Satellitennavigation_I

Satellitennavigation I (Modul 1084)

Studiengang: Luft- und Raumfahrttechnik Modultyp: Pflicht
Workload gesamt (h): 180 Stunden ECTS-Punkte: 6
-> Präsenzzeit (h): 90 Stunden Lehrformen:
-> Selbststudium (h): 90 Stunden TWS: 6 Stunden

 
Modulbestandteile:
10841 Globale Satellitennavigationssysteme ( Vorlesung ( PF) - 2 TWS )
10842 Globale Satellitennavigationssysteme ( Übung ( PF) - 1 TWS )
10843 Differentielle GNSS-Verfahren ( Vorlesung ( PF) - 1 TWS )
10844 Differentielle GNSS-Verfahren ( Übung ( PF) - 1 TWS )
10845 Schätzverfahren der integrierten Navigation (Vorlesung (PF) - 1 TWS )
10846 Schätzverfahren der integrierten Navigation ( Übung ( PF) - 1 TWS)

 
Modulverantwortlicher:
Prof. Thomas Pany

 
Inhalt:
1) Globale Satellitennavigationssysteme (GNSS)
• Grundlagen: Referenzsysteme, Zeitsysteme, Satellitenorbits, Aufbau
  eines GNSS
• gegenwärtige Satellitennavigationssysteme: NAVSTAR GPS (USA),
  GLONASS (Russland); Weltraumsegment, Bodensegment und Nutzersegment
  (Empfänger)
• zukünftige Satellitennavigationssysteme: GALILEO (Europa), COMPASS
  (China); Abgrenzung zu den vorhandenen Systemen, GNSS
  Evolution Programme
• Ergänzungssysteme: WAAS, EGNOS, MSAS, GAGAN, QZSS u.a.
• Bestimmung von Position, Geschwindigkeit, Beschleunigung und
  Zeit: Einführung in die Auswertung von GNSS-Daten (Standardpositionierung
  mit Code-Strecken, Auswertung von Doppler- oder Phasenmessungen
  zur Geschwindigkeits- und Beschleunigungsbestimmung,
  Zeittransfer)

 
2) Differentielle GNSS-Methoden (DGNSS)
• Einführung, Motivation und Zielsetzung für DGNSS
• Beobachtungsgleichungen, Fehlerbudget und Korrekturansätze
• LAAS (lokale differentielle Systeme) und WAAS („wide area“ Systeme)
• Hochpräzise Korrekturkonzepte
• Ansätze im wissenschaftlichen Bereich
• Militärisches DGNSS: JPALS, WAGE und Talon NAMATH
• Anwendungsspektrum

 
3) Schätzverfahren der integrierten Navigation
• Systemkonzept der Integrierten Navigation
• Multisensorsysteme und Redundanzkonzepte
• Sensoren und Messwerte der Navigation
• Kalman Filter: Lineares dynamisches Fehlermodell, Bebachtungsgleichungen,
  Ableitung des Optimalschätzers, Algorithmus, Elementares
  Beispiel, numerisch stabile Formen
• Anwendung bei der GPS/INS Integration: Lose Kopplung (Loosely
  Coupling), Enge Kopplung (Tightly Coupling), Ultraenge Kopplung
  (Ultra - Tightly Coupling), Tiefe Kopplung (Deeply Coupling)
• Beispiele und Leistungsfähigkeit Integrierter Navigationssysteme in
  Schifffahrt, Luftfahrt, Landverkehr und Raumfahrt

 
Qualifikationsziele:
Globale Satellitennavigationssysteme spielen in vielen Berufsfeldern,
aber auch im privaten Bereich (Freizeit-Gestaltung) eine inzwischen
sehr wichtige Rolle.
• Die Absolventen besitzten einen Überblick über die existierenden
  und zukünftigen (bzw. modernisierten) globalen Satellitennavigationssysteme
  (GNSS), sowohl über die wichtigen Grundlagen als
  auch über die Systemarchitektur und die Systemgliederung (Segmente).
• Weiterhin kennen sie Ergänzungssysteme und die Auswertemethodik.
  Die Anwendungen für zivile als auch militärische Nutzer sind ihnen
  bekannt.
• Sie haben durch die Lehrveranstaltung "Differentielle GNSS-Verfahren"
  fundierte Kenntnisse über die Methoden zur Verbesserung
  konventioneller GNSS Positionierungs-Techniken, inkl. der heute
  verfügbaren und für die Zukunft geplanten Entwicklungen einschließlich
  der militärischen Systeme, erworben.
• Im Rahmen des Abschnitts "DGNSS-Methoden" haben sie sich das
  Verständnis für die Datenverarbeitung, Algorithmen sowie das Fehlerbudget
  der differentiellen GNSS-Technik, was als Voraussetzung
  für die Erarbeitung der Realisierungskonzepte angesehen werden
  kann, erarbeitet.
• Sie haben Grundkenntnisse über Schätzverfahren in hybriden
  Navigationssystemen erworben.
• Sie verstehen das Zusammenwirken der verschiedenen Messwerte
  und den grundlegenden Rechengang des Kalman Filters.
• Sie verstehen das Zusammenwirken der verschiedenen Sub-Systeme
  und die zugrunde liegenden Technologien.
• Sie haben einen Überblick über die Multisensornavigation in verschiedenen
  Anwendungsbereichen (Schifffahrt, Landverkehr, Luftfahrt,
  Raumfahrt) erhalten.

 
Voraussetzungen:
Mathematik, Experimentalphysik, Messtechnik, Messtechnik und Regelungstechnik.

 
Verwendbarkeit:
Erweiterung des Grundwissens im Gebiet "Satellitennavigation" um
Kenntnisse der existierenden und zukünftigen Systeme sowie um die wichtigen Verfahren der differentiellen Positionierung, die im zivilen und militärischen
Bereich zu Erzielung höherer Genauigkeiten sowie zur Verbesserung der Integrität eine hohe Bedeutung haben. Spezialkenntnisse auf dem (zivil und) militärisch wichtigen Gebiet der hybriden Navigation.

 
Leistungsnachweis:
Schriftliche Prüfung 90 Minuten (Hilfsmittel: nicht-programmierbarer
Taschenrechner) oder mündliche Prüfung 30 Minuten.

 
Sonstige Bemerkungen:
Zuordnung zu den Studienschwerpunkten siehe Tabelle am Anfang
des Dokumentes.

 
Literatur:
• Brown R.G., Hwang P.Y.C.: Introduction to Random Signals and
  Applied Kalman Filtering. 3rd edition. New York: John Wiley & Sons,
  1997.
• ESA (Hrsg): EGNOS - the European geostationary navigation overlay
  system. Noordwijk: ESA Publications Divivison, 2006.
• Hofmann-Wellenhof B.: GNSS - Global Navigation Satellite Systems.
  Wien: Springer-Verlag, 2008.
• Lawrence A.: Modern Inertial Technology - Navigation, Guidance
  and Control. Berlin: Springer-Verlag, 1998.
• Leick A.: GPS satellite surveying. New York: Wiley, 1995.
• Misra P., Enge P.: Global Positioning System - Signals, Measurements,
  and Performance. Second Edition. Lincoln, MA, USA:
  Ganga-Jamuna Press, 2006.
• Parkinson B.W., Spilker J.J. (Hrsg): Global Positioning System -
  Theorie and Applications, Volume 1. Progress in Astronautics and
  Aeronautics, Volume 163. Cambridge, 1996.
• Parkinson B.W., Spilker J.J. (Hrsg): Global Positioning System -
  Theorie and Applications, Volume 2. Progress in Astronautics and
  Aeronautics, Volume 164. Cambridge, 1996.
• Seeber G.: Satellite geodesy. Berlin: Verlag de Gruyter, 2003.
• Titterton D.H., Weston J.L.: Strapdown inertial navigation technology.
  AIAA, 2005.

 
Dauer und Häufigkeit:
Das Modul dauert ein Trimester, es findet im Frühjahrstrimester des 1.
Master-Studienjahres statt.

 
Prüfungstermin:
15.12.2014 13:00  Geb 43/110