Elektronik Informations- und Kommunikationssysteme

Fachhochschule Südwestfalen Wir geben Impulse Automobil Elektrik / Elektronik Informations- und Kommunikationssysteme Veranstaltungsinhalte*    ...
Author: Benjamin Weiß
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Fachhochschule Südwestfalen Wir geben Impulse

Automobil Elektrik / Elektronik Informations- und Kommunikationssysteme

Veranstaltungsinhalte*               

Veranstaltung 1, 01.10.2015: Veranstaltung 2, 08.10.2015: Veranstaltung 3, 15.10.2015: Veranstaltung 4, 22.10.2015: Veranstaltung 5, 29.10.2015: Veranstaltung 6, 05.11.2015: Veranstaltung 7, 12.11.2015: Veranstaltung 8, 19.11.2015: Veranstaltung 9, 26.11.2015: Veranstaltung 10, 03.12.2015: Veranstaltung 11, 10.12.2015: Veranstaltung 12, 17.12.2015: Veranstaltung 13, 07.01.2016: Veranstaltung 14, 14.01.2016: Veranstaltung 15, 21.01.2016:

Einführung ; Wiederholung Elektrotechnik Bordnetze, Generator und Starter Netzarchitektur, Bussysteme und Mikroelektronik Sensorik und Steuergeräte Sensorik 2 Beleuchtung / Lichttechnik Fahrerassistenzsysteme / MMI Fahrerassistenzsysteme 2 Fahrerassistenzsysteme 3 / Erprobung und Versuch Umfeldüberwachung Mediasysteme Telematik Informations- und Kommunikationssysteme e-mobility Autonomes Fahren

Prof. Dr.-Ing. R. Kolke Prof. Dr. Karsten Müller Folie 2 (09/2015) V13

* Plan, Änderungen im Lauf der Veranstaltung möglich

Lernziel

 Die Studenten sollen in die Lage versetzt werden, die technischen Grundlagen zum Thema Informationssysteme und Informationsbeschaffung zu erfassen, mit dem Thema Mensch-Maschine-Interface zu verknüpfen und auf Anwendungen zu beziehen.  Schaffung der Voraussetzung zur Beurteilung und Entwicklung von Fahrerassistenzsystemen und Entwicklung neuer Ideen zur Vernetzung

Prof. Dr.-Ing. R. Kolke Prof. Dr. Karsten Müller Folie 3 (09/2015) V13

Inhalte der Vorlesung 13

1) Navigation und GPS a) Einführung b) Aufbau und Funktionsweise der Ortungsfunktion c) Erzeugung der Laufzeit bei GPS d) Erhöhung der Genauigkeit e) Systemüberblick i.

Weltraumsegment

ii.

Kontrollsegment

iii. Benutzersegment f)

Galileo

g) Galileo und Beidou (Kompass) h) Signale und Frequenzen i)

Antennen

Prof. Dr.-Ing. R. Kolke

Prof. Dr. Karsten Müller Folie 4 (09/2015) V13

Inhalte der Vorlesung 13

2) Navigationssysteme und Komponenten a) Komponenten (A24 aus 13.1 und 13.2 und 13.2.1) b) Datenbank, Positionierung und Map-Matching (A24 aus 13.2.2 bis 13.2.4) c) Routenberechnung und Zielführung (A24 aus 13.2.5 und 13.2.6) 3) ecall – Automatischer Notruf 4) Systemvernetzung 5) C2x

Prof. Dr.-Ing. R. Kolke Prof. Dr. Karsten Müller Folie 5 (09/2015) V13

1.a) Navigation und GPS

 Ein Global Positioning System (GPS; deutsch Globales Positionsbestimmungssystem), offiziell NAVSTAR GPS, ist ein System zur Positionsbestimmung und Navigation auf der Erde und in der Luft durch den Empfang der Signale von Navigationssatelliten.  Die Satelliten teilen über Funk ihre genaue Position und Uhrzeit mit. Zur Positionsbestimmung muss ein Empfänger die Signale von mindestens vier Satelliten gleichzeitig empfangen. Im Empfangsgerät werden die Pseudo-Signallaufzeiten gemessen (von den Satelliten zur Empfangsantenne inklusive Uhrenfehler des Empfängers) und daraus die aktuelle Position (inklusive der Höhe) und der Uhrenfehler ermittelt.  GPS ist seit Mitte der 1990er-Jahre voll funktionsfähig und stellt seit der Abschaltung der künstlichen Signalverschlechterung (Selective Availability) am 2. Mai 2000 auch für zivile Zwecke eine Ortungsgenauigkeit in der Größenordnung von oft besser als 10 Meter sicher. Prof. Dr.-Ing. R. Kolke Prof. Dr. Karsten Müller Folie 6 (09/2015) V13

Quelle: Wikipedia, Abbildung Reif, K., Automobilelektronik

1.a) Navigation und GPS

 GPS war ursprünglich zur Positionsbestimmung und Navigation im militärischen Bereich (in Waffensystemen, Kriegsschiffen, Flugzeugen usw.) vorgesehen. Ein Vorteil ist dabei, dass GPS-Geräte nur Signale empfangen und nicht senden. So kann navigiert werden, ohne dass der Feind Informationen über den eigenen Standort erhält. Heute wird es auch im zivilen Bereich genutzt: in der Seefahrt, Luftfahrt, durch Navigationssysteme im Auto, zur Positionsbestimmung und -verfolgung im Rettungsund Feuerwehrdienst sowie im ÖPNV, zur Orientierung im Outdoor-Bereich etc.  Für die zentrale Kontrolle des GPS ist die 50th Space Wing des Air Force Space Command (AFSPC) der US Air Force auf der Schriever AFB, Colorado zuständig

Prof. Dr.-Ing. R. Kolke Prof. Dr. Karsten Müller Folie 7 (09/2015) V13

Quelle: Wikipedia, Abbildung Reif, K., Automobilelektronik

1.b) Navigation und GPS Aufbau und Funktionsweise der Ortungsfunktion

 NAVSTAR-Satellit der zweiten Generation und Bewegung der Satelliten über der Erde

Prof. Dr.-Ing. R. Kolke Prof. Dr. Karsten Müller Folie 8 (09/2015) V13

Quelle: Wikipedia, Abbildung Reif, K., Automobilelektronik

1.b) Navigation und GPS

Aufbau und Funktionsweise der Ortungsfunktion  Damit ein GPS-Empfänger immer zu mindestens vier Satelliten Kontakt hat, werden insgesamt mindestens 24 Satelliten eingesetzt, die die Erde jeden Sterntag zweimal in einer mittleren Bahnhöhe von 20.200 km umkreisen. Jeweils mindestens vier Satelliten bewegen sich dabei auf jeweils einer der sechs Bahnebenen, die 55° gegen die Äquatorebene inkliniert (geneigt) sind und gegeneinander um jeweils 60° verdreht sind. Ein Satellit ist damit zweimal in 23 Stunden 55 Minuten und 56,6 Sekunden über demselben Punkt der Erde und jeden Tag etwa vier Minuten früher auf dieser Position.  Ein Satellit hat eine erwartete Lebensdauer von 7,5 Jahren, doch funktionieren die Satelliten häufig deutlich länger. Um Ausfälle problemlos zu verkraften, wurden daher bis zu 31 Satelliten in den Orbit gebracht, sodass man auch bei schlechten Bedingungen fünf oder mehr Satelliten verwenden kann. Derzeit benötigt man 60 Tage für das Austauschen eines Satelliten; aus Kostengründen versucht man, diesen Zeitraum auf zehn Tage zu senken, mit dem Ziel, die Satellitenanzahl auf 25 reduzieren zu können.

Prof. Dr.-Ing. R. Kolke Prof. Dr. Karsten Müller Folie 9 (09/2015) V13

Quelle: Wikipedia, Abbildung Reif, K., Automobilelektronik

1.b) Navigation und GPS

Aufbau und Funktionsweise der Ortungsfunktion  Mit Satellitennavigation können Koordinaten, Höhe und Zeit bestimmt werden. Mit dem Global Positioning System (GPS, Verfahren zur weltumfassenden Bestimmung der Position) werden überall auf der Erde folgende zwei Werte ermittelt: − der genaue Standort (Koordinaten: geographische Länge, Breite und Höhe) mit einer Genauigkeit im Bereich von ca. 12 m bis 1mm − die genaue Zeit (Weltzeit: Universal Time Coordinated, UTC) mit einer Genauigkeit im Bereich von 40ns bis zu ca. 5ns.  Aus den Koordinaten und der Zeit können Geschwindigkeit und Bewegungsrichtung (Kurs) abgeleitet werden. Koordinaten und Zeit werden mittels 31 Satelliten bestimmt, welche die Erde umkreisen.

Prof. Dr.-Ing. R. Kolke Prof. Dr. Karsten Müller Folie 10 (09/2015) V13

Quelle: Jean Marie Zogg: ublox:, GPS und GNSS: Grundlagen der Ortung und Navigation mit Satelliten, 11/2011

1.b) Navigation und GPS Aufbau und Funktionsweise der Ortungsfunktion  Die grundlegende Funktion von GPS

 GPS-Empfänger werden zum Positionieren, Orten, Navigieren, Vermessen und Bestimmen der Zeit benutzt und werden von Privaten (z.B. für Freizeitbetätigung, Trekking, Ballonflüge, Skitouren, etc.) wie auch von Betrieben (Vermessung, Zeitbestimmung, Navigation, Fahrzeugüberwachung, etc.) eingesetzt. Prof. Dr.-Ing. R. Kolke Prof. Dr. Karsten Müller Folie 11 (09/2015) V13

Quelle: Jean Marie Zogg: ublox:, GPS und GNSS: Grundlagen der Ortung und Navigation mit Satelliten, 11/2011

1.b) Navigation und GPS Aufbau und Funktionsweise der Ortungsfunktion  Bestimmt haben Sie in einer Gewitternacht schon einmal Ihre Entfernung zu den Blitzen berechnet. Die Entfernung lässt sich einfach bestimmen  Entfernung = Zeit von der Wahrnehmung des Blitzes (Startzeit) bis zur Wahrnehmung des Donners (Stoppzeit) multipliziert mit der Schallgeschwindigkeit (ca. 330 m/s).  Die Differenz zwischen Startzeit und Stoppzeit wird als Laufzeit des Donners bezeichnet.

 Nach dem genau gleichen Prinzip funktioniert das GPS. Um die genaue Position zu berechnen, muss man lediglich die Laufzeit zwischen dem Beobachtungsstandort und vier verschiedenen Satelliten mit bekannter Position messen Prof. Dr.-Ing. R. Kolke Prof. Dr. Karsten Müller Folie 12 (09/2015) V13

Quelle: Jean Marie Zogg: ublox:, GPS und GNSS: Grundlagen der Ortung und Navigation mit Satelliten, 11/2011

1.b) Navigation und GPS Aufbau und Funktionsweise der Ortungsfunktion  Stellen wir uns vor, wir müssten unsere Lage auf einer langen, geraden Straße bestimmen. Am Ende der Straße ist ein Zeitsender, der alle Sekunden ein Zeitsignal aussendet. Uns begleitet eine auf den Zeitsender synchronisierte Uhr. Durch Messung der Laufzeit lässt sich die Lage auf der Straße bestimmen.

 Die Entfernung R beträgt: Laufzeit Δt multipliziert mit der Lichtgeschwindigkeit c.  R = Δt • c Prof. Dr.-Ing. R. Kolke Prof. Dr. Karsten Müller Folie 13 (09/2015) V13

Quelle: Jean Marie Zogg: ublox:, GPS und GNSS: Grundlagen der Ortung und Navigation mit Satelliten, 11/2011

1.b) Navigation und GPS Aufbau und Funktionsweise der Ortungsfunktion  Da unsere Borduhr nicht absolut genau mit der Zeit des Senders übereinstimmt, resultiert bei der Entfernungsbestimmung eine Abweichung vom Realwert. Die fehlerbehaftete Entfernung R wird in der Navigation als Pseudorange (PSR) bezeichnet.  Ein Zeitbasisfehler von z. B. einer Mikrosekunde (1 μs) generiert einen Entfernungsfehler von 300 m .  Der Einbau einer exakten Atomuhr in unserem Käfer würde das Finanzbudget sprengen. Wir lösen das Problem, indem wir zwei untereinander synchronisierte Zeitsender nutzen.  Der Abstand A des zweiten Senders ist bekannt. Durch Messung beider Laufzeiten kann nun die Entfernung R, trotz der ungenauen Uhr im VW-Käfer exakt bestimmt werden.  Um die Position (und die Zeit) auf einer Geraden (eine Gerade hat eine Ausbreitung in eine Dimension) exakt zu bestimmen, braucht es demnach zwei Zeitsender. Daraus können wir folgende Erkenntnis ableiten: Werden unsynchronisierte Empfänger-Uhren verwendet, muss die Anzahl der Zeitsender um Eins grösser sein, als die Anzahl der unbekannten Dimensionen. Prof. Dr.-Ing. R. Kolke Prof. Dr. Karsten Müller Folie 14 (09/2015) V13

Quelle: Jean Marie Zogg: ublox:, GPS und GNSS: Grundlagen der Ortung und Navigation mit Satelliten, 11/2011

1.b) Navigation und GPS Aufbau und Funktionsweise der Ortungsfunktion  Beispiel: − Mit zwei Sendern kann die exakte Position R, trotz Zeitfehler Δt0 , bestimmt werden

− In einer Ebene (Ausbreitung in zwei Dimensionen) brauchen wir drei Zeitsender − Im Raum (Ausbreitung in drei Dimensionen) brauchen wir vier Zeitsender

Prof. Dr.-Ing. R. Kolke Prof. Dr. Karsten Müller Folie 15 (09/2015) V13

Quelle: Jean Marie Zogg: ublox:, GPS und GNSS: Grundlagen der Ortung und Navigation mit Satelliten, 11/2011

1.b) Navigation und GPS Aufbau und Funktionsweise der Ortungsfunktion  Satellitennavigationssysteme nutzen Satelliten als Zeitsender. Sie haben Funkverbindung zu mindestens vier Satelliten, um die vier gewünschten Grössen (Länge, Breite, Höhe und absolute Zeit) zu bestimmen.

Prof. Dr.-Ing. R. Kolke Prof. Dr. Karsten Müller Folie 16 (09/2015) V13

Quelle: Jean Marie Zogg: ublox:, GPS und GNSS: Grundlagen der Ortung und Navigation mit Satelliten, 11/2011

1.c) Navigation und GPS Erzeugung der Laufzeit bei GPS  31 Satelliten kreisen auf einer Höhe von 20'180 km um die Erde. Auf 6 verschiedenen, zum Äquator um 55°geneigten Bahnen, umlaufen diese Satelliten in 11 Stunden und 58 Minuten die Erdkugel.  Jeder dieser Satelliten führt bis zu vier Atomuhren mit sich. Atomuhren sind zur Zeit die präzisesten Zeitgeber. Während 30’000 bis 1'000’000 Jahren beträgt ihre Abweichung von der exakten Zeit höchstens 1 Sekunde.  Jeder Satellit sendet auf einer Frequenz von 1'575,42 MHz seine genau bekannte Position und seine exakte Bordzeit zur Erde.  Diese gesendeten Signale bewegen sich mit Lichtgeschwindigkeit (300'000 km/s) zur Erde und benötigen somit ca. 67,3 ms bis zum Eintreffen an einem Ort auf der Erdoberfläche, welcher sich senkrecht unter dem Satelliten befindet.  Für jeden Kilometer Mehrdistanz benötigt das Signal zusätzliche 3,33 μs.

Prof. Dr.-Ing. R. Kolke Prof. Dr. Karsten Müller Folie 17 (09/2015) V13

Quelle: Jean Marie Zogg: ublox:, GPS und GNSS: Grundlagen der Ortung und Navigation mit Satelliten, 11/2011

1.c) Navigation und GPS Erzeugung der Laufzeit bei GPS  Wenn Sie nun Ihre Position auf der Erde bestimmen wollen, brauchen Sie nur eine genaue Uhr. Beim Vergleich der Ankunftszeit des Satellitensignals mit der zur Zeit der Abstrahlung herrschender Bordzeit kann die Laufzeit des Signals bestimmt werden.

Prof. Dr.-Ing. R. Kolke Prof. Dr. Karsten Müller Folie 18 (09/2015) V13

Quelle: Jean Marie Zogg: ublox:, GPS und GNSS: Grundlagen der Ortung und Navigation mit Satelliten, 11/2011

1.c) Navigation und GPS Erzeugung der Laufzeit bei GPS  In der X/Y-Ebene genügen zwei Satelliten um die Position zu bestimmen  Die Position des Empfängers im Schnittpunkt aller zwei Distanzkreise

Prof. Dr.-Ing. R. Kolke Prof. Dr. Karsten Müller Folie 19 (09/2015) V13

Quelle: Jean Marie Zogg: ublox:, GPS und GNSS: Grundlagen der Ortung und Navigation mit Satelliten, 11/2011

1.c) Navigation und GPS Erzeugung der Laufzeit bei GPS  Bisher nahmen wir immer an, dass die Laufzeitmessung sehr genau war. Dies ist aber nicht der Fall.  Eine genaue Zeitmessung beim Empfänger würde aber bedeuten, dass bei ihm eine hochpräzise und synchronisierte Uhr verwendet wird. Eine Verfälschung der gemessenen Laufzeit von nur 1 μs verursacht (wie schon oben erwähnt) einen Positionsfehler von 300 m.  Da die Uhren aller drei Satelliten synchron laufen, ist die Laufzeit bei allen Messungen um den gleichen Betrag Δt0 verfälscht. Jetzt kann uns nur noch die Mathematik weiterhelfen.

Prof. Dr.-Ing. R. Kolke Prof. Dr. Karsten Müller Folie 20 (09/2015) V13

Quelle: Jean Marie Zogg: ublox:, GPS und GNSS: Grundlagen der Ortung und Navigation mit Satelliten, 11/2011

1.c) Navigation und GPS Erzeugung der Laufzeit bei GPS  Wir erinnern uns: − sind bei Berechnungen n Größen unbekannt, brauchen wir n unabhängige Gleichungen. Ist die Zeitmessung mit einem konstanten unbekannten Zeitfehler behaftet, haben wir nun vier unbekannte Größen im Raum: − geographische Länge (L) − geographische Breite (B) − geographische Höhe (H) − Differenz Satelliten- zu Empfängerzeit (Δt0)  Daraus folgt, dass im dreidimensionalen Raum vier Satelliten nötig sind, um die Position zu bestimmen. Um die vier unbekannten Grössen zu bestimmen, bedarf es vier voneinander unabhängiger Gleichungen. Die dazu benötigten vier Laufzeiten werden uns von vier verschiedenen Satelliten geliefert.  Die 31 GPS-Satelliten wurden deshalb am Himmel so verteilt, dass immer mindestens 4 Satelliten von jedem Punkt der Erde "sichtbar" sein sollten. Prof. Dr.-Ing. R. Kolke Prof. Dr. Karsten Müller Folie 21 (09/2015) V13

Quelle: Jean Marie Zogg: ublox:, GPS und GNSS: Grundlagen der Ortung und Navigation mit Satelliten, 11/2011

1.d) Navigation und GPS  Die Genauigkeit auf Zentimeter lässt sich durch Differenzmethoden (DGPS), einen ortsfesten Referenzempfänger, im Testbereich steigern.  Die Genauigkeit der Sensoren und der hinterlegten Modelle können auch anhand von Odometriemessungen überprüft werden, d.h. Raddrehwinkelimpulse mit Richtungserkennung (Wheelticks) jedes einzelnen Rades sowie der Lenkradwinkel, der über die bekannte statische Lenkübersetzung in Radlenkwinkel umgerechnet wird. Quelle: Wikipedia, Genauigkeitsanalyse eines gridbasierten Verfahrens zur Umfeldbeschreibung, Ralph Grewe, Continental A.D.C. GmbH; Dr. Andree Hohm, Dr. Stefan Lüke, Matthias Komar, Continental Teves AG & Co. oHG; Sensordatenfusion zur hochgenauen Ortung von Kraftfahrzeugen mit integrierter Genauigkeits- und Integritätsbewertung Nico Dziubek, Prof. Dr. Hermann Winner, TU Darmstadt, Fachgebiet Fahrzeugtechnik; Prof. Dr. Matthias Becker, Dr. Stefan Leinen, TU Darmstadt, Institut für Physikalische Geodäsie5. Tagung Fahrerassistenz, 15. – 16. Mai 2012, München Prof. Dr.-Ing. R. Kolke Prof. Dr. Karsten Müller Folie 22 (09/2015) V13

1.e) Navigation und GPS Gesamtsystem  Das Globale Positionierungs-System GPS besteht aus drei Segmenten

− dem Weltraumsegment (alle funktionierenden Satelliten) − dem Kontrollsegment (alle zur Überwachung des Systems dienenden Bodenstationen: Hauptquartier, Monitorstationen und Bodenkontrollstationen) − dem Benutzersegment (alle zivilen und militärischen Anwender von GPS)

Prof. Dr.-Ing. R. Kolke Prof. Dr. Karsten Müller Folie 23 (09/2015) V13

Quelle: Jean Marie Zogg: ublox:, GPS und GNSS: Grundlagen der Ortung und Navigation mit Satelliten, 11/2011

1.e.i) Navigation und GPS Weltraumsegment  Das Weltraumsegment besteht zurzeit aus 31 aktiven Satelliten, welche auf sechs verschiedenen Bahnen (vier bis fünf Satelliten pro Bahn) die Erde umkreisen.  Die Bahnen sind 20´180km von der Erde entfernt und um 55° zum Äquator geneigt.  Ein Satellit umkreist die Erde in rund 12h.  Aufgrund der Erdrotation wird sich der gleiche Satellit nach ca. 24h (genau: 23h 56min) wieder über einem Ausgangspunkt befinden 4h-Bodenspur eines GPSSatelliten mit Wirkungsbereich

Prof. Dr.-Ing. R. Kolke Prof. Dr. Karsten Müller Folie 24 (09/2015) V13

Quelle: Jean Marie Zogg: ublox:, GPS und GNSS: Grundlagen der Ortung und Navigation mit Satelliten, 11/2011

1.e.ii) Navigation und GPS Kontrollsegment  Das Kontrollsegment (Operational Control System OCS) besteht aus einem Hauptquartier (Master Control Station), lokalisiert im US-Staat Colorado, aus fünf mit Atomuhren ausgerüsteten Monitorstationen, welche weltweit in der Nähe des Äquators verteilt sind und drei Bodenkontrollstationen (Ground Control Station), welche Informationen zu den Satelliten übermitteln.  Die wichtigsten Aufgaben des Kontrollsegments sind: − Beobachtung der Satellitenbewegungen und Berechnung der Bahndaten (Ephemeriden) − Überwachung der Satellitenuhren und Vorhersage ihres Verhaltens − Zeitsynchronisation der Satelliten − Übermitteln der genauen Bahndaten des im Funkkontakt stehenden Satelliten − Übermittlung der ungenauen Bahndaten aller Satelliten (Almanach) − Übermittlung weiterer Informationen, sowie technischer Zustand aller Satelliten (Status, Uhrenfehler, usw.) Prof. Dr.-Ing. R. Kolke Prof. Dr. Karsten Müller Folie 25 (09/2015) V13

Quelle: Jean Marie Zogg: ublox:, GPS und GNSS: Grundlagen der Ortung und Navigation mit Satelliten, 11/2011

1.e.ii) Navigation und GPS Kontrollsegment  Das Global Positioning System kann nur funktionieren, wenn man genaue Information hat, wo sich die Satelliten befinden und welche Zeit ihre internen Uhren zeigen. Diese Informationen werden in den Almanach-Daten gegeben, die jeder Satelliten etwa alle 12½ Minuten aussendet. Hier ist ein Beispiel dieses Almanachs angegeben, wie er im YUMA-Format im Internet zu finden ist (zum Beispiel bei der U.S. Coast Guard). Der Almanach enthält Daten für alle Satelliten. (hier die Daten des Satelliten 31 in der Woche 489)

Prof. Dr.-Ing. R. Kolke Prof. Dr. Karsten Müller Folie 26 (09/2015) V13

Quelle: Jean Marie Zogg: ublox:, GPS und GNSS: Grundlagen der Ortung und Navigation mit Satelliten, 11/2011

1.e.ii) Navigation und GPS Kontrollsegment  Die wichtigsten Aufgaben des Kontrollsegments sind: − Abschaltmöglichkeit und künstliche Verfälschung der Signale (SA) − Das Kontrollsegment steuerte ebenfalls die künstliche Verfälschung der Signale (SA, Selective Availability, Selektive Verfügbarkeit), um die PositionierungsGenauigkeit für den zivilen Anwender herabzusetzen. − Die Genauigkeit wurde bis Mai 2000 vom Satellitenbetreiber DoD (Department of Defence, Verteidigungsministerium der USA) aus politischen und taktischen Gründen absichtlich verschlechtert. − Entweder wurde das Zeitsignal der lokalen Satelliten leicht mit einem ZufallsFehlersignal moduliert oder die gesendeten Ephemeriden wurden verfälscht. 

Am 2. Mai 2000 um 4:00 h UTC wurde die SA ausgeschaltet. Die Positionierungsgenauigkeit verbesserte sich schlagartig von ca. 100 m auf ca. 13 m (95%-Wert).

 Nach dem 2. Mai 2000 konnte die künstliche Verfälschung SA jedoch im Bedarfsfall global oder regional wieder eingeschaltet werden. Prof. Dr.-Ing. R. Kolke Prof. Dr. Karsten Müller Folie 27 (09/2015) V13

Quelle: Jean Marie Zogg: ublox:, GPS und GNSS: Grundlagen der Ortung und Navigation mit Satelliten, 11/2011

1.e.iii) Navigation und GPS Benutzersegment  Die von den Satelliten ausgesendeten Signale benötigen eine Laufzeit von ca. 67 Millisekunden, bis sie zu einem Empfänger gelangen.  Da sich die Signale mit Lichtgeschwindigkeit ausbreiten, ist diese Laufzeit vom Abstand der Satelliten zum Benutzer abhängig.  Im Empfänger werden mindestens 4 verschiedene PRN C/A-Codes generiert, welche die gleiche Struktur (gleicher PRN C/A-Code) aufweisen, wie diejenigen der empfangenen Satellitensignale.  Durch die Synchronisierung der im Empfänger generierten Signale mit den jeweiligen empfangenen Satellitensignalen werden die 4 Zeitverschiebungen Δt der Satellitensignale zu einer Empfängerzeitmarke (z. B. mit 1Millisekunde Abstand) gemessen.  Die gemessenen Zeitverschiebungen Δt von allen 4 Satellitensignalen werden zur Laufzeitbestimmung verwendet.

Prof. Dr.-Ing. R. Kolke Prof. Dr. Karsten Müller Folie 28 (09/2015) V13

Quelle: Jean Marie Zogg: ublox:, GPS und GNSS: Grundlagen der Ortung und Navigation mit Satelliten, 11/2011

1.e.iii) Navigation und GPS Benutzersegment.  Der Empfänger enthält ebenfalls eine Uhr, die gebraucht wird, um einen entsprechenden C/A-Code zu generieren. Der GPS Empfänger ist dann in der Lage, den einlaufenden Satellitencode mit dem vom Empfänger generierten Code durch Verschieben zur Deckung zu bringen, zu korrelieren.  Im Empfänger werden mindestens 4 verschiedene PRN C/A-Codes generiert, welche die gleiche Struktur (gleicher PRN C/A-Code) aufweisen, wie diejenigen der empfangenen Satellitensignale.

Prof. Dr.-Ing. R. Kolke Prof. Dr. Karsten Müller Folie 29 (09/2015) V13

Quelle: Jean Marie Zogg: ublox:, GPS und GNSS: Grundlagen der Ortung und Navigation mit Satelliten, 11/2011

1.e.iii) Navigation und GPS Benutzersegment  Durch die Synchronisierung der im Empfänger generierten Signale mit den jeweiligen empfangenen Satellitensignalen werden die 4 Zeitverschiebungen Δt der Satellitensignale zu einer Empfängerzeitmarke (z. B. mit 1Millisekunde Abstand) gemessen.  Die gemessenen Zeitverschiebungen Δt von allen 4 Satellitensignalen werden zur Laufzeitbestimmung verwendet.

Prof. Dr.-Ing. R. Kolke Prof. Dr. Karsten Müller Folie 30 (09/2015) V13

Quelle: Jean Marie Zogg: ublox:, GPS und GNSS: Grundlagen der Ortung und Navigation mit Satelliten, 11/2011

1.f) Navigation und GPS Galileo  Galileo basiert auf einer Grundkonstellation von 30 Satelliten (27 plus drei laufend betriebsbereite Zusatzsatelliten, zuzüglich des fortlaufenden Ersatzes von Satelliten), welche die Erde in einer Höhe von etwa 23.260 km mit 3,6 km/s umkreisen, und einem Netz von Bodenstationen, die die Satelliten kontrollieren.  Empfänger in der Größe mobiler Handgeräte wie Smartphones oder Navigationssysteme können aus den Funksignalen der Satelliten die eigene Position mit einer Genauigkeit von ungefähr vier Metern bestimmen.  Bei Verwendung von Zusatzinformationen oder -diensten lässt sich ähnlich wie bei anderen satellitengestützten Navigationssystemen (GNSS) die Positionsgenauigkeit in den Zentimeterbereich steigern.

https://www.youtube.com/watch?v=aNvabftiB0M

Prof. Dr.-Ing. R. Kolke Prof. Dr. Karsten Müller Folie 31 (09/2015) V13

Quelle: Jean Marie Zogg: ublox:, GPS und GNSS: Grundlagen der Ortung und Navigation mit Satelliten, 11/2011

1.f) Navigation und GPS Galileo  Beim Start vom 22. August 2014 wurden die beiden ersten FOC-Satelliten (full operational capability) in einem erheblich zu niedrigen Orbit mit hoher Exzentrizität und zu niedriger Inklination ausgesetzt (Perigäum 13.700 statt 23.522 km, Apogäum 25.900 statt 23.522 km, Inklination 49,7° statt 55,040°). Erste Analysen deuten auf einen falschen Schubvektor der Fregat-Oberstufe bei der Apogäumszündung hin.  Ursache für den falschen Schub war eine eingefrorene Hydrazinleitung, die auf Grund eines Montagefehlers direkt an einer tiefgekühlten Heliumleitung befestigt war und durch das Flugprofil zum Tragen kam.  Das Team im Kontrollzentrum der europäischen Raumfahrtagentur ESA in Darmstadt bestätigt, dass beide Satelliten in gutem Zustand sind und sich nominal und stabil im Orbit verhalten. Sie sind thermal stabil, haben eine stabile Ausrichtung zur Sonne und produzieren ausreichend Energie. Alle Plattform-Subsysteme wurden getestet und arbeiten ordnungsgemäß. Auch die Prozeduren zum Entfalten der Solarpanels sind alle erfolgreich durchgeführt worden. Alle Solarpanels sind ordnungsgemäß entfaltet worden. Prof. Dr.-Ing. R. Kolke Prof. Dr. Karsten Müller Folie 32 (09/2015) V13

Quelle: wikipedia: Galileo (Satellitennavigation); abgerufen am 29.12.2014 und OHB : Status: Galileo-FOC*-Satelliten; 28.08.2014

1.f) Navigation und GPS Galileo  Der Aufbau des europäischen Navigationssystems Galileo kommt voran: Eine SojusTrägerrakete brachte den siebten und achten Satelliten des Systems von Europas Weltraumbahnhof Kourou in Französisch-Guayana aus in den Weltraum.  Nach einem Flug von fast vier Stunden setzte die Fregat-Oberstufe sie in einer Höhe von gut 22.500 Kilometern in eine Umlaufbahn aus, berichtete die Raketenbetreibergesellschaft Arianespace am frühen Morgen in Evry bei Paris. Die zusammen knapp eineinhalb Tonnen schweren Galileo-Satelliten sollen sich nun selbst nach und nach in ihre "Arbeitsumlaufbahn„ von 22.322 Kilometer absenken.  Nach einer Testphase dürften sie Mitte des Jahres ihren Betrieb aufnehmen, teilte die Europäische Weltraumorganisation ESA mit. Mehrere Satelliten-Paare stehen schon für die nächsten Starts bereit, hatte der im Sommer scheidende Esa-Chef JeanJacques Dordain erklärt.  In seiner vollen Größe in 2020 wird das milliardenteure Galileo-System aus insgesamt 30 Satelliten und der notwendigen Infrastruktur bestehen.

Prof. Dr.-Ing. R. Kolke Prof. Dr. Karsten Müller Folie 33 (09/2015) V13

Quelle: wikipedia: Galileo (Satellitennavigation); abgerufen am 04.09.2015 und OHB : Status: Galileo-FOC*-Satelliten; 28.08.2015

1.f) Navigation und GPS Galileo

Satellit Giove-A (GSTB-v2 A) Giove-B (GSTB-v2 B) PFM (GSAT0101) "Thijs" FM2 (GSAT0102) "Natalia" FM3 (GSAT0103) "David"[59] FM4 (GSAT0104) "Sif"

Typ GSTB GSTB IOV IOV IOV IOV

FM1 (Galileo 5, GSAT0201) "Doresa"

FOC -

-

-

FM2 (Galileo 6, GSAT0202) "Milena" FM3 (Galileo 7) "Adam" FM4 (Galileo 8) "Anastasia" FM5 (Galileo 9) "Alba" FM6 (Galileo 10) "Oriana"

FOC FOC FOC FOC FOC

-

E26 E22 ? ?

Prof. Dr.-Ing. R. Kolke Prof. Dr. Karsten Müller Folie 34 (09/2015) V13

Orbit/Slot SVN PRN B05 11 E11 B06 12 E12 C04 19 E19 C05 20 E20

B08 B03 A? A?

Internat. Katalog-Nr. Bezeichnung (COSPAR) (AFSC) Start Status 28922 2005-051A 28. Dez 05 Juli 2012 außer Betrieb 32781 2008-020A 26. Apr 08 Juli 2012 außer Betrieb 37846 2011-060A 21. Okt 11 in Betrieb 37847 2011-060B 21. Okt 11 in Betrieb 38857 2012-055A 12. Okt 12 in Betrieb 38858 2012-055B 12. Okt 12 nicht verfügbar seit 27. Mai 2014[60] In Betrieb, anderer Orbit als 40128 2014-050A 22. Aug 14 vorgesehen[61][62][63] In Betrieb, anderer Orbit als 40129 2014-050B 22. Aug 14 vorgesehen[61][62] 40544 2015-017A 27. Mrz 15 in Betrieb 40545 2015-017B 27. Mrz 15 in Betrieb  ? 11. Sep 2015 utc Startvorbereitung  ? 11. Sep 2015 utc Startvorbereitung

Quelle: wikipedia: Galileo (Satellitennavigation); abgerufen am 04.09.2015 und OHB : Status: Galileo-FOC*-Satelliten; 28.08.2015

1.f) Navigation und GPS Galileo  Das Raumsegment von Galileo besteht aus der Galileo Satelliten-Konstellation und dem sogenannten Launch Service. Die Satelliten haben die Aufgabe, die Galileo Signale (Signalin-Space, SIS) zu verteilen.  Jeder der Galileo Satelliten strahlt vier Ranging Signale ab, die abhängig vom jeweiligen Signal und Dienst Ephemeriden, Uhrenparameter, Integritätsinformationen und andere Daten enthalten.  Die Basisdaten der Satelliten sind im folgenden zusammengefasst: − Masse: 625 kg − Leistung: 1500 W − Abmessungen: 2.7 x 1.2 x 1.1 m3

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Quelle: wikipedia: Galileo (Satellitennavigation); abgerufen am 29.12.2014 und OHB : Status: Galileo-FOC*-Satelliten; 28.08.2014

1.f) Navigation und GPS Galileo  Der Launch Service ist für den Transport der Satelliten in ihre vorgegebene Position beim Aufbau der Konstellation zuständig. Es können bis zu acht Galileo Satelliten gleichzeitig mit einer Ariane 5 gestartet werden.

Prof. Dr.-Ing. R. Kolke Prof. Dr. Karsten Müller Folie 36 (09/2015) V13

Quelle: wikipedia: Galileo (Satellitennavigation); abgerufen am 29.12.2014 und OHB : Status: Galileo-FOC*-Satelliten; 28.08.2014

1.f) Navigation und GPS Galileo  Für die Satellitennavigation allokierte Frequenzbänder und deren geplante Nutzung durch Galileo und existierende Systeme

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Quelle: wikipedia: Galileo (Satellitennavigation); abgerufen am 29.12.2014 und OHB : Status: Galileo-FOC*-Satelliten; 28.08.2014

1.f) Navigation und GPS Galileo  Für die Satellitennavigation allokierte Frequenzbänder und deren geplante Nutzung durch Galileo und existierende Systeme

Prof. Dr.-Ing. R. Kolke Prof. Dr. Karsten Müller Folie 38 (09/2015) V13

Quelle: wikipedia: Galileo (Satellitennavigation); abgerufen am 29.12.2014 und OHB : Status: Galileo-FOC*-Satelliten; 28.08.2014

1.g) Navigation und GPS Galileo, Glonass und Beidou (Compass)  China durchkreuzt die europäischen Pläne für den Aufbau des satellitengestützten Navigationssystems "Galileo". Bei der Entwicklung seines eigenen globalen Systems "Beidou" ("Kompass") nach dem Sternbild des Großen Wagens, das traditionell der Orientierung dient, haben die Chinesen die gleiche Radiofrequenz für die Übertragung reserviert wie die Europäer. Durch diese Überlappung könnte der sicherheitsrelevante Teil des europäischen Projekts praktisch nutzlos werden, warnen Experten. Mit der Frequenz in Chinas Besitz können die Europäer in einem Kriegsfall nicht das öffentlich verfügbare "Kompass"-Signal stören, ohne ihre eigenen gesicherten Signale zu blockieren.  Mittlerweile liefert auch das russische Glonass schon weltweit Daten. https://www.youtube.com/watch?v=xp4ltT6kjXY&spfreload=1

Prof. Dr.-Ing. R. Kolke Prof. Dr. Karsten Müller Folie 39 (09/2015) V13

Quelle: 3sat am 24.10.2011

1.g) Navigation und GPS Beidou (Compass)  Im Endausbau werden folgende Satelliten in Betrieb sein: − 5 GEO-Satelliten − 27 MEO-Satelliten − 3 IGSO-Satelliten (Satelliten auf inclined geosynchronous orbits)  Compass (Beidou) ist CDMA-moduliert und sendet auf folgenden drei Frequenzbändern: − 1559.052 – 1591.788 MHz − 1166.22 – 1217.37 MHz − 1250.618 MHz – 1286.423 MHz  Compass soll zwei Navigationsdienste bieten: − Offener Dienst, mit einer Positionierungsgenauigkeit von 10 m, eine Geschwindigkeitsgenauigkeit von 0.2 m/s und eine Zeitgenauigkeit von 50 ns. − Dienst für autorisierte Benutzer. Dieser Dienst soll zuverlässiger als der Offene Dienst sein. Prof. Dr.-Ing. R. Kolke Prof. Dr. Karsten Müller Folie 40 (09/2015) V13

Quelle: 3sat am 24.10.2011

1.g) Navigation und GPS GLONASS  Im Endausbau werden folgende Satelliten in Betrieb sein: − 24 funktionstüchtige Satelliten − Die neue M-Serie (bis 2011) soll eine Lebensdauer von ca. 7... 8 Jahren haben und sendet zwei zivile Signale aus. − GLONASS-K Satelliten (ab 2011) werden eine Lebensdauer von 10... 12 Jahren haben und drei zivile Signale aussenden. − Ab 2013 wurde CDMA-Modulation eingeführt GLONASS-M Satellit und Start einer Proton-K-DM2-Rakete

Prof. Dr.-Ing. R. Kolke Prof. Dr. Karsten Müller Folie 41 (09/2015) V13

Quelle: Jean Marie Zogg: ublox:, GPS und GNSS: Grundlagen der Ortung und Navigation mit Satelliten, 11/2011

1.g) Navigation und GPS GLONASS  GPS und Glonass: Gemeinsamkeiten und Unterschiede: − Glonass und GPS funken in unterschiedlichen Frequenzbereichen − Bei GPS senden alle Satelliten auf der gleichen Frequenz, aber in unterschiedlicher Kodierung. Dieses Verfahren nennt sich Code-Multiplexing. Glonass hingegen nutzt Frequenz-Multiplexing. Daher funkt jeder Satellit auf einer anderen Frequenz, dafür ist die Kodierung ähnlich. − Es gibt aber Bestrebungen der russischen Raumfahrtagentur, zusätzlich auch ein Signal mit CDMA auf einer festen Frequenz einzusetzen, da dies die Konstruktion von Empfängern vereinfachen soll, die sowohl GPS als auch Glonass unterstützen. Doppelter Empfang: Handys mit GPS und Glonass:     Prof. Dr.-Ing. R. Kolke Prof. Dr. Karsten Müller Folie 42 (09/2015) V13

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Quelle: http://www.teltarif.de/navigation/glonass.html

1.h) Navigation und GPS Signale und Frequenzen  Die Satelliten senden permanent zwei Trägerwellen aus. Diese Trägerwellen liegen im L-Band (für Funk gebraucht) und erreichen die Erde mit Lichtgeschwindigkeit.  Diese Trägerwellen werden von der Grundfrequenz abgeleitet, die von einer sehr präzisen Atomuhr generiert wird: − Die L1-Trägerwelle wird mit 1575,42 MHz gesendet, das sind 154 * 10,23 MHz − Die L2-Trägerwelle wird mit 1227,60 MHz gesendet, das sind 120 * 10,23 MHz  Der L1 Trägerwelle sind dann zwei Codes aufmoduliert. Der C/A-Code (Coarse/ Aquisition Code) wird mit 1,023 MHz (10,23 MHz/10) und der P-Code (Precision Code) mit 10,23 MHz aufmoduliert.  Dem L2-Träger wird nur ein Code aufmoduliert und zwar der L2 P-Code mit 10,23 MHz.  GPS-Empfänger gebrauchen die unterschiedlichen Kodierungen, um die Satelliten zu unterscheiden. Die Codes können ferner als Basis für PseudoEntfernungsmessungen zur Positionsbestimmung genutzt werden. Prof. Dr.-Ing. R. Kolke Prof. Dr. Karsten Müller Folie 43 (09/2015) V13

Quelle: Jean Marie Zogg: ublox:, GPS und GNSS: Grundlagen der Ortung und Navigation mit Satelliten, 11/2011

1.h) Navigation und GPS Signale und Frequenzen  GPS-Signalstruktur

Täger

Zeit und Kennung Position in x-y-z

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Quelle: Jean Marie Zogg: ublox:, GPS und GNSS: Grundlagen der Ortung und Navigation mit Satelliten, 11/2011

1.h) Navigation und GPS Signale und Frequenzen

Prof. Dr.-Ing. R. Kolke Prof. Dr. Karsten Müller Folie 45 (09/2015) V13

Quelle: Jean Marie Zogg: ublox:, GPS und GNSS: Grundlagen der Ortung und Navigation mit Satelliten, 11/2011

1.h) Navigation und GPS Signale und Frequenzen  Informationsnachricht − Die Navigationsnachricht ist ein kontinuierlicher Datenstrom von 50 Bits pro Sekunde. − Jeder Satellit übermittelt folgende Informationen zur Erde:  Systemzeit und Zeitkorrekturwerte  Hochpräzise eigene Bahndaten (Ephemeriden)  Angenäherte Bahndaten aller anderen Satelliten (Almanach)  Systemzustand, etc. − Die Navigationsnachricht wird zur Berechnung der aktuellen Position der Satelliten und zur Bestimmung der Laufzeiten benötigt. − Der Datenstrom ist dem HF-Träger jedes einzelnen Satelliten aufmoduliert.

Prof. Dr.-Ing. R. Kolke Prof. Dr. Karsten Müller Folie 46 (09/2015) V13

Quelle: Jean Marie Zogg: ublox:, GPS und GNSS: Grundlagen der Ortung und Navigation mit Satelliten, 11/2011

1.h) Navigation und GPS Signale und Frequenzen  Struktur der Informationsnachricht − Ein Rahmen (Frame) ist 1500 Bits lang und benötigt 30 Sekunden für die Übertragung. − Die 1500 Bits sind in fünf Unterrahmen (Subframes) zu je 300 Bits (Dauer der Übermittlung: 6 Sekunden) aufgeteilt. − Jeder Unterrahmen wiederum ist in 10 Worte zu je 30 Bits aufgeteilt. − Jeder Unterrahmen beginnt mit einem Telemetrie-Wort und einem ÜbergabeWort (Hand Over Word, HOW). Eine vollständige Navigationsnachricht beträgt 25 Rahmen (Pages).

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Quelle: Jean Marie Zogg: ublox:, GPS und GNSS: Grundlagen der Ortung und Navigation mit Satelliten, 11/2011

1.h) Navigation und GPS Signale und Frequenzen  Struktur der Informationsnachricht − Ein Rahmen (Frame) ist 1500 Bits lang und benötigt 30 Sekunden für die Übertragung.

Prof. Dr.-Ing. R. Kolke Prof. Dr. Karsten Müller Folie 48 (09/2015) V13

Quelle: Jean Marie Zogg: ublox:, GPS und GNSS: Grundlagen der Ortung und Navigation mit Satelliten, 11/2011

1.i) Navigation und GPS Antennen  GNSS-Satelliten senden Signale aus, die auf polarisierten Wellen basieren. Durch den Begriff der Polarisation wird die Schwingungsrichtung einer Feldgrösse beschrieben.  Drehen sich in Ausbreitungsrichtung die elektrischen bzw. magnetischen Feldvektoren im Uhrzeigersinn, spricht man von einer rechtsgerichteten zirkularpolarisierten Welle (RHCP: right-hand circularly polarized).  Bei zirkularer Polarisation ist keine Ausrichtung der Antennen erforderlich.  GNSS-Module können entweder mit passiven oder aktiven Antennen betrieben werden.  Aktive Antennen, d.h. mit eingebautem Vorverstärker (LNA: Low Noise Amplifier, rauscharmer Verstärker), werden vom GNSS-Modul gespiesen. Die Speisung erfolgt dann über die HF-Signal-Leitung. Für mobile Navigationszwecke werden kombinierte Antennen (z.B. GSM/FM und GPS) angeboten.

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Quelle: Jean Marie Zogg: ublox:, GPS und GNSS: Grundlagen der Ortung und Navigation mit Satelliten, 11/2011

1.i) Navigation und GPS Antennen  Auf dem Markt sind verschiedene Ausführungen von Antennen erhältlich: − Patch-Antennen  Patch-Antennen sind flach, bestehen in der Regel aus einem keramischen und metallisierten Körper und sind auf einer metallischen Grundplatte angebracht.  Um eine genügend hohe Selektivität zu gewährleisten, muss das Verhältnis Grund- zu Patchfläche abgestimmt sein. passive offene (links) und aktive vergossene PatchAntenne

− Helix-Antennen − Chip-Antennen Prof. Dr.-Ing. R. Kolke Prof. Dr. Karsten Müller Folie 50 (09/2015) V13

Quelle: Jean Marie Zogg: ublox:, GPS und GNSS: Grundlagen der Ortung und Navigation mit Satelliten, 11/2011

1.i) Navigation und GPS Antennen  Auf dem Markt sind verschiedene Ausführungen von Antennen erhältlich: − Patch-Antennen − Helix-Antennen  Helix-Antennen (auch Helical-Antennen) sind zylinderförmig und haben einen wendelförmigen aufgewickelten oder aufgedampften Draht auf dem Keramikkörper.  Sie haben eine ausgeprägtere Wirkrichtung als Patch-Antennen. Passive (links) und aktive Helix-Antenne

− Chip-Antennen Prof. Dr.-Ing. R. Kolke Prof. Dr. Karsten Müller Folie 51 (09/2015) V13

Quelle: Jean Marie Zogg: ublox:, GPS und GNSS: Grundlagen der Ortung und Navigation mit Satelliten, 11/2011

1.i) Navigation und GPS Antennen  Auf dem Markt sind verschiedene Ausführungen von Antennen erhältlich: − Patch-Antennen − Helix-Antennen − Chip-Antennen  Chip-Antennen sind besonders klein und können direkt auf einer Leiterplatte eingebaut werden.  In der Regel sind die HF-Eigenschaften einer Chip-Antenne ungünstiger als Patch- oder Helix-Antennen und eignen sich für den Massen- und Low Cost-Markt. Chip-Antenne

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Quelle: Jean Marie Zogg: ublox:, GPS und GNSS: Grundlagen der Ortung und Navigation mit Satelliten, 11/2011

1.i) Navigation und GPS Antennen  3D-Antennensysteme: − Die funkbasierte Fahrzeugvernetzung bekommt bei der Fahrzeugentwicklung einen immer höheren Stellenwert – vor allem bei der Positionsbestimmung und Navigation über ein Global Navigation Satellite System (GNSS), die InternetDatenübertragung oder Fahrzeug-zu-Fahrzeug-Kommunikation. − Um die wachsenden Anforderungen in der Antennenentwicklung wie Zuverlässigkeit, Leistungsfähigkeit und Bauraumoptimierung umzusetzen, ist ein möglichst flexibles Entwurfsverfahren von Vorteil. BMW und die LeibnizUniversität Hannover gestalten einen 3D-LTE-Antennenentwurf. Die 3D-MID-Technologie hat sich unter anderem bereits in der Mobilfunkindustrie im Bereich der Serienproduktion von Antennen bewährt. Sie erlaubt es, nahezu beliebig geformte Kunststoffteile mit einer Metallisierung zu funktionalisieren und so neben Schaltungsanordnungen auch strahlende oder schirmende Elemente zu realisieren. Für den Metallisierungsprozess haben sich dabei verschiedenen Verfahren etabliert, wie beispielsweise die Laser Direkt Strukturierung (LDS) oder der Zweikomponentenspritzguss. Prof. Dr.-Ing. R. Kolke Prof. Dr. Karsten Müller Folie 53 (09/2015) V13

Quelle: ATZ 12/2014

2.) Navigationssysteme und Komponenten

A24

Geometrische Inhalte einer digitalen Karte: Ein Segment bezeichnet nicht das Straßenstück zwischen zwei Kurvaturpunkten, sondern das Straßenstück zwischen zwei Knoten; im hier gezeichneten Fall also das gesamte bogenförmige Linienstück. Quelle: Reif, K., Automobilelektronik, Eine Einführung für Ingenieure, Vieweg+Teubner Verlag, ISBN: 978-3-8348-0446-4, Prof. Dr.-Ing. R. Kolke 4. Auflage, Wiesbaden (2012)http://i.cmpnet.com/automotivedesign-europe/2009/07/Eberspaecher/A2s.gif Prof. Dr. Karsten Müller Folie 54 (09/2015) V13

2.) Navigationssysteme und Komponenten Gruppenarbeit und Übung

A24

 Wie wird aus den Satellitensignalen und den Berechnungen im Benutzersegment (Empfänger), eine Navigation möglich ? − Navigationssysteme und Komponenten  Komponenten (A24 aus 13.1 und 13.2 und 13.2.1)

 Datenbank, Positionierung und Map-Matching (A24 aus 13.2.2 bis 13.2.4)  Routenberechnung und Zielführung (A24 aus 13.2.5 und 13.2.6)  ca. 45 min Vorbereitung und anschließende Präsentation durch die Gruppen

Quelle: Reif, K., Automobilelektronik, Eine Einführung für Ingenieure, Vieweg+Teubner Verlag, ISBN: 978-3-8348-0446-4, Prof. Dr.-Ing. R. Kolke 4. Auflage, Wiesbaden (2012)http://i.cmpnet.com/automotivedesign-europe/2009/07/Eberspaecher/A2s.gif Prof. Dr. Karsten Müller Folie 55 (09/2015) V13

3.) ecall – Automatischer Notruf

Funktion und notwendige Informationen

PSAP

Public Safety Answering Point, Leitstelle GSM Global System for Mobile Communications, Standard für volldigitale Mobilfunknetze, und paketvermittelte Datenübertragung

Prof. Dr.-Ing. R. Kolke Prof. Dr. Karsten Müller Folie 56 (09/2015) V13

Quelle: ADAC

3.) ecall – Automatischer Notruf Rettungswagen, Notfalleinsatzfzg.

GPS Satelliten

Rettung

Rettungshubschrauber

Disposition

Feuerwehr Ortung

Rettungsleitstelle

Verunfalltes Fahrzeug Medizinische Rettung Rettungshubschrauber

Rettungswagen, Notfalleinsatzfzg.

E – Call (MSD, Minimum Set of Data, Gespräch) Wann? Wo? Für alle Rettungssysteme müssen Was? die notwendigen Informationen vorliegen! Wie viele? Wie schwer verletzt?

Rettungsleitstelle Technische Rettung

Feuerwehr

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Wann? Wo? Was? Wie viele? Eingeklemmt? Brand? Welches Fahrzeug? Wie optimale techn. Rettung? Besondere Gefahren?

3.) ecall – Automatischer Notruf Such- und Rettungsdienst (Search and Rescue, SAR) − Der SAR-Dienst wird für humanitäre Such- und Rettungsdienste genutzt. Notsender und Satelliten ermöglichen die Ortung und Peilung von einzelnen Personen, Fahrzeugen bei See-, Land- und Luftnotfällen. − Ende der 70er Jahre entwickelten die USA, Kanada, die damalige UdSSR und Frankreich ein Satelliten-System zur Ortung von aktivierten Notsendern. Das System heisst auf Englisch "SARSAT" (Search and Rescue Satellite-Aided Tracking), − im Russischen wird es "COSPAS" genannt. Das COSPAS-SARSAT-System verwendet sechs Satelliten in niedriger Erdumlaufbahn (LEO-Satelliten, Low Earth Orbit) und fünf geostationäre Satelliten (GEO-Satelliten). − Der GALILEO-SAR-Dienst soll das bestehende COSPAS-SARSAT-System verbessern und erweitern:

Prof. Dr.-Ing. R. Kolke Prof. Dr. Karsten Müller Folie 58 (09/2015) V13

3.) ecall – Automatischer Notruf Funktion und notwendige Informationen − Mit GALILEO wird eine neue SAR-Funktion, die Rückmeldung (vom SARBetreiber zur Notfunkbake) eingeführt − Dadurch sollen die Rettungsmassnahmen erleichtert und der Anteil von Fehlalarmen reduziert werden. − Der GALILEO-SAR-Dienst wird in Zusammenarbeit mit COSPAS-SARSAT definiert; die Merkmale und Funktionen des Dienstes werden von der IMO (International Maritime Organisation) und der ICAO (International Civil − Aviation Organisation) geregelt. − Im Gegensatz zu SARSAT-COSPAS hat der Rettungsdienst von GALILEO eine Notrufquittierung

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3.) ecall – Automatischer Notruf Funktion und notwendige Informationen

Prof. Dr.-Ing. R. Kolke Prof. Dr. Karsten Müller Folie 60 (09/2015) V13

4.) Systemvernetzung

Quelle: cita Prof. Dr.-Ing. R. Kolke Prof. Dr. Karsten Müller Folie 61 (09/2015) V13

4.) Systemvernetzung Smartphone Integration  Nahtlos verbunden – auch im Nutzfahrzeug − Kommunikation im täglichen Leben läuft immer häufiger über Smartphones. Um Apps, soziale Netzwerke und Nachrichten auch im Fahrzeug nutzen zu können, müssen sie nahtlos in das InfotainmentSystem integriert werden. Bosch entwickelt Lösungen, um die Bedien- und Darstellungsfunktionen von Smartphone-Anwendungen optimal an das Fahrzeug anzupassen. So kann der Fahrer sie problemlos und sicher nutzen – auch während der Fahrt.

Prof. Dr.-Ing. R. Kolke Prof. Dr. Karsten Müller Folie 62 (09/2015) V13

Quelle: http://www.bosch-mobilitysolutions.de/de/de/iaa_2014/02_connectivity/iaa_2014_connectivity.html

4.) Systemvernetzung Systemlösungen für das Connected Vehicle  Funktionen wie Flottenmanagement, Zustandsüberwachung und Fahrzeugortung für Nutzfahrzeuge basieren auf der Vernetzung der Fahrzeugsysteme mit externen IT-Systemen. − Maßgeschneiderte Connected Vehicle-Systeme  Für die Vernetzung der Fahrzeugsysteme mit externen IT-Systemen werden Fahrzeugdaten aus den Steuergeräten ausgelesen und von einer zusätzlichen Kommunikationseinheit, der sogenannten Connectivity Hardware, an externe Systeme übertragen. − Connectivity-Dienste erhöhen Wirtschaftlichkeit und Sicherheit

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 Die Vernetzung von Fahrzeugdaten mit externen IT-Systemen kann beispielsweise für die permanente Zustandsüberwachung von Fahrzeugen, das Condition Monitoring, genutzt werden. Wartungen können somit besser geplant und drohende Ausfälle früher erkannt werden.Eine weitere Funktion ist die Fahrzeugortung. Dank GPSStandortübermittlung können Flottenbetreiber ihre Fracht und Fahrzeuge sowohl unterwegs, auf großen Abstellflächen als auch bei Diebstahl auf einfachste Weise lokalisieren.

4.) Systemvernetzung Mehr Sicherheit - mehr Komfort  Vorausschauende Fahrerassistenzsysteme ermöglichen einen wichtigen Beitrag für sicheres und entspanntes Fahren. Mit 360°logiQ stellt Bosch eine Streckenvorausschau der Fahrroute mit dynamischen Inhalten bereit. Das bedeutet, dass Fahrzeug und Fahrer aktuelle Informationen über Geschwindigkeitsbegrenzungen, Kurvengeschwindigkeiten, Gefahrenpunkte und Stauende-Informationen erhalten.  Die Datenaktualität wird dabei über die Anbindung an ein serverseitiges System sichergestellt.  Bosch geht aber noch einen Schritt weiter: Im Verbund mit Zugriff auf weitere Fahrzeugfunktionen (CAN-Bus) reagiert das Fahrzeug während der Fahrt intelligent und teilautonom. So drosselt es vor einem nahenden Stau automatisch das Tempo oder passt die Geschwindigkeit während der Fahrt selbstständig an Begrenzungen an. Das Unfallrisiko wird damit erheblich gesenkt, während der Fahrkomfort für den Fahrer steigt. Prof. Dr.-Ing. R. Kolke Prof. Dr. Karsten Müller Folie 64 (09/2015) V13

Quelle: http://www.bosch-mobilitysolutions.de/de/de/iaa_2014/02_connectivity/iaa_2014_connectivity.html

4.) Systemvernetzung Sicherheit für Fahrer und Fahrzeug  Mit Bosch Secure Truck Parking können Sie an ausgewählten Autohöfen in Deutschland sicher und zuverlässig Lkw-Parkplätze reservieren.  Vorteile auf einen Blick: − Erhöhung der Planungssicherheit − Optimierung der Lenkzeitnutzung − Kosteneinsparungen durch Vermeidung des Parkplatzsuchverkehrs − Vermeidung von verkehrsgefährdendem Parken − Reduzierung von CO2-Emissionen

Prof. Dr.-Ing. R. Kolke Prof. Dr. Karsten Müller Folie 65 (09/2015) V13

Quelle: http://www.bosch-mobilitysolutions.de/de/de/iaa_2014/02_connectivity/iaa_2014_connectivity.html

5.) C2x Mehrwegempfang und mobiler Betrieb „Wenn man bedenkt, dass ein Fahrzeug bis zu zehn Nachrichten pro Sekunde absetzt, können von den in der Nähe befindlichen Fahrzeugen in jeder Sekunde viele Hunderte von Nachrichten gesendet werden, die verifiziert werden müssen.“ Dipl.-Ing. Thomas Hinz , NXP Semiconductors

Prof. Dr.-Ing. R. Kolke Prof. Dr. Karsten Müller Folie 66 (09/2015) V13

Quelle: HANSER automotive, 3-4/2014

5.) C2x Eine Architektur für globales Car-to X.  Feldversuche wie SPITS (Niederlande), simTD (Deutschland)' [email protected] (Frankreich) und Safety Pilot (USA) belegen die neuen Impulse für diese Technologie.  Im simTD-Feldversuch in Deutschland wurden durch 120 Fahrzeuge insgesamt 1.650.000 Testkilometer in 41 .000 gefahrenen Stunden zurückgelegt.  Angesichts dieser Erfolge werden jetzt konkretere Pläne zur Realisierung der Technologie laut. Die vertretenen Automobilhersteller im CAR 2 CAR Communication Consortium, das sich für eine weltweite Harmonisierung der Netzstandards zum drahtlosen Austausch von Daten und Informationen zwischen Fahrzeugen, Verkehrsinfrastruktur und Service-Providern stark macht, sichern eine Umsetzung bereits ab 2015/2016 zu .

Prof. Dr.-Ing. R. Kolke Prof. Dr. Karsten Müller Folie 67 (09/2015) V13

Quelle: HANSER automotive, 3-4/2014

5.) C2x Szenarios der C2C/C2X Kommunikation.  Um die Funktionsweise der Kommunikationstechnik verstehen zu können, werden zu den Bereichen Sicherheit, Verkehrseffizienz und Infotainment beispielhaft einige Szenarios vorgestellt. Sicherheit Infotainment und andere

Verkehrseffizienz

Prof. Dr.-Ing. R. Kolke Prof. Dr. Karsten Müller Folie 68 (09/2015) V13

Quelle: HANSER automotive, 3-4/2014

5.) C2x Szenarios der C2C/C2X Kommunikation. Sicherheit  Szenarien zur Verbesserung der Sicherheit eines Fahrzeugs. Relevante Informationen, z.B. Position, Geschwindigkeit und Fahrtrichtung, müssen regelmäßig zwischen den Fahrzeugen ausgetauscht werden. − Forward Collision Warning: Auffahrunfälle sollen durch das Austauschen von den oben genannten relevanten Informationen verhindert werden. Das Austauschen zwischen den Fahrzeugen geschieht automatisch. Der Fahrer wird gewarnt, wenn anhand der vorliegenden Daten eine kritische Situation bevorsteht. − Pre-Crash Sensing/Warning: Wenn ein Zusammenstoß nicht mehr zu verhindern ist, werden anhand der vorhandenen Informationen optimale Vorkehrungen (Airbags, motorisierter Sicherheitsgurtstraffer, erweiterbare Stoßstangen, . . . ) für die Kollision getroffen. − –Hazardous Location Warning: Gefahrenstellen auf der Straße (glatte Fahrbahn, Schlaglöcher, . . . ) werden zwischen den Fahrzeugen ausgetauscht. Die herankommenden Fahrer sind gewarnt und ChassisProf. Dr.-Ing. R. Kolke Prof. Dr. Karsten Müller und Sicherheitssysteme können automatisch optimiert werden. Folie 69 (09/2015) V13

5.) C2x Szenarios der C2C/C2X Kommunikation. Verkehrseffizienz  Die Verkehrs- und Transporteffizienz wird durch das Bereitstellen von Informationen an die Besitzer des Transportnetzwerkes oder an die Fahrzeugführer verbessert. − Enhanced Route Guidance and Navigation: Infrastrukturbesitzer sammeln Daten über eine große Region und können diese interessierten Fahrzeugen zur Verfügung stellen, anhand derer die günstigste Route gewählt werden kann. − Green-Light Optimal Speed Advisory: Fahrzeuge erhalten Position und Phasenschaltung von Ampeln. Mit den Daten kann die optimale Geschwindigkeit berechnet werden, um ohne anzuhalten über die Ampel zu kommen. − V2V Merging Assistance: Fahrzeugen wird das Einfädeln in den laufenden Verkehr erleichtert, indem sie mit anderen Fahrzeugen kommunizieren und passende Lücken angekündigt werden. Prof. Dr.-Ing. R. Kolke Prof. Dr. Karsten Müller Folie 70 (09/2015) V13

5.) C2x Umsetzung  Der neue RoadLlNK-Chipsatz enthält z.B. NXPs aktuelle SDR-Technologie (Software-Defined Radio) und deckt damit eine Vielzahl von unterschiedlichen Anwendungsfällen auf Basis einer einheitlichen, global einsetzbaren Hardwareplattform ab.  Die Chiplösung unterstützt dabei beide Ausprägungen von C2X: Sicherheit (Car-to-Car-Kommunikation, C2C) und intelligentes Verkehrsmanagement (C2I, beinhaltet Kommunikation zwischen Fahrzeugen und der Infrastruktur) sowie externes WLAN.  Der Dual-Channel-SDR-Prozessor SAF5100 verarbeitet die 802.11p-Firmware von Cohda (5,9 GHz) - sie unterstützt internationale Standards wie IEEE 802.11p/1609.x für den Betrieb in den USA, entsprechende ETSI-Äquivalente für die Nutzung in Europa sowie den japanischen Standard für den 760-MHzBetrieb.  Diese Standards wurden ausschließlich zur Nutzung im Fahrzeugbereich mit oftmals sehr schnell wechselnden Signalumgebungen entwickelt, bei denen die erforderlichen Transaktionen wesentlich schneller verarbeitet werden müssen. Prof. Dr.-Ing. R. Kolke Prof. Dr. Karsten Müller Folie 71 (09/2015) V13

5.) C2x Umsetzung  Es sind vor allem die Sicherheitsapplikationen, die eine frühzeitige Übernahme der Technologie vorantreiben, am Ende können es aber auch neue technische Möglichkeiten sein, die den Deal perfekt machen:  so z. B. erweiterte Möglichkeiten für neue Dienste auf freien 5,9-GHzServicekanälen oder die Möglichkeit einer Nutzung von externem WLAN.  Wenn es also darum geht, die für einen erfolgreichen Systemstart erforderliche kritische Masse an Fahrzeugen mit C2X-Technik auszustatten – mindestens 10% aller Fahrzeuge werden dabei mit einem Kommunikationsmodul für C2XAnwendungen auszustatten sein, will man einen spürbaren Mehrwert bieten. Es gibt Lösungen

Prof. Dr.-Ing. R. Kolke Prof. Dr. Karsten Müller Folie 72 (09/2015) V13