Leistungsbeschreibung_Sensornetzwerk_v0.6.pdf

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Sensornetzwerke - Betrachtung der Bahngenauigkeit bei verschiedenen Netzwerkgeometrien

Sensornetzwerke - Betrachtung der Bahngenau-

igkeit bei verschiedenen Netzwerkgeometrien

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DOKUMENT-NR.: SENNET-DLR-AR-SW-01 AUSGABE: 2 DATUM: 2026-08-27

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Sensornetzwerke - Betrachtung der Bahngenauigkeit bei verschiedenen Netzwerkgeometrien

Inhaltsverzeichnis

1 Einleitung ................................................................................................................. 4

2 Ziele des gesamten Vorhabens ................................................................................ 4

3 Leistungen und Liefergegenstände ......................................................................... 5

3.1 Leistungen ...................................................................................................................5

3.2 Liefergegenstände ........................................................................................................6

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Sensornetzwerke - Betrachtung der Bahngenauigkeit bei verschiedenen Netzwerkgeometrien

1 Einleitung

In diesem Kleinauftrag soll unabhängig untersucht werden, welchen Einfluss die Geometrie eines Netzwerks aus Sensoren auf die gewonnenen Messdaten bei der Bestimmung von Bahndaten für die Weltraumlage hat. Dabei sollen in einem vereinfachten Ansatz unterschiedliche fiktive Stand- orte betrachtet werden. Sensorspezifische Parameter sind außen vor zu lassen, um die Untersu- chung ohne derartige Komplexitäten durchführen zu können.

Dieses Dokument beschreibt die von der Deutschen Raumfahrtagentur im DLR geforderten Leis- tungen und Aufgaben für den Kleinauftrag „Sensornetzwerke - Betrachtung der Bahngenauigkeit bei verschiedenen Netzwerkgeometrien“.

2 Ziele des gesamten Vorhabens

Das Ziel dieser Studie soll es sein, rein geometrisch zu betrachten, wie sich die Bestimmung der Bahngenauigkeit bei verschiedenen Geometrien von Sensor-Netzwerken verhält. Dazu sollen in einem ersten Schritt als Referenz die Genauigkeit bei nur einen Sensor ermittelt werden. Im zwei- ten Schritt soll ein weiterer Sensor hinzugefügt werden, bevor in einem dritten Schritt drei Senso- ren das Netzwerk zur Ermittlung der Daten bildet. Für die beiden Szenarien mit mehr als einem Sensor sollen jeweils mehrere Untersuchungen zu unterschiedlichen Abständen (Basislinien) der Sensoren zueinander vorgenommen werden.

Zusammengefasst sind somit folgenden Aufgaben durchzuführen:

• Untersuchung der Bahndatenqualität auf Basis von Messdaten eines Sensors • Untersuchung der Bahndatenqualität auf Basis von Messdaten zweier Sensoren o Untersuchungen zu mehreren Basislinien • Untersuchung der Bahndatenqualität auf Basis von Messdaten dreier Sensoren o Untersuchungen zu mehreren Basislinien

Durch die Ergebnisse sind daraufhin die folgenden Zielstellungen zu beantworten:

• Darstellung der Entwicklung der Bahngenauigkeit zwischen den unterschiedlichen Konfi- gurationen. • Untersuchung, ob unterschiedliche Bahnbestimmungsverfahren unterschiedliche Tenden- zen zeigen. • Identifikation der besten Konfiguration für zwei Sensoren • Identifikation der besten Konfiguration für drei Sensoren

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3 Leistungen und Liefergegenstände

Dieses Kapitel beschreibt die Leistungen und Liefergegenstände des AN zum Erreichen der in Ka- pitel 2 definierten Ziele des Auftrags.

3.1 Leistungen

• Auswahl von Bahnen, die dem gestellten Untersuchungsziel gerecht werden: o Es können fiktive Bahnen erstellt werden, die aber denen von realen Objekten äh- neln. o Die Bahnen sollen so verlaufen, dass Messungen mindestens zweier Umläufe durchgeführt werden können. o Die Objekte sollen auf ihren Bahnen das Sensor-Netzwerk in unterschiedlichen Be- reichen überfliegen (bspw. südlich, mittig, nördlich, östlich, westlich). o Es sollen Bahnen mit unterschiedlichen Bahnhöhen betrachtet werden. • Aufbau des Sensor-Netzwerkes aus ein bis drei Sensoren: o Die Standorte der Sensoren sind rein fiktiv in mittleren nördlichen Breiten zu setz- ten. Bezeichnungen von realen Orten und Regionen sind zu vermeiden o Ein Sensor ist in allen Simulationsläufen an den gleichen Standort zu setzen (bspw. 51°N, 0°W) o Der Standort für den zweiten Sensor soll entlang einer Geraden mit einer minima- len Basislinie von 50km bis zu seiner maximalen Basislinie von 500km in Schritten von nicht mehr als 50km versetzt werden. o Der Dritte Sensor ist im ersten Schritt jeweils so zu setzen, dass sich ein gleichsei- tiges Dreieck zwischen der drei Sensoren ergibt. In weiteren Simulationsschritten ist dessen Standort der Basislinie zwischen Sensor eins und Sensor zwei so anzu- nähern, dass die Abstände jeweils um die gleiche, maximal 50km große Distanz verringert werden. • Von allen Überflügen sollen für ein gleich großes Bahnsegment synthetische Beobachtun- gen in ungleichmäßigen Abständen erzeugt werden. o Die erzeugten synthetische Beobachtungen zwischen Sensor und Objekt sollen nach der Erzeugung künstlich verschlechtert werden, um den real auftretenden Effekt von Bias und Noise zu berücksichtigen. ▪ Hierbei soll sich an den groben Eigenschaften echter Sensorsysteme orien- tiert werden. Beispielfälle: • Optisch: geringer Winkelfehler, keine radiale Distanz und Ge- schwindigkeit • Radar: höherer Winkelfehler, radiale Distanz und Geschwindigkeit vorhanden o Der Ansatz zur Verschlechterung ist zu erläutern und die Rauschgrößen sind für die unterschiedlichen Messwerte (Winkel, Entfernung) anzugeben. o Die in den Simulationen erzeugten Messdaten (rein geometrisch und verfälscht) sollen so im TDM-Format an den AN übergeben werden. Die bevorzugte Syntax (KVN, XML) ist mit dem AN zu Beginn des Vorhabens abzustimmen. Idealerweise werden beide Datenformate geliefert. • Die erzeugten Messdaten sind im Anschluss zu prozessieren. Es ist zunächst eine Initiale Bahnbestimmung (IOD) und anschließend eine Aktualisierung der Bahn mit weiteren Messdaten auch nachfolgender Überflüge durchzuführen.

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Sensornetzwerke - Betrachtung der Bahngenauigkeit bei verschiedenen Netzwerkgeometrien

• Die Bahndaten aller Simulationen sind bzgl. der Bahngenauigkeit auszuwerten. Mögliche Trends in der Entwicklung der Bahngenauigkeit beim Vergleich der unterschiedlichen Netzwerkgestaltung (ein, zwei, drei Sensoren) und den gewählten Basislinien sind aufzu- zeigen. o Der Vergleich soll jeweils die Ergebnisse zum Zeitpunkt der letzten Messung be- rücksichtigen. o Es sind Auswertungen mit verschiedenen Verfahren zur Bahnbestimmung (bspw. „angles only“, „range only“, etc.) durchzuführen und auszuwerten. • Die Simulationen sowohl für den Fall des zeitgleichen Vorliegen von Messdaten an allen Sensoren wie auch für das zu nicht-zeitgleiche Vorliegen von Messdaten an allen Sensoren durchzuführen.

In der gesamten Untersuchung sind sensor- und objektspezifische Effekte (Leistung, SNR, RCS etc.) zu vernachlässigen. Sensorspezifische Eigenschaften werden nur über die angenommenen Verschlechterungen der Messwerte abgebildet. Ebenso sind atmosphärische Effekte nicht zu be- rücksichtigen.

Abbildung 1: Stark vereinfachte Skizze zur Illustration der Netzwerk- und Überflugsgeometrie (Draufsicht aus dem Zenit)

3.2 Liefergegenstände

Der Auftrag soll in einem Zeitraum von 3,5 Monaten durchgeführt werden. Innerhalb des Projek- tes sind die folgenden Termine vorzusehen:

• Projekt Kick Off (Raumfahragentur, DLR Bonn) T0 • Besprechung der Zwischenergebnisse (online) T0 + 2 Monate (spätestens) •

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• Besprechung der Endergebnisse (Raumfahragen- T0 + 3,5 Monate tur, DLR Bonn) Bei Bedarf können zusätzlich Besprechungen zwischen AG und AN angesetzt werden.

Alle Besprechungen und der Schriftverkehr erfolgen in deutscher Sprache. Gebräuchliche und feststehende englische Fachbegriffe und Bezeichnungen sollen ohne Übersetzung verwendet wer- den. In einzelnen Fällen können Teile der Projektdokumentation nach Absprache mit dem AG in Englisch erstellt werden.

Sämtliche Dokumente sind in MS-Office Formaten (*.docx, *.pptx, *.xlsx, etc.) und insbesondere bei finalen Versionen von Protokollen, Berichten, etc. zusätzlich als PDF bereitzustellen.

Die Vergabe von Teilaufgaben an Unterauftragnehmer ist nicht vorgesehen.

Nebenangebote sind nicht zugelassen.

Die folgenden Dokumente hat der AN dem AG zu den festgelegten Fristen zu liefern:

Tabelle 1: Liste an Dokumenten und deren Lieferfristen

Abschlusspräsentation und Bericht sollen die folgenden Zielstellungen beantworten:

• Darstellung der Entwicklung der Bahngenauigkeit zwischen den unterschiedlichen Konfi- gurationen. • Darstellung ob unterschiedliche Bahnbestimmungsverfahren unterschiedliche Tendenzen zeigen. • Identifikation der besten Konfiguration für zwei Sensoren • Identifikation der besten Konfiguration für drei Sensoren