TAPAS består blandt andet af 11 referencestationer i og omkring Aarhus, med Leica-modtagere, der henter positionssignaler ned fra Galileo-satellitter. (Foto: DTU Space)

DTU tester superpræcist positioneringssystem i Aarhus

fredag 26 okt 18

Kontakt

Kristian Pedersen
Direktør, Professor
DTU Space
45 25 95 01

Kontakt

Lars Stenseng
Lektor
DTU Space
45 25 97 92

DTU Space har udviklet en ny platform til at teste og udvikle systemer til præcis positionering på baggrund af satellitdata. Systemet, TAPAS, stilles til rådighed for firmaer og myndigheder, der vil udvikle nye koncepter for eksempelvis førerløse køretøjer.

Nøjagtigheden vil ligge inden for en centimeter, hvis en bil benytter den nye TAPAS-platform fra DTU Space til at navigere efter. Platformen er netop blevet indviet i Aarhus af Energi-, forsynings- og klimaminister, Lars Christian Lilleholt (fredag 26. oktober 2018).

De kommende år skal TAPAS  være udgangspunktet, når der udvikles og testes nye systemer og teknologier, der involverer superpræcise positioneringssystemer til eksempelvis bymiljøer.

”Med TAPAS-projektet sikrer vi, at Danmark er på forkant med udviklingen af super-præcis positionering via satellitter. Jeg ser enorme potentialer, som i sidste ende kommer den enkelte borger til gode,” siger ministeren i forbindelse med indvielsen.

"TAPAS-projektet er et strålende eksempel på samarbejde mellem universiteter og offentlige myndigheder med henblik på at udvikle teknologier, der helt konkret kan gavne danske virksomheder og samfundet som helhed"
Kristian Pedersen, professor, direktør for DTU Space

11 referencestationer i og omkring Aarhus

TAPAS består af et netværk af 11 referencestationer, der er fast monteret og dækker Aarhus by og havn.

Via referencestationer beregnes korrektioner, der markant forbedrer satellitnavigationssignaler fra blandt andet det amerikanske GPS-system og det tilsvarende europæiske Galileo, der er under opbygning. På den måde bliver det muligt at opnå den uhørt præcise positionering indenfor én cm i realtid i testområdet.

TAPAS er designet og etableret i samarbejde mellem DTU Space, Aarhus Kommune samt Styrelsen for Dataforsyning og Effektivisering (SDFE), der driver og ejer den færdige TAPAS-platform.

”TAPAS-projektet er et strålende eksempel på samarbejde mellem universiteter og offentlige myndigheder med henblik på at udvikle teknologier, der helt konkret kan gavne danske virksomheder og samfundet som helhed,” siger professor og direktør for DTU Space, Kristian Pedersen.

Masser af muligheder for virksomheder og myndigheder

Virksomheder, forskningsinstitutioner og myndigheder får adgang til systemet og dermed masser af nye muligheder for at udvikle smarte bymiljøer.

Via TAPAS kan de undersøge og teste, hvordan de kan udnytte mulighederne ved en præcis position på enheder i bevægelse til at udvikle innovative og effektive løsninger til brug i byen.

For eksempel kan der udvikles systemer til førerløse biler, som kræver ekstremt pålidelig og meget præcis navigation for at kunne fungere i et bymiljø og under forskellige vejrforhold. I princippet vil udstyret også kunne danne grundlag for at udvikle hjælpemidler til synshandikappede, der kan guide en person sikkert gennem byen.

”Med projektet bringes Danmark med helt i front inden for superpræcis positionering, som vil blive et afgørende element i udviklingen af fremtidens autonome systemer.  Og her har vi en stor fordel, idet vi kan trække på vores omfattende erfaring i præcise og pålidelige positioneringssystemer fra rumområdet. Og denne viden er vi glade for at stille til rådighed med det her projekt,” siger Kristian Pedersen.

TAPAS skal bidrage til, at danske myndigheder og virksomheder er på forkant med at udnytte mulighederne ved den teknologiske udvikling inden for brugen af navigationsdata fra rummet.

TAPAS-platformen er især rettet mod brug af data fra Europas eget Galileo-system. Når det er fuldt operationelt om få år, vil der være endnu bedre mulighed for at modtage navigationssignaler end i dag.

Galileo ligner GPS, men satellitterne er udstyret med nyere teknologi og systemet er derfor mere præcist og pålideligt.

Sådan fungerer TAPAS i samspil med GNSS satellitnavigations-systemer som GPS og Galileo

Navigationssatellitter er udgangspunktet for positionering

Præcis positionering via satellitnavigationssystemer kræver, at der er faste referencestationer på Jorden, som TAPAS-sysstemet,  der kan bruges til at korrigere for forskellige forhold, som påvirker signalerne fra satellitterne.

En genstand med en modtager, der kan modtage satellitsignaler fra  GNSS (Global Navigation Satellite System) – for eksempel det amerikanske GPS, det europæiske Galileo eller Ruslands Glonass – kan positioneres præcist ved hjælp af fire satellitter.
 
Tre til bestemmelse af koordinater (x, y og z) samt en, der registrerer tidsforskelle mellem satellitten og modtageren på Jorden. Målingerne er baseret på den tid, det tager signalet at bevæge sig fra satelitterne til modtageren på Jorden. Positionerne af satellitterne sendes sammen med tidssignalet fra satellitterne.

Signaler skal korrigeres for en række påvirkninger
  
Der skal korrigeres for en række forhold, der påvirker præcisionen af de signaler, der opfanges af modtageren på Jorden. Dels forsinkes og afbøjes signalet fra satellitten undervejs mod Jorden af forhold i Jordens atmosfære og ionosfæren og der er fejl i satellitternes ure og deres positioner. Det er dynamiske forhold som temperatur, lufttryk og mængden af fugtighed i troposfæren, samt tætheden af elektroner og variationer af elektrontætheden i ionosfæren, der spiller ind.

De dynamiske forhold i ionosfæren hænger tæt sammen med solens aktivitet via solen og jordens magnetfelt.
 
Desuden varierer satellitternes bane en smule. Derudover skal der korrigeres for forskelle i præcisionen mellem de to ure, der måler tiden for afsendelse og modtagelse af signalet, dvs. uret i satellitten og uret i modtageenheden.
 
Korrektioner, som tager højde for disse forhold, beregnes med udgangspunkt i faste referencepunkter på Jorden hvor der er opstillet en GNSS modtager og hvis positioner er kendte. Jo bedre matematiske modeller, der kan laves for at korrigere for disse påvirkninger, desto mere præcis bliver positioneringen. For at det kan lade sig gøre med stor præcision for objekter i konstant bevægelse, er der brug for de faste referencepunkter på Jorden. De kan minimere og stort set eliminere fejlvisningen, hvis afstanden mellem dem ikke er for stor. 
 
I den civilt tilgængelige udgave af det amerikanske GPS-system er præcisionen cirka 10 meter, men ved brug af korrektioner sendt fra andre satellitter (geostationære satellitter som USA’s WAAS og det europæiske EGNOS kan man opnå cirka 1 til 2 m.
Med Galileo-systemet vil præcisionen komme ned på omkring 30 cm. Dels fordi atomuret i Galileo-satellitterne er mere præcist, dels fordi signalerne (’pakker med koder’) udsendes fra Galileo med en højere opløsning og er mere immune overfor støj.

TAPAS og Galileo spiller tæt sammen
  
TAPAS-systemet består af 11 fast placerede referencestationer i og omkring Aarhus.
TAPAS-stationerne benytter både data fra GPS og Galileo samt andre GNSS-systemer. Ud fra satellitdata beregnes stationens nøjagtige placering, og der udregnes korrektioner, som bevæglige enheder med positioneringsudstyr får tilsendt, hvorefter deres præcisie position også kan bestemmes i real-time.
 
Positionering med korrektioner sker på to måder

Metode 1:

Fungerer principielt på den måde, at satellitterne udsender signaler, som opfanges af både GNSS referencestationen og den bevægelige enhed. Begge enheder opfanger de samme ’pakker af koder’ med signaler.
Ved at trække de to sæt målinger/data fra hinanden (målingen fra den mobile enhed trækkes fra målingen fra det faste referencepunkt) elimineres de forhold eller fejlkilder, der påvirker begge sæt målinger/data.
Tilbage står en Baseline, hvor fejlkilderne er elimineret, og som dermed er den reelle afstandsvektor mellem de to enheder.
På den baggrund kan den mobile enheds position nu beregnes og evt. vises på en navigationsenhed. Beregningen opdateres hvert sekund og giver en præcision i positionen, der ligger inden for 1 cm. på et kort.

Metode 2:

Satelitternes ur- og banefejl bestemmes i real-time, ligesom troposfæren og ionosfæren også kortlægges i Real-time. Disse og andre fastlagte fejl vil blive bestemt og sendt til GNSS-modtagere på Jorden. GNSS modtageren på Jorden kan så korrigere for fejlkilderne og dermed også opnå en præcis position.

 

TAPAS-platformen består af 11 fast placerede referencestationer i og omkring Aarhus (Illustration: DTU Space) 

De 11 referencestationer i TAPAS-platformen er placeret i og omkring Aarhus. Der er kun mellem 4 og 22 km mellem dem. Dermed er det et meget tæt og præcist referencesystem i forhold andre eksisterende systemer. I kombination med data fra Galileo-satellitterne, fås derfor en ekstremt præcis positionering. (Illustration: DTU Space)

Relaterede Videoer  

Vis flere