Multipath-Unterdrückung
Unter Mehrwegunterdrückung versteht man die Fähigkeit eines Empfängers oder Antennensystems, Fehler zu reduzieren, die durch reflektierte GNSS-Signale verursacht werden. Wenn ein GNSS-Signal direkt von einem Satelliten zu einem Empfänger wandert, liefert es genaue Positionsdaten. Nahegelegene Oberflächen wie Gebäude, Gewässer oder Metallstrukturen können das Signal jedoch reflektieren, sodass es etwas später als das direkte Signal am Empfänger ankommt.
Diese Verzögerung führt zu Positionierungsfehlern, insbesondere in Umgebungen, in denen Signalreflexionen häufig vorkommen. Um dem entgegenzuwirken, entwickeln Ingenieure Systeme mit Mehrwegunterdrückungstechniken, die die Auswirkungen dieser reflektierten Signale aktiv minimieren.
Verschiedene Methoden zur Unterdrückung von Mehrwegausbreitung
Um Mehrwegeausbreitung (Multipath) zu unterdrücken, nutzen GNSS-Empfänger und Antennen verschiedene Methoden. Hochwertige geodätische Antennen verfügen beispielsweise über Groundplanes (Masseflächen) und Mantelwellensperren (Choke Rings), die Signale aus flachen Winkeln – bei denen Reflexionen am wahrscheinlichsten sind – abblocken. Darüber hinaus verwenden moderne GNSS-Empfänger Signalverarbeitungsalgorithmen, die verzögerte Signale anhand ihrer Laufzeit und ihres Einfallswinkels erkennen und ignorieren.
Die innovative Methode zur Unterdrückung von Mehrwegeausbreitung umfasst einen auf Multikorrelatoren basierenden GNSS-Empfänger mit einem Extended Kalman Filter (EKF) als iterativem Löser, der das typische Delay Locked Loop (DLL)-Codetracking-System ersetzt. Diese Technik reduziert Positionsfehler erheblich und behält gleichzeitig eine geringe Komplexität bei, was den Einsatz in Echtzeit-Verarbeitungsumgebungen erleichtert.
Diese Systeme profitieren zudem vom Einsatz von Mehrfrequenzsignalen (L1, L2, L5), da der Vergleich mehrerer Signale dabei hilft, zwischen direkten und reflektierten Signalwegen zu unterscheiden.
Beispiele für wirksame Methoden
Infolgedessen liefern Systeme mit wirksamer Mehrwegunterdrückung eine genauere und stabilere Positionierung. Dies ist besonders wertvoll in städtischen Umgebungen, in denen hohe Gebäude und andere reflektierende Oberflächen komplexe Signalbedingungen erzeugen. Beispielsweise profitiert ein Vermessungsingenieur, der in der Nähe eines gläsernen Wolkenkratzers arbeitet, von einer Antenne, die reflektierte Signale ausblendet und selbst in schwieriger Umgebung zentimetergenaue Präzision beibehält.
In der Präzisionslandwirtschaft nutzen GNSS-gesteuerte Traktoren die Mehrwegunterdrückung, um exakte Pfade in der Nähe von Bäumen, Silos und Bewässerungsanlagen einzuhalten.
Darüber hinaus stützt sich auch die Schiffsnavigation auf mehrwegresistente Systeme. Schiffe, die unter Brücken oder in der Nähe von Metallstrukturen hindurchfahren, können aufgrund reflektierter Signale von umliegenden Oberflächen gestörte Positionsdaten erfahren. Mit einer starken Mehrwegunterdrückung arbeitet das Bordnavigationssystem jedoch zuverlässig weiter.
Insgesamt verbessert die Mehrwegunterdrückung die Zuverlässigkeit und Genauigkeit von GNSS in realen, anspruchsvollen Umgebungen. Sie minimiert Signalreflexionen, um hochpräzise Landvermessungen, UAV-Flüge, Navigation, Baustellenkartierung und seismische Überwachung zu unterstützen.
Mit zunehmender GNSS-Nutzung müssen Systeme Mehrweginterferenzen aktiv abweisen, um eine konsistente und zuverlässige Positionierung sicherzustellen.
