Kalibrierstrategien für die nächste Generation von GNSS ANTennen Systemen (RENEGANT)

• Antragsteller: Dr. Stefano Caizzone; Professor Dr.-Ing. Steffen Schön
• Fachliche Zuordnung: Geodäsie, Photogrammetrie, Fernerkundung, Geoinformatik, Kartographie ; Elektronische Halbleiter, Bauelemente und Schaltungen, Integrierte Systeme, Sensorik, Theoretische Elektrotechnik
• Förderung: Förderung seit 2025
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 571471715

Die Eigenschaften von Empfangsantennen bestimmt nicht nur die Empfindlichkeit gegenüber Signalen globaler Satellitennavigationssysteme (GNSS), sondern auch gegenüber Mehrwegeffekten und Interferenzen, die eine sichere und genaue Positionsbestimmung verhindern. In den letzten Jahren wurden neue Antennendesigns entwickelt, um diese Probleme zu bewältigen: Multi-Antennen-Arrays können Auswirkungen von Interferenzen durch Beam-Steering-Technologie entgegenwirken, die jetzt auch für den zivilen Markt einschließlich Luftfahrt verfügbar ist. Ein zweiter wichtiger Technologietrend zielt auf miniaturisierter Hochleistungsantennen, die in mobile und automatisierte Plattformen (z. B. Drohnen, Autos, Cubesats, usw.) integriert werden können und trotz geringer Größe Mehrbandsignale und damit Anwendungen mit hoher Genauigkeit unterstützen. Beide Antennentechnologien gewinnen in der GNSS-Anwendung zunehmend an Bedeutung. Derzeitigen Techniken zur Charakterisierung von Antennen-Phasenzentrum-Variationen (PCV) und Group Delays in der Geodäsie konzentrieren sich jedoch auf (geodätische) Einzelelement-Antennen und können nicht direkt auf Multi-Antennen-Arrays oder kleine Antennen übertragen werden. Gründe dafür sind ein unvollständiges Verständnis von Antenneneigenschaften für Mehrelement-Arrays sowie die komplexen Wechselwirkungen zwischen Antenne und Kalibriergerät: Miniaturisierte Antennen haben oft eine sehr begrenzte Grundplatte; bei Mehrantennensystemen liegen die Antennenelemente oft nahe am Rand ihrer metallischen Grundfläche. Unter diesen Bedingungen ist die Empfindlichkeit für (Nahfeld-)Mehrweg und Installationsabhängigkeit hoch. Darüber hinaus sind ihre PCVs unregelmäßiger als bei geodätischen Antennen, was eine weitere Herausforderung für deren korrekte Schätzung und Modellierung darstellt. Daher wird ein neues, genaues Konzept zur Antennencharakterisierung für nicht-geodätische Multi-Antennen-Arrays und miniaturisierte Antennen benötigt. Das Institut für Erdmessung (IfE-LUH) und das DLR-Institut für Kommunikation und Navigation stellen sich gemeinsam diesen neuen Herausforderungen und nutzen ihre komplementären Kompetenzen: IfE (Antennenkalibrierung im Feld und Analyse der geodätischen Infrastruktur) und DLR-KN (Multi-Antennen-Array-Design, Antennenkalibrierung in echoloser Kammer, Luftfahrt), um die Wissenslücken zu schließen und grundlegende neue Erkenntnisse in der Antennencharakterisierung zu gewinnen, durch 1. Entwicklung einer neuen robotergestützten Kalibrierungsstrategie zur Charakterisierung von Multi-Antennen-Arrays mit realen GNSS-Signalen, 2. Untersuchung von Methoden und Strukturen/Halterungen, um die Antennenkalibrierungsvorrichtung selbst so zu gestalten, dass sie einen geringeren Einfluss auf das Pattern der zu untersuchenden Antenne hat, 3. Untersuchung, wie die Kalibrierung von miniaturisierten Antennen oder Multi-Antennen-Arrays für die Endnutzer ohne zusätzliche installationsspezifische Effekten am besten genutzt werden kann.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen