OPA3L – Optimal assistierte, hoch automatisierte, autonome und kooperative Fahrzeugnavigation und Lokalisation

Autonomes Fahren – eines der brisantesten und komplexesten Themen der heutigen Mobilität. Eine Kernkompetenz eines autonomen Fahrzeugs ist dessen zuverlässige und präzise Navigation. Dies wird durch eine Vielzahl von Sensoren realisiert, denen verschiedenste Messprinzipien zugrunde liegen, um die Unzulänglichkeiten einzelner Sensoren durch andere auszugleichen. Zu den prominentesten Vertretern solcher Sensoren zählen unter anderen eine Inertial Measurement Unit (IMU), die mittels Trägheitssensoren Beschleunigungen und Drehraten misst, LiDAR Sensoren (Light Detection and Ranging), welche mittels abtastender Laser eine 3D Punktwolke von ihrer Umgebung erstellen können, und GNSS-Empfänger (Global Navigation Satellite System), die ihre Position auf der Erde durch Radiosignale bestimmen, die von Satelliten ausgesandt werden.

Eine absolute Position, sprich eine Koordinate auf einer Karte liefert dabei nur Letzteres. Die Berechnung einer hochgenauen Positionslösung aus GNSS, wie sie für die Anwendung im autonomen Fahren notwendig ist, bedarf spezieller Algorithmen (zum Beispiel dem sogenannten „Precise Point Positioning“) und Zusatzinformationen über die Qualität und die äußeren Einflüsse auf das Satellitensignal. Zukünftige Generationen von GNSS, allen voran Galileo, senden solche Korrekturdaten gemeinsam mit dem eigentlichen Navigationssignal aus. Diese können am Empfänger dekodiert und an die Berechnung mit angebracht werden.

 

Projektgrafiken

Links: © NovAtel | Mitte: © Spatial Source | Rechts: © NovAtel

Im Projekt OPA3L entwickeln wir eine solche Navigationsengine auf der Basis unseres hauseigenen GNSS Software Empfängers MuSNAT (Multi-Sensor Navigation and Analysis Tool) mit zusätzlicher Sensorfusion. Gemessene GNSS Signale, IMU Daten und LiDAR Punktwolken werden darin verarbeitet, und die daraus gewonnene Information wird zu einer Positionslösung verschmolzen.

In sicherheitskritischen Anwendungen wie im Straßenverkehr reicht die alleinige Berechnung der Position jedoch nicht aus. Diese muss ebenso validiert werden, um die Integrität der Fahrzeugnavigation und die Verkehrsteilnehmer nicht zu gefährden. Dies geschieht durch RAIM-basierte Methoden (Receiver Autonomous Integrity Monitoring), welche aus der zivilen Luftfahrt stammen und für die terrestrische Verwendung im Fahrzeug angepasst werden. Gekoppelt mit den Informationen zusätzlicher Sensoren steht somit eine breit aufgestellte Form der Integritätsprüfung zur Verfügung.


Prof. Dr. Roger Förstner, Professor für Raumfahrttechnik, und Prof. Dr. Thomas Pany, Professor für Satellitennavigation, haben gemeinsam beim Bundesministerium für Wirtschaft und Energie, das Projekt OPA3L „Optimal Assistierte, hoch Automatisierte, Autonome und kooperative Fahrzeugnavigation und Lokalisaton“ eingeworben.

Laufzeit: 01.03.2019 bis 14.02.2023
Förderer: BMWi-Nationales Raumfahrtprogramm – Navigation