Um ein Satellitenortungssystemen wie GPS zuverlässig einsetzen zu können, muss eine ausreichende Ortungsgenauigkeit und dauerhafte Verfügbarkeit der Satellitensignale gegeben sein. Durch spezifische lokale Begebenheiten treten Probleme wie Abschattung und Mehrwegausbreitung der Satellitensignale auf. Trotz moderner Empfängertechnik und verfügbaren Korrekturdiensten sind fehlerbehaftete Positionsdaten oder Signalausfälle nicht auszuschließen. Zur Überbrückung dieser Signalausfälle oder fehlerbehafteten Positionsdaten kommen Koppelortungssysteme zum Einsatz. Vorzugsweise werden berührungslos arbeitende Sensoren, wie z. B. inertiale Sensoren, in diese Systeme integriert. Optische Sensoren, Laser- Doppler-Sensoren und Ultraschall-Doppler-Sensoren erfüllen die Kriterien für die Anwendung im rauen landwirtschaftlichen Umfeld nicht oder nur bedingt. Für den Einsatz in diesem rauen Umfeld zeigten sich die Mikrowellen-Doppler-Sensoren (Radarsensoren) in den bisherigen Versuchen als besonders geeignet.
Nach der Darstellung des Funktionsprinzips dieser Radarsensoren wurde auf die verschiedenen Einflussfaktoren für deren Messgenauigkeit eingegangen. Besondere Berücksichtigung fanden dabei die aus der Fahrzeugdynamik resultierenden Fehlerquellen wie Nick-, Wank- und Hubschwingungen. Zur gleichzeitigen Erfassung von Bewegungen in Fahrzeuglängs- und Fahrzeugquerrichtung sind mehrere Sensoren des gleichen Modells notwendig. Bereits untersucht wurde dazu in eine 90°-Sensoranordnung, eine 45°-Sensoranordnung und eine Y-Sensoranordnung. Für die 90°-Sensoranordnung wurden die mathematischen Beziehungen zur Bestimmung der Geschwindigkeiten in Fahrzeuglängs- und Fahrzeugquerrichtung sowie der Nick- und Wankwinkel dargestellt.
Der Aufbau der neuen Sensoranordnung ist von der Y-Sensoranordnung abgeleitet. Aus der theoretischen Betrachtung des Traktor-Messkabinensystems bei Kurvenfahrt wird die Beziehung zwischen den Bahngeschwindigkeiten an den Auftreffpunkten der Sensorstrahlen und den gemessenen Geschwindigkeiten hergeleitet.
Zur Geschwindigkeitsbestimmung bei Kurvenfahrt wird der Kurvenradius über die hinteren bzw. vorderen Sensorpaare sowie die Bahngeschwindigkeit aus den vier Sensormesswerten berechnet. Die so bestimmte Kurvenfahrt lässt sich durch eine Bewegung in Fahrzeuglängsund Fahrzeugquerrichtung darstellen.
Die Fahrzeugdynamik lässt sich durch Nick-, Wank- und Hubschwingungen beschreiben. Diese Schwingungen führen zu Verschiebungen der Auftreffpunkte der Sensorstrahlen. Bei Nick- und Wankbewegungen verändern sich zusätzlich die Abstrahlwinkel der Sensoren. Bei der Berechnung der Sensormesswerte mit vorgegebenen Nick- und Wankwinkeln werden die Veränderungen der Abstrahlwinkel nach unten und bezüglich ihrer Ausrichtung zur Fahrzeuglängsachse berücksichtigt. Aus den so berechneten Zusammenhängen lassen sich Formeln für die Berechnungen des Nickwinkels, aus dem Verhältnis der vorderen zu den hinteren Sensoren, und des Wankwinkels, aus dem Verhältnis der vorderen Sensoren zueinander, herleiten.
Zur Durchführung der Feldversuche stand ein Traktor mit angebauter Messkabine zur Verfügung. Zur Auswertung und zum Vergleich der Ergebnisse der Mikrowellen-Doppler-Sensoren und dem DGPS wurden die Aufzeichnungen zeitlich synchronisiert und die Koordinaten vom globalen in ein lokales Nord-Ost-Koordinatensystem transformiert.
Mit den Feldversuchen erfolgte die Verifizierung der theoretischen Betrachtungen. Die Untersuchungen am Standort 1 hatten die Erprobung der Geschwindigkeitsmessung und Nick- und Wankwinkelbestimmung bei Geradeausfahrt zum Ziel. Am Standort 2 wurden der Kurvenradius und die Bahngeschwindigkeit bei Kurvenfahrten ermittelt. An beiden Standorten wurden jeweils drei Messreihen mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten auf Asphalt durchgeführt. Am Standort 3 wurden die Geschwindigkeitsmessung, Kurvenradiusbestimmung und die Bestimmung der Bewegung in x- und y-Richtung bei Geradeaus- und Kurvenfahrten über Bordstein erprobt.
Die Feldversuche bestätigten die Ergebnisse der theoretischen Betrachtungen. Die Geschwindigkeitsermittlung aus den Sensordaten bei Geradeausfahrt, Kurvenfahrt und Fahrten über Bordstein stimmte mit der des DGPS überein. Die Ermittlung des Kurvenradius über die hinteren Sensoren brachte im Durchschnitt über alle Messreihen am Versuchstandort 2 mit 1% Abweichung gleiche Ergebnisse wie über die vorderen Sensoren und mit etwa 5% Abweichung gleiche Radien, wie sie sich aus der DGPS-Fahrspur ermitteln lassen.
Auftretende Nick- und Wankwinkel lassen sich zuverlässig erkennen und in die Optimierung der Geschwindigkeitsberechnung einbinden.
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Um ein Satellitenortungssystemen wie GPS zuverlässig einsetzen zu können, muss eine ausreichende Ortungsgenauigkeit und dauerhafte Verfügbarkeit der Satellitensignale gegeben sein. Durch spezifische lokale Begebenheiten treten Probleme wie Abschattung und Mehrwegausbreitung der Satellitensignale auf. Trotz moderner Empfängertechnik und verfügbaren Korrekturdiensten sind fehlerbehaftete Positionsdaten oder Signalausfälle nicht auszuschließen. Zur Überbrückung dieser Signalausfälle oder fehlerbeha...
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