Lutz, Andre (2008)
Realisierung und Bewertung von Navigationsmethoden zur fahrzeugautonomen Positionsbestimmung mit low-cost Sensorik.
Technische Universität Darmstadt
Dissertation, Erstveröffentlichung

Kurzbeschreibung (Abstract)

Die vorliegende Arbeit beschreibt die Realisierung und Bewertung von Navigationsmethoden zur fahrzeugautonomen Positionsbestimmung mit low-cost Sensorik für sicherheitsrelevante Navigationssysteme. Die Untersuchung der Navigationsmethoden ermöglicht die Darstellung des Potentials von moderner Sensorik in der Fahrzeugnavigation. Zunächst werden die Anforderungen an eine Navigationslösung für den Einsatz in einer sicherheitsrelevanten Anwendung, am Beispiel eines modernen Rollführungskonzeptes auf dem Frankfurter Flughafen, dargestellt. Dabei stehen Genauigkeit, Integrität und Verlässlichkeit der Navigationslösung im Vordergrund. Es werden andere Arbeiten zu diesem Thema untersucht und eine klare Abgrenzung zu Verfahren mit Map-Matching Technologie geschaffen. Nach einer Analyse von bestehenden Fahrzeugnavigationssystemen erfolgt die Beschreibung der einsetzbaren Sensorik. Zur Realisierung der fahrzeugautonomen Navigationsverfahren werden bereits existierende Verfahren analysiert und nach einer Auswahl der optimalen Sensoren drei verschiedene Ansätze umgesetzt. Diese Ansätze beruhen auf fahrzeugautonomen Koppelnavigationsmethoden mit mikromechanischem Kreisel, Hodometer, bzw. Differentialhodometer. In dieser Arbeit wird ein Verfahren mit redundanter Berechnung der Drehrate mit Differentialhodometer und mikromechanischem Kreisel entwickelt, das eine verbesserte Fehlererkennung ermöglicht. Die maximalen Positionsfehler konnten um Faktor 3 gegenüber einer Kreisel und Hodometerlösung sowie der Positionsfehler CEP95 von 8m auf 5m reduziert werden. Die Sensordatenfusion erfolgt mit erweitertem Kalman-Filter und Fehlererkennungsalgorithmus. Hierfür erfolgt vorab die Modellbildung und die detaillierte Untersuchung der Messfehler, des systematischen Fehlerverhaltens der Sensoren sowie äußeren Einflüssen um hohen Ansprüchen bezüglich der Genauigkeit gerecht zu werden. Die neu entwickelten Verfahren werden anhand einer hochgenauen Referenztrajektorie in zahlreichen Messfahrten, die teilweise auf dem Flughafen Frankfurt am Main durchgeführt wurden, analysiert und bewertet. Für die Durchführung der Messfahrten zur Datengewinnung wird ein Navigationsfahrzeug mit ausgesuchter, adäquater Sensorik aufgebaut. In der Auswertung werden die Positions- und Richtungsfehler der realisierten Verfahren mit der Referenztrajektorie verglichen und die erreichte Positionsgenauigkeit über alle Messfahrten dargestellt.

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