Positionierung von Fahrzeugen: Höhere Genauigkeit dank digitalem Zwilling

Projekt: ACCURAUTO

Forschende: Johannes Kröger

Projektidee: Unser Projekt untersucht, wie Fahrzeuge die Genauigkeit von GNSS-Antennen, die auf ihnen montiert sind, beeinflussen und wie diese Effekte präzise gemessen und korrigiert werden können. Forschende am Institut für Erdmessung analysieren dabei, wie unterschiedliche Empfänger und deren Einstellungen die Messungen beeinflussen und entwickelt gemeinsam mit Partnern vom DLR - Institut für Kommunikation und Navigation und der Geo++ GmbH einen digitalen Zwilling, um die Antennenleistung vorherzusagen. Ziel ist es, die Positionsgenauigkeit in Fahrzeugen zu verbessern - besonders für autonome Systeme und präzise Navigation.

Stellen Sie sich vor: Sie fahren mit Ihrem Auto durch die Stadt, und das Navigationssystem zeigt Ihnen exakt an, wo Sie sind - bis auf wenige Zenti- oder sogar Millimeter. Das klingt nach Science-Fiction? Dank eines Forschungsprojekts namens ACCURAUTO rückt diese Präzision näher. Das Projekt untersucht, warum GPS-Antennen auf Autos manchmal nicht ganz so genau arbeiten wie erwartet -  und wie sich das ändern lässt.

Warum ist die GPS-Antenne im Auto so wichtig?

GNSS-Systeme wie Galileo oder GPS liefern uns täglich Positionen - für die Navigation, die Wettervorhersage oder die Überwachung von Meeresspiegel und Klima. Doch für eine exakte Positionierung muss die Antenne, die die Signale von den Satelliten empfängt, perfekt funktionieren. In der Praxis ist das schwierig: Die Antenne schwebt nicht einfach in der Luft, sondern ist auf einem Auto montiert - und das Auto beeinflusst die Signale. Metallteile, Dachkanten, Scheiben und sogar die Karosserie können die Signale reflektieren. Das führt zu sogenannten Mehrwegeeffekten: Das Signal trifft nicht direkt auf die Antenne, sondern wird zuerst am Auto reflektiert und kommt später an. Dadurch entstehen Fehler in der Position - manchmal bis zu einem Meter!

Wo Theorie und Praxis aufeinandertreffen

Das Institut für Erdmessung (IfE) spielt hier eine Schlüsselrolle. Es untersucht, wie sich die Empfänger - also die Geräte, die die Signale auswerten - auf die Messung auswirken. Denn nicht alle Empfänger sind gleich. Sie haben unterschiedliche Einstellungen, die beeinflussen, wie sie Signale empfangen und verarbeiten. Das IfE hat daher mehrere Empfänger gleichzeitig eingesetzt und analysiert, wie sich ihre Einstellungen auf die Messdaten auswirken. Die Ergebnisse zeigen: Selbst kleine Unterschiede in der Empfänger-Einstellung können zu Abweichungen von bis zu einem Dezimeter führen – besonders bei niedrigen Satellitenhöhen. 

Aber das IfE geht noch weiter: Es hat gemeinsam mit dem DLR - Institut für Kommunikation und Navigation und der Geo++ GMbH einen digitalen Zwilling des Kalibrierstandes erstellt. Der Kalibrierstand von Geo++ ist eine drehbare Plattform, auf der das Fahrzeug steht, um die Antenne aus allen Richtungen präzise zu messen und die Fehler zu bestimmen - so wie ein Drehstuhl, der die Signale von Satelliten aus allen Himmelsrichtungen erfassen kann. Der digitale Zwilling ist wie ein virtuelles Abbild der realen Umgebung - mit genauen 3D-Modellen von Fahrzeug, Drehplattform und Umgebung. Mit diesem digitalen Zwilling können Forscher vorhersehen, wie sich die Antenne auf dem Auto verhält – ohne dass sie das Auto tatsächlich testen müssen. Die Simulationen stimmen so gut mit den echten Messungen überein, dass sie als zuverlässiges Werkzeug dienen können.

Was bedeutet das für Sie?

Die Ergebnisse von ACCURAUTO sind nicht nur für die Wissenschaft interessant. Sie haben direkten Nutzen für die Zukunft der Mobilität. Wenn wir genau wissen, wie sich eine Antenne auf dem Autodach verhält, können wir die Positionen noch genauer berechnen. Das ist besonders wichtig für autonome Fahrzeuge, die auf Millimetergenauigkeit angewiesen sind.
Das IfE hat hier zusammen mit den Projektpartnern vom DLR und Geo++ nicht nur neue Erkenntnisse gewonnen, sondern auch ein neues Werkzeug geschaffen: die Kombination aus realen Messungen und digitalen Simulationen. Damit wird die Kalibrierung von Fahrzeugantennen schneller, kostengünstiger und zuverlässiger - und die GNSS-Genauigkeit im Auto wird endlich so gut, wie sie sein sollte.