veröffentlicht in: Embedded Selforganizing Systems (Vol 5. No 1. 2018) der TU Chemnitz

von Karen von Huenerbein (Lange-Electronic GmbH) und Werner R. Lange (Lange-Electronic GmbH)

Globale Navigationssatellitensysteme (GNSS) stellen eine genaue Zeit und genaue Ortsinformationen bereit. Diese Angaben spielen eine entscheidende Rolle bei der Positionierung, Navigation und Datenerfassung der meisten unbemannten Luftfahrzeuge (UAVs) und bei verschiedenen Flugoperationen und Aufgaben, wie beispielsweise dem Ergänzen mit Zeitstempeln und der Georeferenzierung von Daten und Bildern, dem RTH (Return to Home, autonomer Rückflug und sichere Landung), dem Vermeiden von Hindernissen und der Durchführung von Geofencing. Einige dieser kritischen Vorgänge haben Auswirkungen auf die Sicherheit des UAV, auf die Umwelt und auch die Gesundheit und Sicherheit von Menschen.

Daher ist es wichtig, die korrekte Funktion der Navigation und des Timings unter einer Vielzahl von natürlichen Umständen zu testen und auch bei GNSS Signal Störungen und Ausfällen sicherzustellen. Die Leistungsfähigkeit von auf GPS/GNSS basierendem Timing und Navigation kann kontrolliert und wiederholbar im Labor  getestet und verifiziert werden.

Der Vortrag stellt eine breite Palette potenzieller Bedrohungen für GNSS Positionierung, Navigation und Timing sowie einen Überblick über verschiedene Testmethoden vor. Darüber hinaus wird eine Methode zur Zeitsynchronisation von Drohnen erläutert, um sichere Schwarm- und Folgeflüge mit UAVs zu ermöglichen.

Der Vortrag ist in englischer Sprache verfasst.

GPS (Global Positioning System) und GNSS (Global Navigation Satellite Systems) liefern eine sehr genaue Position, Geschwindigkeit und Zeit, Angaben, die für viele ADAS (Advanced Driver Assistance Systeme) und autonomes Fahren entscheidend sind.

Mit Hilfe zusätzlicher Korrekturmethoden kann die Position im dreidimensionalen Raum auf einige Dezimeter genau bestimmt werden. Darüber hinaus werden eine Vielzahl verschiedener Sensoren, darunter optische, LIDAR und RADAR, zur Erkennung von Hindernissen und Straßenmarkierungen eingesetzt. GNSS-Ortungs- und Bewegungsdaten können über drahtlose Datenverbindungen mit anderen Fahrzeugen (Car2Car) ausgetauscht oder an eine übergeordnete Infrastruktur gesendet werden ( Car2X), um die frühzeitige Erkennung von möglichen Unfällen zu verbessern, drastische Bremsmanöver auf der Straße zu vermeiden, Staus zu verhindern und sogar Fahrzeuge zu erkennen, die für den Fahrer aufgrund von Verdeckungen in Kurven nicht sichtbar sind. Diese Elemente der Telemetrie in den ADAS Systemen und beim autonomen Fahren dienen der Verbesserung der Sicherheit aller Verkehrsteilnehmer und auch der Effizienz des Fahrens.

Um diese Sicherheit von ADAS und autonomem Fahren zu gewährleisten, müssen Millionen von Testkilometern auf unterschiedlichen Straßen in verschiedenen Umgebungen gefahren werden. Insbesondere in Stadtzentren und Berggebieten kann der GNSS-Empfang durch die Abdeckung von Signalen durch Gebäude oder Brücken, die Vegetation oder Berge sowie durch Signale, die auf ebenen Flächen reflektiert werden (multipath), gestört werden. Darüber hinaus gibt es zusätzliche Störquellen, die GPS/GNSS-Empfänger potenziell blockieren, stören oder verfälschen können, insbesondere auf und direkt neben Autobahnen und in Städten. Das Testen kann sehr zeitraubend und kostspielig werden, insbesondere wenn alle erforderlichen Kilometer tatsächlich gefahren werden müssen.

Es ist effizienter, die GPS/GNSS- und Interferenzsignalumgebung während Testfahrten mit modernen Record & Replay Systemen aufzuzeichnen, um die realistische Signalumgebung innerhalb des Labors reproduzieren zu können und wiederholbare und realistische Tests zu ermöglichen. Solche neuen Aufzeichnungs- und Wiedergabesysteme können GNSS-Signale in allen Frequenzbändern mit einer hohen Bandbreite und Auflösung sowie vielen zusätzlichen Sensoren synchron aufzeichnen.

Dieses Paper erklärt praktische Anwendungsfälle von GPS/GNSS-Daten bei autonomem Fahren, Car2Car und Car2X, und mögliche Ursachen von Fehlern und Schwachstellen von GPS/GNSS. Es werden entsprechende Testsysteme vorgestellt, um wiederholbare und realistische Tests im Labor zu ermöglichen. Ziel ist es, Zeit und Geld für Tests zu reduzieren und die Sicherheit von Fahrerassistenzsystemen und autonomem Fahren zu verbessern.

Das Paper ist in englischer Sprache verfasst und wurde anlässlich der European Test and Telemetry Conference ettc2018 von Karen von Huenerbein (Lange-Electronic GmbH) veröffentlicht und vorgestellt.

pdfTesting Acquisition of GPS / GNSS Location and Velocity to Improve Safety in Autonomous Driving249.03 KB

pdfPresentation_GSS6450_AutonomDriving.pdf1.49 MB

 

Robuste Synchronization & Cyber-Security
bei kritischen Infrastrukturen wie intelligenten Stromnetzen

In den Jahren 2015-2017 hat die Firma Elproma am internationalen Projekt DEMETRA Horizon 2020 teilgenommen.
Das Projekt stellte 9 neue Zeitsynchronisationsservices vor, einige davon auf Basis des GALILEO-Systems der EU.

Dem Projekt DEMETRA gingen zahlreiche Marktstudien voraus, um den Bedarf der Industrie nach Synchronisations-Produkten und -Dienstleistungen zu bestimmen. Zahlreiche technische Audits wurden im Bereich der EU durchgeführt, um herauszufinden, wie die Synchronisation, basierend auf dem GPS-System und Ethernet TCP / IP-Netzwerken, derzeit durchgeführt wird. Die Ergebnisse zeigten zahlreiche Unzulänglichkeiten der derzeitigen Lösungen.
Elproma ist dem DEMETRA Projekt als Experte für die Ethernet-Zeitverteilungsprotokolle NTP (Network Time Protocol) und PTP / IEEE1588 (Precision Time Protokoll) beigetreten. Die Firma wurde zusätzlich mit der Aufgabe betraut, eine neue Methode der sicheren Zeitverteilung zu entwerfen, die z.B. für sichere UTC-Übertragungen verwendet werden kann.

Die Ergebnisse von DEMETRA sind Grundlage weiterer R&D-Arbeiten in anderen EU-Projekten.

Präsentation anlässlich des DG-Energy Workshops 2017 in Brüssel

Nachfolgend das Whitepaper zum Thema von T. Widomski, K. Borgulski, J. Użycki, P. Olbrysz, J. Kowalski (ELPROMA)

 pdfELPROMA - Faults of synchronisation based on GNSS NTP PTP IEEE1588_.pdf6.74 MB

 

Wie die wachsende Bedrohung von Satellitennavigationssignalen Ihr System gefähren kann - und was Sie dagegen unternehmen können

Satellitennavigationssignale aus dem Weltall sind bedenklich schwach, sie können leicht blockiert, beschädigt oder durch wachsende Störungen beeinträchtigt werden - durch Sonnenaktivität, zivilisationsbedingte Störungen, bösartig gefälschte GPS Signale und die Manipulation von Positions- und Zeitinformationen.

Da wir uns inzwischen im Rahmen vieler industrieller Anwendungen mehr und mehr auf GNSS Signale und Daten verlassen, gehört die Kenntnis dieser Gefahren und das Wissen darum, wie man ihnen begegnen kann, zum entscheidenden Risiko-Management, für Hersteller, System- und Applikations-Anbieter und auch für Endnutzer.

Dieses Whitepaper beinhaltet:

  • ƒƒeinen Überblick über die unterschiedlichen Gefahren für GNSS Signale und wohin diese sich entwickeln
  • ƒƒeine erste Hilfe dabei,  die Anfälligkeit Ihres Systems gegenüber GNSS Bedroghungen zu erkennen
  • ƒƒeinen Überblick über die aktuell effektivsten Techniken um das Risiko von GNSS Ausfällen, Fehlern oder Cyber-Attacken für Ihr System zu verringern
  • ƒƒeine Einführung in Spirent's GNSS An introduction to Spirent’s GNSS Service zur Einschätzung von Gefahren und deren  Entschärfung

Sprache: Englisch

Achieving Reliable and accurate Results with RF Simulation of GNSS Signals

Karen von Hünerbein, Werner Lange, Lange-Electronic GmbH
Rudolf-Diesel-Str. 29 a
D-82216 Gernlinden
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Abstract Text:


Positioning, timing and navigation (PNT) with Satellite Navigation Systems like GPS, GLONASS, Beidou and Galileo are more and more widespread and used in very different types of applications including core telemetry applications. Global Navigation Satellite Systems (GNSS) receivers in Safety Critical Applications such as landing airplanes, Critical Infrastructure or Remote Sensing missions e.g. Earth Observing Satellites need to be very robust and reliable under a variety of environmental conditions, sometimes very harsh ones outside the atmosphere. Timing is critical in communication between satellite ground stations and the satellites, e.g. telemetry tracking and command, or communication protocols using Time Division Multiple Access.
Thus, it is crucial to test GNSS receivers thoroughly under a variety of different conditions, also extreme conditions like very high dynamics or unhealthy GNSS satellites.
For this purpose GNSS RF signal simulators are a versatile and flexible tool. The tests can be repeated as many times as necessary with identical conditions. Besides this a simulator offers complete control across the scenario, every single detail can be controlled and changed. In RF simulators comprehensive error models are available for satellite signals and clocks, satellite orbits and health flags, obscuration and multipath, atmospheric conditions, antenna characteristics, vehicle dynamics, leap seconds, jamming and aiding Inertial sensors. Each of them can be controlled individually. For some tests, like unhealthy satellites or future constellations RF, simulators are the only way for testing, as future signals, for example, are not available in live sky test.
In this paper, we will introduce the capabilities of GNSS simulators with a wide range of different error conditions and show several telemetry use cases.

pdfETC_2016_Testing_Telemetry_Systems_with_GNSS.pdf400.88 kB