GNSS in der Raumfahrt

Wahlfach, Modulnummer: 35061, 35062

 

Dozent:  Prof. Dr. Thomas Pany

Übungsleitung: 

 

 

Termine

Vorbesprechung: Dienstag 8.1.2019, Geb. 33 HS 1331, 16:45

 Die Lehrveranstaltung wird als direkt betreute Veranstaltung ähnlich zu einem Seminar geführt. Der Vorlesungsstoff wird vorab den Studierenden bekanntgegeben und ist vor der Lehrveranstaltung zumindest überblicksartig anzusehen. Basierend auf dem Vorwissen der Teilnehmer werden dann in der Veranstaltung die offenen und die wichtigen Punkte diskutiert und vertieft. Die Veranstaltung beinhaltet einen signifikanten Übungsteil.  

Wichtige Ankündigung

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Inhalt:
GNSS ist in diesem Bereich der Raumfahrt eine Zukunftstechnologie, da es die Möglichkeit liefert, eine präzise Position im All autonom zu bestimmen und zusätzlich vergleichsweise kostengünstig ist. Jedoch unterscheiden sich die Anforderungen an den GNSS-Empfänger in der Raumfahrt teilweise grundlegend von jenen an herkömmliche Empfänger (zB. KFZ-Navi). Zum einen sind die Anforderungen an den Formfaktor, Gewicht und Stromverbrauch zu nennen sowie auch die Strahlungsrobustheit. Zum anderen unterscheiden sich die empfangenen Signale durch die teilweise geringe Signalleistung, die hohe Signaldynamik und die schlechte Sichtbarkeit der GNSS-Satelliten.

Das Kernelement eines Satelliten-GNSS-Empfängers ist es, die gute Vorhersagbarkeit der Bewegung im Weltall (die im Wesentlichen durch Keplerbahnen gegeben ist) in die Signalverarbeitung zu integrieren. Es ist das Ziel der Vorlesung und Übung einen existierenden kommerziellen Softwareempfänger für den Anwendungsfall eines Raketenstarts und LEO-Satelliten zu konfigurieren und um ein einfaches POD Modul zu erweitern. Das Modul wird in MATLAB erstellt und an den Empfänger angebunden.

 

Organisatorisches &  Literatur

Literatur 1

Literatur 2

Literatur 3

Literatur 4

Literatur 5

Literatur 6

Literatur 7

Literatur 8

Literatur 9

Literatur 10

Literatur 11

Literatur 12

Literatur 13

Literatur 14

Literatur 15

  1.  Überblick
    1. Launcher
    2. ATV
    3. LEO/GEO
    4. Marktsegments, Ausblick
  2. GNSS-Empfang im Weltraum
    1. Linkbudget
    2. Antennendiagramm
    3. Space Service Volume
  3. Akquisition von Signalen mit geringer Leistung
    1. Wiederholung der math. Grundlagen
    2. Dopplersuchraum
    3. Übung 1: Adaption eines GNSS-Softwareempfängers zur Detektion von GNSS im LEO
  4. GNSS-Signalverfolgung
    1. Adaption von Trackingloops bei hoher Dynamik
    2. Stützung durch Bahnprädiktion
    3. Übung 2: Adaption eines GNSS-Softwareempfängers zur Signalverfolgung im LEO
  5. Standard Orbit-Kalmanfilter
    1. Wiederholung Keplerelemente
    2. Herleitung der Filtergleichung
    3. Wahl des prozessrauschens
    4. Übung 3: Glättung einer SPP-Lösung mit einem Kalmanfilter (Matlab)
  6. Modellierung weiterer Kräfte
    1. Schwerefeld(er)
    2. Strahlungsdruck
    3. Luftreibung
  7. Einführung in die Orbit Determination Toolbox (ODTBX) (Matlab Paket der NASA)
    1. Aufbau
    2. Übung 4: Konfiguration eines einfachen Beispiels (GNSS+Kalmanfilter)
  8. Analyse ausgewählter Missionen
    1. Kommerzieller Empfänger auf LEO (Technologie-Erprobungs-Träger 1), DLR-Mission
    2. Formationsflug im HEO: NASAs Magnetospheric Multiscale (MMS) mission
    3. Lunar Return
  9. Überblick über GNSS-Empfänger
    1. NAVIGATOR
    2. MOSAIC
    3. AGGA-4
  10. Fragen/Zusammenfassung