Standardization of GNSS Threat reporting and Receiver testing through International Knowledge Exchange, Experimentation and Exploitation [STRIKE3]

Internationale Langzeitanalysen von GPS-Störungen und Empfängertests

Motivation

Durch den stark zunehmenden Einsatz von Satellitennavigationssystemen (GNSS - Global Navigation Satellite Systems) bei Fahrzeugen, im Transportwesen, im Verkehrs­fluss­management  aber auch in Sicherheitsbereichen und in Geschäftsabläufen, besteht schon heute an große Abhängigkeit von GNSS.

Bei den immer schneller werdenden Entwicklungzyklen der Automobilindustrie wird dies besonders deutlich. Von reinen Anzeigegeräten als Navigationssysteme seit über 10 Jahren über die sich immer weiter entwickelnden Fahrerassistenzsysteme sind die Satellitennavi­gationssysteme nunmehr ein integraler Bestandteil der Positionsbestim­mung bei autonomen Fahrzeugen. Somit sind die Überwachung der GNSS-Signale auf Korrektheit und der Schutz vor (mutwilligen) Störungen unabdingbare Aufgaben.

Jamming

Aufgrund ihrer sehr kleinen Leistungsdichte sind Satellitensignale äußerst empfind­lich gegen Störungen, die z.B. durch Interferenzen durch andere Signalquellen im gleichen Frequenz­band oder durch atmosphärische Einflüsse verursacht werden. Sie können aber auch ganz gezielt durch kleine Stör­sender (Jammer, Abb. 1) absichtlich erzeugt sein, wobei man dabei eindeu­tig nachweisen kann, wel­che Störsingale absicht­lich mit Jammern gene­riert wurden und welche nicht. Und auch bei den Jammer-Signalen gibt es unter­schiedliche Verfahren, die durch die im laufenden europäischen H2020-Projekt STRIKE3 durchgeführten Analysen gut dokumen­tiert wurden und unter­schiedlich star­ke Auswir­kungen auf die SatNav-Funktionalität haben. Dies kann von Ver­schlechterungen der Empfangsbedingungen bis hin zum Totalausfall reichen.

Abb. 1: Beispiel eines absichtlich erzeugten Störsignals (Jammer)

GPS Störungen in Signaldatenbank erfasst

Im STRIKE3-Projekt werden nun seit über zwei Jahren die real auftretenden Interferenzen und Störungen in einem internationalen Maßstab erfasst, aufgezeichnet und detailliert analy­siert. Hierzu wurde ein mittlerweile weltumspannendes Netzwerk von über 20 Monitoring-Stationen errichtet, deren aufgezeichneten Signaldaten zentral erfasst werden (Abb. 1). So umfasst diese Datenbank mittlerweile Datensätze von über 200.000 auffälligen und störenden Interferenz-Signalen. Um diese weltweit aufgenommenen Signale nutzbringend auswerten und analysieren zu können, musste zunächst für die Erfassung der Signaldaten in einer gemeinsamen Signaldatenbank ein standardisiertes Datenformat definiert werden. Der Entwurf dieser Spezifikation für das Monitoring ist online zum Download verfügbar.

Entwurf von Teststandards für SatNav-Empfänger

Ausgehend aus den Signalanalysen der aufgenommenen Signaldaten und den daraus gewonnen Erkenntnissen wurden Testverfahren für GNSS-Empfänger abgeleitet, um ihre Robustheit gegenüber diesen Stör­signalen zunächst zu messen und dann zu ver­bessern. Die für die Mes­sungen verwendeten Störsig­nale wurden aus den realen Jammer-Signalen generiert (Abb. 2). Diese Testsignale und deren Auswahlkri­terien, die Messaufbauten (Abb. 3), die Testfälle und die Bewer­tungs­kriterien der Messer­gebnisse wurden in einer Testspe­zifikation (klick für Download) zu­sammengestellt, die online frei ver­fügbar ist und später als ein Ausgangs­punkt für Standardisierungs­gre­mien dienen könnte.

Abb.2: Testsignale abgeleitet von tatsächlich erfassten Störsignalen/Interferenzen 

Reale Empfängertest

Zur Validierung er Testspezifikation - und vor allem zur Bestätigung der ausgewählten Test­signale - werden aktuell 6 unterschiedliche GPS und Galileo-Empfänger getestet: drei profes­sionelle GNSS-Empfänger, ein Konsumer-Gerät, ein integrierter Empfänger sowie ein GNSS-Zeitgeber. Die Ergebnisse liegen dann zum Ende des Jahres vor und werden mit dem Pro­jektabschluss veröffentlicht. Interessierte Leser senden bitte eine E-Mail an den Autor. Sie werden dann vorgemerkt und erhalten den Bericht ab dessen Verfügbarkeit. Das STRIKE3-Projekt läuft noch bis Ende Januar 2019. Weiterführende Information und Präsentation finden Sie auf der Projektwebseite http://www.gnss-strike3.eu/.

Abb.3: Bsp. Aufbau für Empfängertest 

Autor

Dipl.-Ing. Martin Pölöskey leitet seit 2005 das Automotive & Rail Innovation Center (ARIC), in dem F+E-Projekte mit den Schwer­punkten Fahrerassistenz, Ortung, SatNav-basierte Applikationen und zukünftige autonome Mobilität durchgeführt werden.

Er studierte Elektrotechnik an der Bergischen Universität Wupper­tal und besaß schon zuvor eine mehr als 20-jährige Erfahrung in der Automobilindustrie in der Elektronikentwicklung. 2016 über­führte er den Bereich in die nun eigenständige ARIC GmbH.

Der Artikel entstand aus dem EU-geförderten H2020-Projekt STRIKE3. Die Autoren sind:
Martin Pölöskey1, M. Pattinson2, M. Dumville2, D. Fryganiotis2, Z. Bhuiyan3, S. Thombre3,
M. Alexandersson4, E.Axell4, P. Eliardsson4, V. Manikundalam5, S. Lee6, J. Reyes Gonzalez7

1Automotive & Rail Innovation Center (ARIC), Deutschland, 2Nottingham Scientific Ltd,UK, 3Finnish Geospatial Research Institute, National Land Survey of Finland, 4Swedish Defence Research Agency (FOI), 5GNSS Labs, Indien, 6ETRI, Republik Korea, 7European GNSS Agency (GSA)

Die Autoren danken der Agentur für das Europäische GNSS (GSA) in Prag für die freund­liche Unterstützung

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