Satellitennavigation Präziser durch integrierte Sensorik

Navigationssignale von Satelliten müssen direkt empfangen werden, um die Position exakt berechnen zu können. Wird zusätzlich die eigene relative Bewegung ausgewertet, lassen sich Empfangsstörungen kompensieren. Elegant ist dies mit direkt im Navigationsmodul integriertem Beschleunigungssensor und Gyroskop möglich

In Straßenschluchten, Tunneln und Parkhäusern können die Signale der Navigationssatelliten nur schlecht oder gar nicht empfangen werden. Fest in Automobilen eingebaute Navigationssysteme können in diesen schlechten Empfangssituationen die Fahrzeugsensoren nutzen, um die relative Fahrzeugbewegung zu erfassen und für eine Koppelnavigation auszuwerten – ausgehend von der letzten per Satellitensignal ermittelten Position. Eine Nachrüstung von Fahrzeugen mit derartigen Navigationssystemen würde somit einen Anschluss an den CAN-Bus des Automobils erfordern. Ein Einbauaufwand, der Laien überfordert – für mobile Navigationsgeräte ungeeignet. Um unabhängig vom Fahrzeug die Relativbewegungen für die Koppelnavigation zu erfassen, hat u-blox in seinem neuen Satellitennavigationsmodul Neo-M8U einen 6-Achsen-Beschleunigungssensor mit Gyroskop zur Erfassung des Weges und der Richtungsänderung integriert (Bild 1). Zulieferer für die Sensorik ist Bosch, aber u-blox kann auch Sensoren von STMicroelectronics in den Neo-M8U-GNSS-Modulen verwenden.

Das GNSS-Modul empfängt die Signale der Satellitensysteme GPS, Glonass, Galileo und Beidou. Für die Positionsbestimmung werden die Signale von drei der vier Satellitensysteme gleichzeitig ausgewertet. Die Kopplung des GNSS-Empfängers mit einem Sensor ermöglicht aber nicht nur in schwierigen Empfangssituationen eine Positionsbestimmung. Dank der Auswertung der Bewegungen kann die Position auch genauer ermittelt werden und eine Positionsangabe ist sofort nach dem Start möglich. Der im Neo-M8U integrierte Prozessorkern Cortex-M3 von ARM berechnet aus den Satelliten- und den Sensorsignalen die Position mit einer Frequenz von 20 Hz, sodass auch während der Fahrt eine schnelle Aktualisierung der Navigationsanzeige möglich ist.

Ein mit Sensorik zur Koppelnavigation ausgerüstetes Navigationssystem bietet den Vorteil, dass es auch an empfangsungünstigen Stellen in einem Fahrzeug eingebaut werden kann. Beispiele hierfür sind Telematik-Anwendungen, die wie ein Dongle in die Diagnosebuchse (OBD: On-Board-Diagnose) eingesteckt werden. Für das Flottenmanagement von Nutzfahrzeugen liefern diese Module nicht nur die aktuelle Position, sondern z.B. auch Motorsteuerungsdaten. So können Wartungen im Voraus geplant werden und das Eintreffen am Lieferort genauer vorhergesagt werden. Eine weitere Anwendung, die eine exakte Positionsbestimmung erfordert, stellen Fahrzeug-Versicherungen mit Pay-As-You-Drive-Tarifen dar.

Um die zur Abrechnung benötigte gefahrene Strecke exakt zu erfassen, müsste der Kilometerzähler des Fahrzeugs abgefragt werden. Dies erfordert jedoch eine aufwändige, an das jeweilige Fahrzeug angepasste Telematik. Eine auf Satellitennavigation basierende Streckenberechnung ist dagegen einfacher im Fahrzeug zu installieren. Allerdings müsste der GNSS-Empfänger an einem günstigen Ort im Fahrzeug platziert werden. Durch Signalstörungen und Reflexionen lässt sich bei der ausschließlichen Nutzung der Satellitennavigation jedoch nur eine Genauigkeit im Bereich von ±10 Prozent erreichen – zu ungenau für die Tarifberechnung (Bild 2).

Hier bietet die Koppelnavigation mit im Navigationsmodul integrierter Sensorik den Vorteil der höheren Präzision und der unauffälligen Platzierung des Telematikmoduls im Fahrzeug. Das nur 12,2 × 16,0 × 2,4 mm3 kleine GNSS-Modul mit Sensorik Neo-M8U nimmt nicht mehr Strom auf als ein herkömmliches GNSS-Modul. Es ist für Temperaturbereiche von –40 °C bis +85 °C geeignet und wird in Betrieben gefertigt, die nach dem anerkannten Standard ISO/TS 16949 der Automobilindustrie zertifiziert sind. Es ist kompatibel zu den anderen Modulen der Neo-Reihe und eignet sich zur Nachrüstung von Navigationssystemen auf Neo-Basis.