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Sichere und metergenaue Satellitennavigation in schwierigen Umgebungen

| Autor/ Redakteur: Richard Oed / Benjamin Kirchbeck

Genau, schnell, redundant und sicher: Das erwarten sich Anwender von einem satellitengestützten Navigationssystem. u-blox stellt mit der M9-Plattform eine Technologie vor, die nicht nur vier Systeme gleichzeitig auswertet, sondern auch Angriffe erkennt.

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u-blox hat die Markteinführung der neuen metergenauen Positionierungstechnologieplattform M9 angekündigt (Symbolbild).
u-blox hat die Markteinführung der neuen metergenauen Positionierungstechnologieplattform M9 angekündigt (Symbolbild).
(Bild: gemeinfrei / CC0)

Angriffe auf Satellitenempfänger sind auf vielen Wegen möglich: Einfache und billige Störsender können einem Empfänger falsche Koordinaten vortäuschen, die Integrität der Geräte kann durch modifizierte Firmware oder Konfigurationseinstellungen beeinträchtig werden oder Man-in-the-Middle-Attacken greifen in die Kommunikation zwischen Satellitenempfänger und Host ein.

Hier setzt die jetzt von u-blox vorgestellte Global Navigation Satellite System (GNSS) Plattform u-blox M9 an. Als Erstes sind im Rahmen dieser Plattform der neue UBX-M9140 GNSS-Chip und das darauf basierende Modul NEO-M9N lieferbar. Diese sind für anspruchsvolle Anwendungen in der Automobiltechnik, der Telematik und in UAVs (Drohnen) geeignet und in der Lage, Signale im L1-Band von bis zu vier GNSS-Konstellationen (GPS, Glonass, Beidou und Galileo) gleichzeitig zu empfangen. So kann selbst unter schwierigen Empfangsbedingungen, wie etwa in Straßen- und Häuserschluchten, die Position metergenau bestimmt und zusätzliche Redundanzen bei der Störung eines Satellitensystems bereitgestellt werden. Dass solch ein Szenario nicht unwahrscheinlich ist, zeigte im Juli 2019 der einwöchige Ausfall des Galileo-Systems.

Mit dem GNSS-Chip M9140 und dem darauf aufbauenden NEO-M9N Modul stellt u-blox die ersten Vertreter der neuen metergenauen und robusten M9-Plattform vor.
Mit dem GNSS-Chip M9140 und dem darauf aufbauenden NEO-M9N Modul stellt u-blox die ersten Vertreter der neuen metergenauen und robusten M9-Plattform vor.
(Bild: u-blox)

HF-Filter und Algorithmen schützen vor Störungen

Anwendungen mit großer Dynamik, wie UAVs, werden durch eine Positionsaktualisierungsrate von bis zu 25 Hz mit geringer Latenz ermöglicht. Darüber hinaus weist die M9-Plattform eine spezielle Filterfunktion gegen HF-Störungen und Jamming sowie eine Spoofing-Erkennung auf und verfügt über hochentwickelte Erkennungsalgorithmen. Damit kann die Plattform betrügerische Attacken rasch melden, was eine zeitnahe Reaktion der Benutzersysteme auf solche Angriffe ermöglicht. Dazu besitzt das Modul NEO-M9N einen integrierten akustischen Oberflächenwellenfilter (Surface-Acoustic-Wave-Filter / SAW-Filter) zur Reduzierung von Störungen außerhalb des Bandes sowie einen Low-Noise-Verstärker (Low-Noise-Amplifier / LNA) im HF-Pfad.

Weiterhin verfügt der auf dem Modul verbaute UBX-M9140-Chip über einen adaptiven und einen statischen Notch-Filter für eine In-Band HF-Filterung. Dieser Aufbau soll nach Herstellerangaben einen ordnungsgemäßen Betrieb auch bei starken HF-Störungen, beispielsweise durch ein am selben Standort befindliches Funkmodem, sicherstellen.

„Wir haben u-blox M9 als Nachfolger für unsere sehr erfolgreiche M8-GNSS-Plattform entwickelt. Das neue Produkt bietet eine noch stabilere metergenaue Positionierungstechnologie und ausgereifte Sicherheitsfunktionen, die die Integrität von Anwendungen in den Bereichen Automotive, Telematik und UAV schützen“, so Bernd Heidtmann (Product Manager, Product Strategy GNSS, Product Center Positioning) von u-blox.

Durch ein gegenüber dem M8 vergrößertes Code-RAM muss ein Firmware-Upgrade nicht über einen angeschlossenen Flash-Speicher eingespielt werden. Da das interne RAM im M9 für das gesamte Image ausreichend dimensioniert ist, ist es möglich, es direkt vom Host zu laden. So werden ein zusätzlicher Speicherchip und Platz auf der Platine eingespart. Zudem profitieren Anwender der M9-Plattform davon, dass das Produkt Teil der Formfaktor-Strategie von u-blox ist. Damit können Entwickler ein einheitliches Layout entwickeln und dann mit geringen Änderungen an der Platinenkonzeption zu anderen Positionierungstechnologien wie etwa der durch Dead-Reckoning optimierten GNSS-Technologie migrieren. Ein Applikationsbericht beschreibt den Migrationsweg im Detail.

Entwicklungsboard und Muster sind verfügbar

u-blox stellt Entwicklern mit dem Explorer Kit M9 (XPLR-M9) ein Entwicklungsboard zur Verfügung. Das Plug-and-Play-Miniaturgerät wird mit der benutzerfreundlichen Software u-start ausgeliefert. Diese enthält eine Reihe voreingestellter Szenarien, anhand derer die Leistungsfähigkeit des neuen Geräts getestet werden kann. Gegen Ende des Jahres soll noch ein Evaluierungsmodul mit einem Anwendungs-I/O-Interface für weitergehende Tests verfügbar sein.

Die M9-Technologieplattform entspricht den Normen ISO/TS 16949, ISO 16750 sowie AEC-Q100. Engineering-Muster des Moduls NEO-M9N im 12,2 mm x 16 mm LCC-Gehäuse, des Empfängerchips UBX-M9140 im 5 mm x 5 mm großen QFN-Gehäuse sowie das Explorer Kit sind ab sofort erhältlich.

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