GPS-Integritätsüberprüfung: Receiver Autonomous Integrity Monitoring

1012625_82712233 by hisks - freeimages.comGerade in der zivilen Luft- und Seefahrt wird ein hohes Maß an Präzision, an Kontinuität und an Integrität gefordert. Dazu gehört natürlich auch und ganz besonders die Messung über das globale Navigationssatellitensystem (GNSS). Um die Verlässlichkeit von GPS-Messungen zu überprüfen wurde die empfängerautonome Integritätsprüfung RAIM (Receiver Autonomous Integrity Monitoring) entwickelt.

Heute gehört das Receiver Autonomous Integrity Monitoring in vielen Bereichen der Luft- und Seefahrt längst zum Standard guter GPS-Navigatoren.

Was versteht man unter Receiver Autonomous Integrity Monitoring (RAIM)?

Das Receiver Autonomous Integrity Monitoring, kurz RAIM, ermöglicht es, GPS Signale auf Fehler zu überprüfen. Das GPS (Global Positioning System) ist ein, in Amerika entwickeltes Satellitensystem und wird heute am häufigsten verwendet.

Mit Hilfe der beiden Technologien

  • Fault Detection (FD) oder der neueren Methode
  • Fault Detection and Exclusion (FDE)

können Fehler in der GPS Messung entdeckt und ausgeglichen werden. Mit Hilfe der RAIM Funktion können fehlerhafte GPS-Messungen rechtzeitig erkannt und gemeldet werden.

Wie funktioniert die Fehlerüberprüfung von GPS-Messungen mittels RAIM?

Geräte mit Receiver Autonomous Integrity Monitoring arbeiten ohne zusätzliche Sensoren, wie Höhenmesser, 519800_58133917 by ArminH - freeimages.comBeschleunigungsmesser oder Kompass und beschränken sich nur auf GPS-Signale.

Die Funktion macht sich die Tatsache zu Nutze, dass während einer GPS-Messung in der Regel mehr als die notwendigen vier Satellitensignale verfügbar sind.

Zudem geht man in den RAIM Algorithmen davon aus, dass immer nur ein Satellit falsche Daten liefern kann.

Die Wahrscheinlichkeit, dass zur gleichen Zeit mehrere Satelliten fehlerhaft sein können, wird in den RAIM Algorithmen ausgeschlossen.

Um einen Fehler in der GPS-Messung zu erkennen, müssen beim RAIM insgesamt vier verschiedene Werte berechnet werden. Durch den Vergleich dieser Pseudomessungen werden Unstimmigkeiten sofort erkannt und gemeldet.

RAIM bestimmt vier Variablen

  • die Zeit und
  • die Position in drei verschiedenen Dimensionen

Damit die RAIM-Funktion die Pseudomessungen durchführen kann, wird das Signal eines fünften Satelliten benötigt (für die GPS-Positionsbestimmung sind grundsätzlich Signale von mindestens vier Satelliten notwendig).

Je mehr Satellitensignale empfangen werden können, desto besser kann das Receiver Autonomous Integrity Monitoring arbeiten.

Funktion der meisten RAID Algorithmen in Schritten

Schritt 1: Erkennung des fehlerhaften Satelliten,
Schritt 2: Isolierung des betroffenen Satelliten,
Schritt 3: Berechnung der Schutzstufe (optional)

Unterschied zwischen Fault Detection (FD) und Fault Detection and Exclusion (FDE)

Wie bereits erwähnt, arbeiten GPS Receiver mit RAIM entweder mittels Fault Detection, kurz FD, oder mittels Fault Detection and Exklusion (FDE).

Unterschiede

ANZAHL SATELLITEN TECHNISCHE MÖGLICHKEITEN
Fault Detection (FD) mindestens fünf Mittels RAIM und Fault Detection kann man Fehler in der GPS-Messung erkennen. Eine genaue Positionsbestimmung ist jedoch trotzdem nicht möglich.
Fault Detection and Exclusion (FDE) mindestens sechs *) Mittels RAIM und Fault Detection and Exclusion ist nicht nur die Feststellung eines Messfehlers möglich. Hier können mittels Empfang der übrigen Satellitensignale auch eine Positionsbestimmung erfolgen.

*) Durch die Geometrie der Satelliten kann es manchmal notwendig sein, dass für die Positionsbestimmun acht Satelliten oder mehr empfangen werden müssen.

Wo wird das Receiver Autonomous Integrity Monitoring eingesetzt?

Das RAIM Verfahren findet vor allem in der Seefahrt oder in der Luftfahrt Anwendung. Durch das Receiver Autonomous 1016735_61970496 by doc_  - freeimages.comIntegrity Monitoring wird die Richtigkeit der Messergebnisse automatisch überwacht und sichergestellt, dass ein Satellitenausfall während der Flugphase oder Seefahrt rechtzeitig erkannt und gemeldet wird.

Ein integriertes Receiver Autonomous Integrity Monitoring Modul findet man grundsätzlich in Geräten, die ausschließlich mit GPS arbeiten und keine anderen Sensoren mitbringen.

Rechtlich vorgeschriebener Einsatz der RAID-Funktion für IFR-Flüge

Definition IFR-Flug : Als IFR-Flug wird der sogenannte Instrumentenflug (umgangssprachlich auch Blindflug genannt) bezeichnet. Hierbei wird die Fluglage ausschließlich über die Messungen der Instrumente kontrolliert. Zusätzlich erhält der Pilot Unterstützung durch den Fluglotsen am Boden. Das Gegenteil zum IFR-Flug ist der sogenannte Sichtflug.

1435254_59985459 by teslacoils - freeimages.comGerade bei dieser Art des Fluges ist die Integrität der Messwerte natürlich von besonders großer Wichtigkeit und nicht zuletzt auch verantwortlich für die Sicherheit der Passagiere. Gesetzlich wurde daher festgelegt, dass GPS-Navigatoren für den Luftverkehr im Falle von IFR-Flügen verpflichtend sind.

Hersteller von RAID unterstützten GPS Geräten

Heute gibt es bereits zahlreiche Hersteller von IFR zugelassenen GPS-Navigatoren. In der Regel handelt es sich hierbei um Einbaugeräte, es gibt aber auch portable Navigatoren.

Zu den bekanntesten Herstellern dieser RAIM-unterstützten Geräte gehört Garmin.

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