM-Verfahren gehen jedoch von zufälligen Fehlern aus, beispielsweise durch einen fehlerhaften Satelliten, nicht von absichtlichen Manipulationen wie das Aussenden von manipulierten, gefälschten Störsignalen. Insbesondere wird davon ausgegangen, dass nur ein Satellitensignal fehlerhaft ist. Es wird lediglich die Redundanz der Information genutzt, um das eine...