{"id":2862,"date":"2024-03-04T17:07:00","date_gmt":"2024-03-04T17:07:00","guid":{"rendered":"https:\/\/oxts.com\/?p=2862"},"modified":"2025-11-12T13:04:27","modified_gmt":"2025-11-12T13:04:27","slug":"gnss-and-imu-tight-coupling-why-does-it-matter","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.oxts.com\/de\/gnss-and-imu-tight-coupling-why-does-it-matter\/","title":{"rendered":"Enge Kopplung von GNSS und IMU - warum ist das wichtig?"},"content":{"rendered":"
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Enge Kopplung von GNSS und IMU - warum ist das wichtig?<\/h3>\n\n \n\n\n \n\n

Die Fahrzeugerprobung verlagert sich immer mehr vom Pr\u00fcfgel\u00e4nde auf die \u00f6ffentliche Stra\u00dfe. Da Robotaxis sich in dichten st\u00e4dtischen Umgebungen zurechtfinden m\u00fcssen und OEMs und Tier 1s ADAS-Sensoren und -Systeme auf st\u00e4dtischen und l\u00e4ndlichen Stra\u00dfen \u00fcberpr\u00fcfen m\u00fcssen, ist die genaue Lokalisierung zu einem der wichtigsten Probleme bei Fahrzeugtests auf offener Stra\u00dfe geworden.<\/h5>\n\n\n
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Unter freiem Himmel ist es f\u00fcr einen modernen GNSS-Empf\u00e4nger recht einfach, eine Genauigkeit im Zentimeterbereich zu erreichen. Dies gilt insbesondere, wenn eine Basisstation oder \u00e4hnliches f\u00fcr Korrekturen verwendet wird. Es kann jedoch schwierig werden, eine genaue Positionsbestimmung beizubehalten, wenn der Himmel teilweise verdunkelt ist. Geb\u00e4ude, B\u00e4ume, Br\u00fccken und andere Hindernisse k\u00f6nnen daher bei Tests auf offener Stra\u00dfe problematisch sein.<\/p>\n\n <\/div>\n\n <\/div>\n <\/div>\n \n \n <\/div>\n\n\n \n

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Mehrpfadige<\/h5>\n\n\n
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Ein weiteres Problem, insbesondere in st\u00e4dtischen Gebieten, ist die Tendenz, dass Satellitensignale vollst\u00e4ndig blockiert oder durch Geb\u00e4ude abgelenkt werden. Die reflektierten \"Mehrwege\"-Signale k\u00f6nnen erhebliche Fehler in den Pseudo-Entfernungsberechnungen verursachen und so zu Fehlern in den Positionsangaben f\u00fchren.<\/p>\n

Eine M\u00f6glichkeit, dieses Problem zu umgehen, besteht darin, einfach mehr Satelliten zu verfolgen.\u00a0Die k\u00fcrzlich hinzugekommenen BeiDou- und Galileo-Satelliten<\/strong><\/a>\u00a0haben dazu gef\u00fchrt, dass GNSS-Empf\u00e4nger, die diese zus\u00e4tzlichen Satelliten verfolgen k\u00f6nnen, einen erheblichen Vorteil gegen\u00fcber \u00e4lteren Empf\u00e4ngern haben, die nur GPS und GLONASS verfolgen k\u00f6nnen. Wenn ein Empf\u00e4nger vier Satelliten verfolgt und einer \u00fcber ein reflektiertes Signal verf\u00fcgbar ist, m\u00fcsste der Empf\u00e4nger dieses schlechte Signal verwenden. Er m\u00fcsste also eine falsche Position berechnen. Oder er verwirft das Signal - und kann aus den verbleibenden drei Satelliten \u00fcberhaupt keine Position berechnen.<\/p>\n

Wenn der Empf\u00e4nger stattdessen in der Lage war, zehn Satelliten einschlie\u00dflich eines reflektierten Signals zu verfolgen, k\u00f6nnen die Daten der anderen neun Satelliten f\u00fcr den Empf\u00e4nger ausreichen, um den Fehler des zehnten zu erkennen und ihn zu verwerfen. Selbst wenn Mehrwegeffekte keine Rolle spielen, ist es bei teilweise verdecktem Himmel viel einfacher, die Mindestanzahl an Satelliten (vier im SPS-Modus bzw. sechs im RTK-Modus) im Blick zu behalten, da einfach mehr Satelliten in einem beliebigen Himmelsbereich verfolgt werden k\u00f6nnen.<\/p>\n\n <\/div>\n\n <\/div>\n <\/div>\n \n \n <\/div>\n\n\n

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Eine andere L\u00f6sung?<\/h5>\n\n\n
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Eine andere M\u00f6glichkeit, dies zu umgehen, ist\u00a0GNSS und IMU eng gekoppelt<\/strong>. Sobald eine erste Positionsbestimmung erfolgt ist, kann die IMU verwendet werden, um andere g\u00fcltige Satellitenl\u00f6sungen einzuschr\u00e4nken. Dadurch wird sichergestellt, dass so weit wie m\u00f6glich nur direkte Signale verwendet und Mehrweg-Signale verworfen werden.<\/p>\n\n <\/div>\n\n <\/div>\n <\/div>\n \n \n <\/div>\n\n\n

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Wie funktioniert das Tight-Coupling?<\/h3>\n\n \n\n\n \n\n

Stellen Sie sich zum Beispiel ein Fahrzeug vor, das vor einem gro\u00dfen Geb\u00e4ude mit Glasfassade f\u00e4hrt. <\/h5>\n\n\n
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Dabei werden die verfolgten Satellitensignale zun\u00e4chst direkt empfangen, und die Position ist bekannt. Mit Hilfe der Koppelnavigation der IMU (zuz\u00fcglich eines gewissen Fehlers zur Ber\u00fccksichtigung der IMU-Drift) kann eine \"wahrscheinlichste\" Position des Fahrzeugs berechnet werden. Wenn das Signal dann \u00fcber eine Seite des Geb\u00e4udes empfangen wird, liegt die berechnete Position aufgrund dieses \"Mehrwegefehlers\" au\u00dferhalb dieser wahrscheinlichsten Position, so dass dieses schlechte Signal verworfen werden kann.<\/p>\n

Auch wenn vier Satelliten f\u00fcr eine Positionsbestimmung erforderlich sind (und mindestens sechs f\u00fcr RTK), k\u00f6nnen einzelne Satelliten n\u00fctzliche Positionsdaten liefern, die die IMU-Drift verringern k\u00f6nnen. Diese \"Einzelsatellitenunterst\u00fctzung\" kann zur Positionserhaltung verwendet werden, wenn drei oder weniger Satelliten verf\u00fcgbar sind, und hilft auch bei der \"Tr\u00e4gheitsverriegelung\", bei der die RTK-Verriegelung nach dem Durchqueren eines Hindernisses wie einer Br\u00fccke oder eines Tunnels schneller erreicht werden kann.<\/p>\n<\/div>\n<\/div>\n\n <\/div>\n\n <\/div>\n <\/div>\n \n \n <\/div>\n\n\n

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Diese beiden Arten der engen Kopplung nennen wir gx und ix. Zusammengenommen hat die enge gx\/ix-Kopplung einen erheblichen Vorteil gegen\u00fcber einem lose gekoppelten System in dichten st\u00e4dtischen Umgebungen, in denen Mehrfachpfade und verdeckter Himmel h\u00e4ufiger vorkommen.<\/p>\n

OXTS hat vor kurzem seine gx\/ix-Kupplung in allen vier Konstellationen eingef\u00fchrt, um Ihnen die beste der beiden m\u00f6glichen L\u00f6sungen zu bieten. Um dies zu testen, wurde eine Fahrt durch das Zentrum von London durchgef\u00fchrt. Diese Fahrt f\u00fchrte durch Tunnel und dichte Stra\u00dfenschluchten (siehe unten).<\/p>\n\n <\/div>\n\n <\/div>\n <\/div>\n \n \n <\/div>\n\n\n

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Abbildung 1: eine einspurige Stra\u00dfe neben 500 m hohen Geb\u00e4uden.<\/p>\n<\/div>\n\n\n\n

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Abbildung 2: ein Blick auf den Himmel von derselben einspurigen Stra\u00dfe aus.<\/p>\n<\/div>\n<\/div>\n\n\n\n

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Die w\u00e4hrend der Fahrt gesammelten Daten wurden in verschiedenen Positionsmodi nachbearbeitet:<\/p>\n

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  1. Empf\u00e4ngermodus, bei dem der GNSS-Empf\u00e4nger die Position aus den verf\u00fcgbaren Satelliten berechnet (lose gekoppelt)<\/li>\n
  2. gx\/ix eng gekoppelter Modus mit Verfolgung aller vier Konstellationen<\/li>\n
  3. gemischter Modus, bei dem sowohl der Empf\u00e4ngermodus als auch gx\/ix in Kombination verwendet werden, um das Beste von beidem zu bieten<\/li>\n<\/ol>\n\n <\/div>\n\n <\/div>\n <\/div>\n \n \n <\/div>\n\n\n \n
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    Abbildung 3: Abschnitt in der N\u00e4he des Gherkin-Geb\u00e4udes<\/p>\n\n\n\n

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    In der Londoner Innenstadt - einer dichten Stra\u00dfenschlucht mit einspurigen Stra\u00dfen, die auf allen Seiten von hohen, gl\u00e4sernen Geb\u00e4uden umgeben sind - war selbst ein INS, das alle vier Konstellationen verfolgt (in Abbildung 3 unten durch die gr\u00fcne Linie gekennzeichnet), nicht in der Lage, eine zuverl\u00e4ssige Positionsbestimmung beizubehalten. Auf der in den Abbildungen 1 und 2 gezeigten Stra\u00dfe (neben dem Gherkin-Geb\u00e4ude) war das lose gekoppelte System bei der Positionsbestimmung oft auf die Koppelnavigation der IMU angewiesen, und zu anderen Zeiten kam es aufgrund von Mehrwegeffekten zu gro\u00dfen Spr\u00fcngen in der Position.<\/p>\n

    Bei der Verarbeitung im gemischten Modus (gekennzeichnet durch die rote Linie unten) k\u00f6nnen Sie sehen, dass die Position selbst in diesem besonders schwierigen Abschnitt die Spurgenauigkeit beibehielt und weniger als einen Meter Fehler ermittelte. Zum Vergleich: Im Empf\u00e4ngermodus wurden im Durchschnitt mehr als eineinhalb Meter Fehler berechnet (und in diesem speziellen Abschnitt sogar noch mehr). Der gemischte Modus mit der engen Kopplung von quad gx\/ix bietet daher das Beste aus beiden Welten und kann selbst in den schwierigsten Gebieten genaue Daten liefern.<\/p>\n\n <\/div>\n\n <\/div>\n <\/div>\n \n \n <\/div>\n\n\n

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    Erfahren Sie mehr \u00fcber die OXTS gx\/ix\u2122 Dichtheitskupplungstechnologie<\/h3>\n\n \n\n\n \n\n\n\n
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