Validierung von satellitenbasierten Eisenbahnortungssystemen

Poliak, Jan

Satellitennavigation ist heutzutage für die Ortungssysteme im Straßen- und Schienenverkehr unumgänglich, trotzdem gibt es zurzeit nur wenige verbreitete Anwendungen. Die aktuellen Arbeiten von Forschungsinstitutionen, Komponentenherstellern, der Eisenbahnindustrie sowie nationalen und internationalen Behörden oder Einrichtungen die sich mit diesem Bereich beschäftigen, zeigen, dass hier ein großes Anwendungspotenzial besteht. Die Eigenschaften und Merkmale dieser Satellitennavigationssysteme wie z.B. die Verfügbarkeit werden stark von den Umgebungsbedingungen beeinflusst, da diese Bedingungen die Stärke und die Ausbreitung der empfangenen Signale beeinträchtigen. Hierbei ist eine ausführliche Analyse der kritischen Szenarien, die diese Umgebungsbedingungen beschreiben, unentbehrlich, um so die Auswirkungen auf die Energie des empfangenen Signals in solchen Umgebungen besser zu verstehen. Auf diese Weise können ggf. die systemspezifischen Merkmale bei der Entwicklung und den Einsatz solcher Systeme berücksichtig werden. In dieser Arbeit werden die wichtigen Aspekte satelliten¬basierter Ortungssysteme erläutert und einige relevante Merkmale sowie ein systematischer Einsatz hergeleitet, die charakteristischen Größen von GNSS mit Hilfe eines unabhängigen Referenzmesssystems zu ermitteln. Es werden die grundlegenden Einsatzmöglichkeiten von Referenzmesssystemen für satellitenbasierte Anwendungen im Eisenbahnbereich diskutiert und schließlich wird auch einer der ersten Ansätze skizziert und erläutert. Dazu wird auch das resultierende Referenzmesssystem vorgestellt und erläutert. Mit diesen werden während einer Testfahrt Daten entsprechend einem Testszenario erhoben. Die Positionsungenauigkeit für statische und dynamische Messungen wird mittels des Referenzmesssystems („GaTRail“) verglichen und anschließend analysiert. So wird gezeigt, dass man während der dynamischen Messungen (bei Berücksichtigung minimaler Umgebungs-eigenschaften) einige wichtige Eigenschaften GNSS basierter Positionsbestimmung quantitativ und qualitativ betrachtet kann. Schließlich wird das zugehörige Messmanagementsystem beschrieben und einige allgemeine sowie spezifische Anforderungen werden aufgelistet. Abschließend wird der gesamte Themen¬bereich in den Kontext Validierung von GNSS basierten Anwendungen eingeordnet, der Teil eines Zertifizierungsprozesses ist. Dieser wird zusammen mit einem erforderlichen dem Akkreditierungsprozess formal dargestellt und erläutert.

Nowadays, satellite navigation is widespread for positioning systems in road and railway traffic, yet there are presently few prevalent applications. Current workings of research institutions, manufacturers of components, railway industry as well as national and interna-tional authorities or institutions dealing with this domain show actually that a huge application potential does exist. These satellite navigation systems’ main parameters, e.g. their availability are strongly affected by environmental conditions, as these conditions have an effect on the received signals. Here it is indispensable to perform a thorough analysis of critical scenarios describing the environmental conditions, in order to obtain a better understanding of the impact on the performance of the received signal in these environments. In doing so, it is possible to take the characteristics specific for the system into consideration during development and use. This work will illustrate the important aspects of satellite-based positioning systems and describe some of the relevant characteristics in detail. It discusses the basic possibilities of application of reference measuring systems for satellite-based applications in railway traffic and will finally give an outline of and explain one of the first approaches. During a test drive, data are gathered according to a test scenario. The positioning inaccuracy of static and dynamic measurements will be compared using the reference measuring system “GaTRail”, and analyzed subsequently. This will show that it is possible to consider numerous important features of GNSS-based location determination during dynamic measurements quantitatively and qualitatively (considering a minimal GNSS reception condition). Finally, the measurement management system will be described, and some general as well as specific requirements will be listed. The entire work deals with the subject “Validation of GNSS-based applications” which is part of a certification process. The latter will be formally described and explained.

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Poliak, Jan: Validierung von satellitenbasierten Eisenbahnortungssystemen. 2009.

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