Das automatisierte Fahren in Europa ist aktuell auf SAE Stufe 2 möglich. Wirtschaft, Politik und Wissenschaft arbeiten gemeinsam an verschiedenen Themen, um das automatisierte Fahren so weit wie möglich sicher und komfortvoll voranzubringen. Die Problematik und Relevanz der Präzision bei der Positionierung von automatisiert fahrenden Fahrzeugen ist ein ausschlaggebender Faktor für die Einführung auf öffentlichen Straßen. Das im Rahmen der Bachelor Thesis verfolgte Ziel ist die Identifikation eines Verfahrens zur Positionierung, die eine hohe Genauigkeit, eine schnelle Bereitstellung und Integrität der Korrekturdaten bereitstellt. Darauf aufbauend konzentriert sich die Forschungsarbeit auf die Identifikation und Bewertung von Maßnahmen zur Garantie ausschlaggebender Leistungsindikatoren die Systemsicherheit, des identifizierten Positionierungsverfahrens beeinflussen. Die im Folgenden genannten Forschungsfragen werden im Rahmen der Bachelor Thesis beantwortet:
(1) „Welche hochpräzise GNSS-basierte Positionierungstechnologie eignet sich für das automatisierte Fahren auf europäischen Straßen?“
(2) „Welche Anforderungen und Bedingungen muss die identifizierte Positionierung-Technologie garantieren, um die am Markt erforderlichen Leistungsindikatoren zu er-füllen?“.
Die Forschung umfasst den Vergleich der hochpräzisen Positionierungstechnologien Network RTK, PPP und PP, auf Basis der Leistungsindikatoren Genauigkeit, Verfügbarkeit, Integrität, Kontinuität und Skalierbarkeit. Dabei werden Satellitendaten und Expertenaussagen der Branche erfasst, bewertet und diskutiert, um die Entwicklung der Technologie auf dem Markt zu beurteilen. Aus den Ergebnissen der Analyse werden Implikationen für den Automobilmarkt abgeleitet, um die Einführung und Entwicklung der Positionierungstechnologie zu erleichtern und die geeignete Technologie erfolgreich im Automobil der Zukunft zu implementieren. Außerdem bietet die Forschungsarbeit einen wissenschaftlichen Vergleich zwischen den Positionierungstechnologien und schafft dadurch einen zusammenfassenden Überblick.
Inhaltsverzeichnis
1 Einleitung
1.1 Problematik und Relevanz
1.2 Zielsetzung
1.3 Vorgehensweise
2 Grundlagen
2.1 Automatisiertes Fahren
2.2 Global Navigation Satellite System
2.2.1 Grundlagen
2.2.2 Positionierung
2.2.3 Fehlerquellen
2.2.4 Signal Manipulationen und Störungen
2.3 Arten von hochpräzisen Positionierungstechnologien
2.3.1 Relative Positioning
2.3.2 Point Positioning
3 Methodik
4 Stand der Forschung
5 Technologieanalyse
5.1 Einführung der Leistungsindikatoren
5.2 Vergleich der hochpräzisen Positionierungstechnologien
6 Maßnahmen zur Garantie der Leistungsindikatoren
6.1 Nutzung von Mehrfrequenzempfängern
6.2 Technische Anforderungen an Precise Positioning
6.2.1 Standardisierung der Datenübertragung
6.2.2 Digitales 3D Kartenkonzept
6.3 Maßnahmen zur Erfüllung der sicherheitstechnischen Aspekte
6.3.1 Kritische Betrachtung von Precise Positioning
6.3.2 Abwehrmechanismen gegen GNSS Manipulationen und Störungen
6.3.3 Kryptografische Sicherheitsmaßnahmen zur Authentifizierung
7 Diskussion
8 Implikationen
9 Kritische Würdigung
10 Fazit
Zielsetzung & Themen
Die Forschungsarbeit zielt darauf ab, ein Verfahren zur hochpräzisen GNSS-basierten Positionierung für das automatisierte und autonome Fahren zu identifizieren und zu bewerten. Dabei steht die Erfüllung kritischer Leistungsindikatoren wie Genauigkeit, Integrität und Systemrobustheit im Vordergrund, um die Sicherheit im Straßenverkehr zu gewährleisten.
- Identifikation und Bewertung von hochpräzisen GNSS-Positionierungstechnologien (Network RTK, PPP, PP).
- Analyse technischer Voraussetzungen für die Markteinführung und Systemsicherheit.
- Untersuchung von Abwehrmechanismen gegen GNSS-Manipulationen wie Spoofing und Jamming.
- Entwicklung von Handlungsempfehlungen für die Automobilindustrie zur Implementierung robuster Positionierungslösungen.
Auszug aus dem Buch
2.2.4 Signal Manipulationen und Störungen
Neben den oben beschriebenen Fehlerquellen, die zur Ungenauigkeit der Positionsberechnung führen, gibt es auch Möglichkeiten der Störung und Manipulation von Signalen. Die Systeme und Anwendungen zur Positionsbestimmung werden in diesen Fällen absichtlich oder auch unabsichtlich gestört oder manipuliert. Unterschieden wird zwischen Signal Jamming und Signal Spoofing. Signal Jamming sind Signalstörungen, die bewusst oder unbewusst durch einen Dritten verursacht werden. Die Signalstörungen werden durch die Ausstrahlung von HF Signalen verursacht. Dies führt zu Signalfrequenzverschiebungen der empfangenen Signale und zu negativen Auswirkungen auf die Signalleistung. Die Auswirkungen manipulieren die Positions-, Geschwindigkeits- und Zeitberechnung. Im schlimmsten Fall führt es zu einem Komplettausfall des automatisierten Systems (Denial of Service Zustand). Um eine Signalstörung zu verursachen, werden keinerlei komplexe Geräten oder Kenntnisse benötigt, sondern nur ein Signal mit einer höheren Leistung in derselben zu empfangenden Frequenz. Beim Signal Spoofing wird durch Dritte ein gefälschter GNSS Signal an den Empfänger gesendet. Der Empfänger kann das gefälschte Signal nicht von einem normalen GNSS Signal unterscheiden. Aus diesem Grund kann der Empfänger das Spoofing Signal nicht als solches identifizieren. Das Signal Spoofing führt zu einer Täuschung durch falsche Daten über Position, Umlaufbahn oder Zeit. Dies kann zu einer Fehlnavigation im Straßenverkehr führen. (Vgl. Karaim et al., 2018, S. 79 ff.; Nurmi et al., 2017, S. 69 ff.).
Zusammenfassung der Kapitel
1 Einleitung: Beschreibt die Relevanz präziser Positionierung für das autonome Fahren und definiert die Forschungsfragen sowie das methodische Vorgehen.
2 Grundlagen: Definiert die SAE-Stufen des automatisierten Fahrens und erläutert die Funktionsweise von GNSS sowie verschiedene Positionierungstechnologien.
3 Methodik: Begründet das methodische Vorgehen, welches eine Literaturanalyse und eine Datenanalyse zur Bewertung der Positionierungsgenauigkeit umfasst.
4 Stand der Forschung: Gibt einen Überblick über aktuelle Entwicklungen, Sicherheitsanforderungen und die technologische Marktreife im Bereich des automatisierten Fahrens.
5 Technologieanalyse: Analysiert und vergleicht Network RTK, PPP und PP anhand von spezifischen Leistungsindikatoren wie Genauigkeit und Integrität.
6 Maßnahmen zur Garantie der Leistungsindikatoren: Untersucht technische Anforderungen wie Mehrfrequenzempfänger, SSR-Standardisierung und Sicherheitsaspekte gegen Angriffe.
7 Diskussion: Reflektiert die Analyseergebnisse und bewertet die Eignung der untersuchten Technologien für den Automobilmarkt.
8 Implikationen: Leitet Handlungsempfehlungen für Automobilhersteller zur erfolgreichen Implementierung von Positionierungstechnologien ab.
9 Kritische Würdigung: Reflektiert die Grenzen der Forschungsarbeit hinsichtlich des Forschungsbereichs und der angewandten Untersuchungsmethoden.
10 Fazit: Fasst die Ergebnisse zusammen und zieht ein abschließendes Resümee über die Bedeutung von Precise Positioning für die Zukunft des automatisierten Fahrens.
Schlüsselwörter
Autonomes Fahren, GNSS, Positionierung, Precise Positioning, Network RTK, Integrität, Systemrobustheit, Signal Spoofing, Signal Jamming, Mehrfrequenzempfänger, SSR-Standardisierung, Datensicherheit, Automotive Safety Integrity Level, Positionsgenauigkeit, Konvergenzzeit.
Häufig gestellte Fragen
Worum geht es in dieser Arbeit grundsätzlich?
Die Arbeit analysiert GNSS-basierte Positionierungstechnologien, um deren Eignung und Sicherheitsanforderungen für den Einsatz in automatisierten und autonomen Fahrzeugen zu bewerten.
Welche zentralen Themenfelder behandelt die Arbeit?
Zentrale Themen sind die Leistungsfähigkeit von Positionierungsverfahren, die Gewährleistung von Systemsicherheit und Integrität sowie der Schutz gegen externe Störeinflüsse.
Was ist das primäre Ziel oder die Forschungsfrage der Arbeit?
Das Ziel ist die Identifikation einer geeigneten Positionierungstechnologie, die sowohl hohe Genauigkeit als auch schnelle Datenbereitstellung und Integrität für europäische Straßen garantiert.
Welche wissenschaftliche Methode verwendet die Arbeit?
Es wird ein methodischer Ansatz verfolgt, der eine detaillierte Literaturanalyse mit einer quantitativen Datenanalyse von korrigierten Satellitendaten kombiniert.
Was wird im Hauptteil der Arbeit behandelt?
Der Hauptteil umfasst eine tiefgehende Technologieanalyse, die Untersuchung technischer Maßnahmen zur Garantie von Leistungsindikatoren und die kritische Bewertung von Sicherheitsstrategien.
Welche Schlüsselwörter charakterisieren die Arbeit?
Die Arbeit lässt sich vor allem durch die Begriffe Autonomes Fahren, GNSS-Positionierung, Integrität, Robustheit und Spoofing-Erkennung charakterisieren.
Warum ist die Standardisierung des Datenformats für PP so wichtig?
Eine Standardisierung des SSR-Datenformats ist notwendig, um eine konsistente Datenverarbeitung über verschiedene Hardware-Komponenten hinweg zu ermöglichen und die erforderliche Integrität der Positionsdaten zu gewährleisten.
Warum sind Abwehrmechanismen gegen Spoofing für das autonome Fahren kritisch?
Da Spoofing-Angriffe schwerwiegende Fehlpositionierungen verursachen können, ist eine zuverlässige Erkennung und Eliminierung solcher Angriffe essenziell, um lebensgefährliche Fehlentscheidungen des Fahrzeugs zu vermeiden.
- Arbeit zitieren
- Tanyel Tunçer (Autor:in), 2020, Autonomes Fahren und seine technischen Anforderungen. Technologieanalyse, Identifikation und Beurteilung von GNSS-basierten Positionierungstechnologien, München, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/948148
