Technische Anwendung von integrierten GNSS/INS-Navigationssystemen gegen Störungen

In komplexen elektromagnetischen Umgebungen sind konventionelle GNSS-basierte Navigationssysteme zunehmend anfällig für Signalverschlechterung, intermittierenden Ausfall oder vollständige Verweigerung. Vorsätzliche oder unbeabsichtigte Störungen, Jamming und Mehrwegeeffekte können die Positions- und Lagengenauigkeit stark beeinträchtigen.

Um diesen Herausforderungen zu begegnen, sind integrierte Anti-Jamming-GNSS/INS-Navigationssysteme zu einer kritischen technischen Lösung geworden, die kontinuierliche und zuverlässige Navigations- und Lagenausgaben auch unter rauen Störbedingungen ermöglicht.

1. Anwendungshintergrund

In Betriebsszenarien mit hohen Störungen müssen Navigationssysteme typischerweise kontinuierlich Folgendes liefern:

• Position

• Geschwindigkeit

• Lageinformationen (Rollen, Nicken, Gieren)

Diese Systeme werden oft auf mobilen Plattformen wie UAVs, autonomen Fahrzeugen, maritimen Plattformen und Verteidigungssystemen eingesetzt, wo strenge SWaP-Einschränkungen (Größe, Gewicht und Leistung) gelten.

Infolgedessen muss die Navigationslösung nicht nur genau sein, sondern auch:

• Hoch integriert

• Robust gegenüber Störungen

• Optimiert für langfristige Zuverlässigkeit

2. Anti-Jamming als systemweite technische Herausforderung

Aus technischer Sicht kann Anti-Jamming-Leistung nicht allein durch das HF-Frontend erreicht werden.

Während Anti-Jamming-GNSS-Antennen eine wichtige Rolle bei der räumlichen Filterung und Störunterdrückung spielen, hängt die Navigationskontinuität letztendlich von systemweitem Co-Design ab, einschließlich:

• GNSS-Empfängerarchitektur

• Leistung des Trägheitssensors

• Sensorfusionsalgorithmen

• Kopplungsstrategie zwischen GNSS und INS

Eine praktische integrierte Anti-Jamming-Navigationslösung umfasst typischerweise:

• Mehrkanal-Anti-Jamming-GNSS-Empfänger

• Anti-Jamming-Antenne zur Störungsreduzierung im Frontend

• Hochleistungs-INS (Gyroskope und Beschleunigungsmesser)

• Eng gekoppelte oder tief gekoppelte GNSS/INS-Architektur

Nur durch koordinierte Systemintegration kann eine stabile Navigationsleistung unter starker Störung aufrechterhalten werden.

3. Wert der GNSS/INS-Integration in Störungsumgebungen

Wenn GNSS-Signale verschlechtert, blockiert oder vorübergehend nicht verfügbar sind, bietet das Inertial Navigation System (INS) kurzfristige Navigationskontinuität basierend auf Trägheitsmessungen.

Sobald sich die GNSS-Signalqualität erholt, werden GNSS-Beobachtungen wieder in den Navigationsfilter eingeführt, um die Trägheitsdrift zu korrigieren.

Durch Multi-Sensor-Fusion kann ein integriertes GNSS/INS-System:

• Die Kontinuität der Navigationslösung aufrechterhalten

• Stabile und reibungslose Lagenausgaben beibehalten

• Die Auswirkungen von GNSS-Ausfällen und Störungen reduzieren

• Die Gesamtrobustheit des Systems erheblich verbessern

Dieses komplementäre Verhalten macht die GNSS/INS-Integration für hochzuverlässige Navigationsanwendungen unerlässlich.

4. Bedeutung des integrierten Systemdesigns

Moderne Navigationsplattformen stehen zunehmend unter dem Druck, Leistung mit SWaP-Einschränkungen in Einklang zu bringen. Infolgedessen müssen integrierte Anti-Jamming-Navigationssysteme Folgendes erreichen:

• Hochgradige Integration von Antenne, GNSS-Empfänger und INS

• Optimierte Kompromisse zwischen Miniaturisierung, Stromverbrauch und Genauigkeit

• Koordinierte Optimierung von Anti-Jamming-Fähigkeit und Navigationsleistung

Solche Systeme sind keine einfachen Zusammenstellungen unabhängiger Komponenten mehr. Stattdessen stellen sie anwendungsgetriebene, systemweite technische Lösungen dar, die darauf ausgelegt sind, spezifische betriebliche Anforderungen zu erfüllen.

5. Technisches Fazit

Da die betrieblichen elektromagnetischen Umgebungen immer komplexer werden, kann GNSS nicht mehr als eigenständige Navigationsquelle behandelt werden.

Stattdessen fungiert es als eine Komponente innerhalb einer tief integrierten GNSS/INS-Navigationsarchitektur, in der Trägheitsmessung, Anti-Jamming-Techniken und fortschrittliche Sensorfusionsalgorithmen zusammenarbeiten.

Integrierte Anti-Jamming-GNSS/INS-Navigationssysteme entwickeln sich zu einem wichtigen technischen Ansatz für die Bereitstellung zuverlässiger Positions-, Geschwindigkeits- und Lageinformationen in Umgebungen mit hohen Störungen – zur Unterstützung missionskritischer Anwendungen in den Bereichen Luft- und Raumfahrt, Verteidigung, unbemannte Systeme und fortschrittliche Industrielle Plattformen.