Design, Implementation und Auswertung von hybriden Positionierungskonzepten basierend auf oppurtunistischen LEO Signalen und Intertialsensordaten

Position, Navigation und Timing (PNT) Systeme sind die Grundlage zahlreicher moderner Anwendungen, von autonomen Fahrzeugen bis hin zu kritischer Infrastruktur. GNSS (Global Navigation Satellite Systems) im mittleren Erdorbit (MEO) erfüllen zwar viele Anforderungen an Navigationssysteme, können jedoch in sogenannten Stadtschluchten oder bei gezielter Störung ausfallen.

In dieser Arbeit wird eine Alternative untersucht, bei der Satelliten in niedriger Erdumlaufbahn (LEO) genutzt werden, welche sowohl für Navigationszwecke (LEO PNT) als auch für Breitbandverbindungen (LEO SATCOM) gedacht sind. Durch ihre Umlaufbahneigenschaften bieten sie stärkere Signale und eine schnelle Veränderung der Satellitengeometrie. So lassen sich viele bekannte Schwächen gängiger GNSS Dienste abmildern. Gleichzeitig bestehen aber wirtschaftliche und technische Herausforderungen wie ein begrenzter Kreis zahlender Kunden und der Bedarf an hoher Satellitendichte über städtischen Gebieten.

Um diesen Schwierigkeiten zu begegnen, wird ein hybrider PNT Ansatz vorgestellt, der Daten von LEO-PNT und LEO-SATCOM Konstellationen, sowie inertialer Sensoren (IMU) kombiniert. In Simulationen und Analysen wird ein Prototyp getestet, bei dem anhand von Pseudorange und Doppler Messungen aus simulierten Konstellationen die Leistungsfähigkeit bei der Ortung eines einzelnen LEO-SATCOM Satelliten untersucht wird, da dies einer der größten Herausforderungen des Systems ist.

Die Ergebnisse zeigen das Potenzial hybrider LEO Architekturen, die Zuverlässigkeit zu steigern, Lücken in schwierigen Umgebungen zu schließen und neue Perspektiven für künftige PNT Lösungen zu eröffnen.