Stellar-40 Taktisches Trägheitsnavigationssystem

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Die Koppelnavigation ist eine Methode zur Navigation ohne GNSS , bei der Trägheits- und andere Sensordaten zur kontinuierlichen Positionsverfolgung herangezogen werden. Normalerweise verliert ein System bei GNSS seine Position vollständig. Bei der Koppelnavigation berechnet das System eine kontinuierliche Position, die im Laufe der Zeit langsam abweicht. Die Geschwindigkeit dieser Abweichung hängt von der Qualität der internen IMU der Verfügbarkeit externer Hilfssensoren ab.

Das Stellar-40 verwendet unser proprietäres sbgECom-Protokoll, das klar definierte Nachrichtenrahmen nutzt. Mithilfe dieser vordefinierten Nachrichten kann das System nahtlos Luftdaten, Körpergeschwindigkeiten und absolute Positionsdaten von jedem externen Sensor aufnehmen, der diese Informationen bereitstellen kann.

Nein, da es nicht erforderlich ist. Der fortschrittliche Sensorfusionsalgorithmus des Stellar-40 berechnet und schätzt Windbedingungen automatisch in Echtzeit, wodurch die manuelle Eingabe entfällt.

Für Landplattformen unterstützt das Stellar-40 eine Vielzahl von Hilfseingaben, um die Navigationsgenauigkeit zu verbessern, insbesondere in GNSS-verweigerten Umgebungen. Dazu gehören Hardware-Odometern (Rad-Odometrie), Geschwindigkeitshilfen von externen Sensoren (wie LiDAR oder optischen Sensoren) und absolute Positionshilfen.

Die richtige Wahl hängt von Ihrer Betriebsumgebung ab. Wir empfehlen dringend die gedämpfte Version für Plattformen, die rauen, vibrierenden Umgebungen ausgesetzt sind, wie z. B. Deep-Strike-Drohnen oder unbemannte Bodenfahrzeuge (UGVs). Wenn Sie sich nicht sicher sind, welche Version für Ihre Anwendung geeignet ist, hilft Ihnen unser Support-Team gerne bei der richtigen Auswahl.

Was ist SBAS?

Das satellitengestützte Erweiterungssystem (Satellite-Based Augmentation System, SBAS) ist eine GNSS , die die Genauigkeit, Integrität, Verfügbarkeit und Kontinuität der Satellitenortung verbessert. Ursprünglich zur Unterstützung der Luftfahrt entwickelt, hat sich SBAS zu einer wertvollen Navigationshilfe für Anwendungen wie Drohnen, Schifffahrt, Präzisionslandwirtschaft, GIS-Kartierung, autonome Fahrzeuge und Trägheitsnavigationssysteme (INS) entwickelt. Im Gegensatz zu Real-Time Kinematic (RTK) oder Precise Point Positioning (PPP) bietet SBAS eine kostenlose Positionierung im Meterbereich, ohne dass eine lokale Basisstation oder eine Internetverbindung erforderlich ist.

Ein eigenständiger GNSS bestimmt seine Position durch die Messung von Pseudodistanzwerten zu Satelliten, die zu Konstellationen wie GPS, Galileo, GLONASS oder BeiDou gehören. Diese Messungen unterliegen jedoch verschiedenen Fehlerquellen, darunter Satellitenuhrdrift, Umlaufbahnfehler (Ephemeridenfehler), ionosphärische Verzögerung, troposphärische Verzögerung, Empfängerrauschen und Mehrwegausbreitung. SBAS schätzt kontinuierlich den größten dieser Fehler und sendet in Echtzeit Korrekturen aus, die die Navigationslösung erheblich verbessern.

Die SBAS-Architektur stützt sich auf ein Netzwerk präzise vermessener Referenzstationen, die über eine Region verteilt sind. Diese Stationen überwachen kontinuierlich GNSS und vergleichen die gemessenen Satellitenentfernungen mit ihren bekannten Positionen, um Fehler bei der Satellitenuhr, der Umlaufbahn und der Ionosphäre abzuschätzen. Die Messungen werden an zentrale Kontrollzentren übertragen, die die Daten aller Referenzstationen zusammenführen, um Korrekturmeldungen und Integritätsinformationen zu generieren. Diese Meldungen werden anschließend an geostationäre Satelliten gesendet, die sie an SBAS-fähige GNSS weiterleiten. Der Empfänger wendet die Korrekturen an, bevor er seine Position berechnet, wodurch die dominierenden Fehlerquellen, die die Pseudobereichsmessungen beeinflussen, wirksam reduziert werden.

Mathematisch lässt sich die korrigierte Pseudodistanz wie folgt ausdrücken:

Pkorrigiert​ = Pgemessen​ − ΔUhr ​− ΔUmlaufbahn​ − ΔIono​

wobei Pgemessen ist der ursprüngliche Pseudobereichswert, ΔUhr stellt die Satellitenuhrkorrektur dar, ΔOrbit​ ist die Umlaufbahnkorrektur und Δiono ist die Korrektur für die ionosphärische Verzögerung.

Diese Korrekturen reduzieren die GNSS Positionsfehler bei der eigenständigen GNSS in der Regel von etwa 3–10 Metern auf etwa 1–2 Meter. Obwohl diese Genauigkeit geringer ist als die mit RTK oder PPP erzielte Leistung im Zentimeterbereich, bietet SBAS einen wesentlichen Vorteil: die Integritätsüberwachung. Anstatt lediglich die Positionsgenauigkeit zu verbessern, bewertet SBAS kontinuierlich den Zustand jedes überwachten Satelliten und warnt die Nutzer umgehend, wenn ein Satellit aufgrund von Taktabweichungen, Bahnfehlern oder Signalverschlechterung unzuverlässig wird. Diese Fähigkeit ist für sicherheitskritische Anwendungen unerlässlich, bei denen Nutzer wissen müssen, ob sie sich auf die Navigationslösung verlassen können.

Weltweit sind mehrere regionale SBAS-Dienste in Betrieb. Dazu gehören WAAS in Nordamerika, EGNOS in Europa, MSAS in Japan, GAGAN in Indien, SDCM in Russland, KASS in Südkorea sowie SouthPAN in Australien und Neuseeland. Moderne GNSS unterstützen in der Regel automatisch mehrere SBAS-Dienste, je nach ihrem geografischen Standort.

Bei Trägheitsnavigationssystemen bietet SBAS eine genauere und zuverlässigere GNSS , die die Leistung der Sensorfusion verbessert. Ein Extended Kalman Filter (EKF) nutzt die korrigierten GNSS und Geschwindigkeitsmessungen, um die von den Trägheitssensoren akkumulierte Drift in regelmäßigen Abständen zu begrenzen. Im Vergleich zu GNSS eigenständigen GNSS reduziert SBAS Messrauschen und satellitenbedingte Abweichungen, was zu stabileren Positions- und Geschwindigkeitsaktualisierungen führt und gleichzeitig wertvolle Integritätsinformationen für Navigationsalgorithmen liefert. Allerdings erhöht SBAS nicht die GNSS und kann GNSS nicht kompensieren. Bei Signalunterbrechungen hängt die Gesamtnavigationsleistung weiterhin in erster Linie von der Qualität der IMU der Effektivität des INS ab.

SBAS ist daher eine hervorragende Lösung für Anwendungen, die eine kostenlose, weltweit verfügbare Positionsbestimmung im Meterbereich mit hoher Zuverlässigkeit und Integrität erfordern. Es eignet sich besonders gut für autonome Fahrzeuge, UAVs, die Schifffahrt, die Landwirtschaft und industrielle Systeme, bei denen eine robuste Navigation wichtiger ist als das Erreichen einer Genauigkeit im Zentimeterbereich. Wenn Anwendungen eine Positionsbestimmung auf Vermessungsniveau erfordern, bleiben RTK oder PPP die bevorzugten Korrekturverfahren, während SBAS als zuverlässige und weit verbreitete Ergänzung zur herkömmlichen GNSS dient.