Qualifizierung sicherheitsrelevanter satellitenbasierter Ortungssysteme für den Bodenverkehr

Spiegel, Dirk Bernhard

Für zukünftige Fahrerassistenzsysteme bis zum autonomen Fahren ist das Wissen über den genauen Ort des Fahrzeuges von existenzieller Bedeutung. Eine herausragende Möglichkeit der Ortung ermöglichen satellitenbasierte Ortungssysteme. Damit diese für sicherheitsrelevante Anwendungen eingesetzt werden können, müssen sie durch ein DIN EN ISO/IEC 17025 akkreditiertes Prüflabor qualifiziert und gegen die Anforderungen aus den Anwendungen zertifiziert werden. Bis heute ist dies für den Bodenverkehr nicht möglich, da die Anforderungen in der Norm hinsichtlich der präzisen und eindeutigen Definition der Qualitätsmerkmale, der Dokumentation der Messbedingungen während der Qualifizierung und der Eindeutigkeit von Messergebnissen, bedingt durch das stochastische Verhalten von GNSS-Empfängern, nicht erfüllt werden. Diese Hemmnisse werden in dieser Arbeit beseitigt, angefangen mit der eindeutigen Definition von Qualitätsmerkmalen bei der Qualifizierung von GNSS-Empfängern. Da die der Stichprobe zugrunde liegende Verteilung begrenzt durch zeitliche und örtliche Effekte nicht repräsentativ ist, wird hierbei sowohl auf die parametrische Beschreibung als auch die nicht parametrische Beschreibung eingegangen. Um das stochastische Verhalten von GNSS-Empfängern zu quantifizieren, wird in dieser Arbeit ein Qualitätsmaß eingeführt, welches keine durch Parameter beschreibbare Stichprobenverteilung benötigt. Damit die Messbedingungen dokumentiert werden können und um zu verstehen, unter welchen Bedingungen die Messungen durchgeführt wurden, wird in dieser Arbeit ein neues Maß – der bestmögliche Ort – eingeführt, welcher die Messbedingungen in einer Größe verdichtet. Die Messbedingungen werden dabei durch Referenzmessungen bestimmt. Diese streuen und folglich wird der bestmögliche Ort um eine Messunsicherheit nach dem Verfahren des GUM erweitert. Um den bestmöglichen Ort zu bestimmen, wurde das Programm – CONCAL – entwickelt und verifiziert. Nach der Überwindung der Hemmnisse wird in dieser Arbeit eine beispielhafte normenkonforme Qualifizierung eines GNSS-Empfängers durchgeführt. Die Ergebnisse der Prüffahrten zeigen, dass die Herstellerangaben bezüglich der Ortsgenauigkeit für die Prüffahrt nicht eingehalten werden konnten. Werden jedoch die systematischen Abweichungen durch die Messbedingungen berücksichtigt, lässt sich zeigen, dass die Genauigkeitsangaben eingehalten werden. Damit wird durch diese Arbeit eine negative Bewertung des Prüfgegenstands vermieden.

The information about the vehicles’ location is critical for future advanced driver assistance systems and autonomous vehicles. An excellent way to locate is by means of satellite-based positioning systems. To be used for safety-relevant applications, these must be qualified by a DIN EN ISO / IEC 17025 accredited test laboratory and certified against the requirements of the applications. Hitherto, this is not possible for ground transport, because the requirements in the standard are not considered with regard to the precise and clear definition of key performance indicators, the documentation of measurement conditions during the qualification and the unambiguous measurement results due to the stochastic behaviour of GNSS receivers. These drawbacks are eliminated in this work, beginning with the clear definition of key performance parameters of GNSS-receivers. Since the sample distributions of measurement campaigns are not representative due to temporal and local effects for short test drives, both the parametric description and the distribution independent description are discussed. To quantify the stochastic behaviour of GNSS-receivers, a new quantity is introduced, which does not require samples following a distribution that can be described by parameters. To be able to document the measurement conditions and to understand under which conditions the measurements have been carried out, a new measure - the best possible location (german: bestmöglicher Ort)- is introduced in this work. Within the measure all measuring conditions are densified. The measuring conditions are determined by reference measurements of the individual measurement condition effects. The accuracy of the reference measurements varies and consequently the best possible location is expanded by a measurement uncertainty according to the procedure of the GUM. After the drawbacks are overcome, an exemplary standard-conform qualification of a GNSS receiver is carried out in this work. The results of the test runs show that the manufacturer's data concerning the location accuracy for the test drive could not be met. If, however, the systematic deviations due to the measurement conditions are considered, it can be shown that the accuracy evaluated is compliant with the manufactures statements. Due to this work a negative assessment of the system under test can be avoided.

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Spiegel, Dirk: Qualifizierung sicherheitsrelevanter satellitenbasierter Ortungssysteme für den Bodenverkehr. 2018.

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