AIR-MoPSy

Satellitengestützte Navigationssysteme (GNSS von engl. Global Navigation Satellite System) liefern essentielle Dienste für die Positionsbestimmung und Zeitsynchronisation. Sie bieten vielfältige technische Anwendungsmöglichkeiten, schaffen aber auch Abhängigkeiten. Natürliche oder vom Menschen verursachte Störungen der GNSS-Signale können im Flug- oder Schiffsverkehr katastrophale Folgen haben. In der aktuellen politischen Situation in Europa kommt es in der Ostsee immer wieder zu künstlichen Störungen der GNSSSignale. Daher ist ein Backup-System, das im Falle einer GNSS-Störung hinreichend genaue Positions- und Zeitdaten liefert, von entscheidender Bedeutung. Am DLR-Institut für Kommunikation und Navigation ist mit dem terrestrischen Navigationssystem R-Mode (Ranging Mode) seit 2017 ein solches System stetig weiterentwickelt worden. R-Mode ist ein kosteneffizienter Ansatz, bei dem existierende maritime Funkstationen R-Mode-Signale im Mittelwellenbereich (300 kHz) übertragen.

Jeder R-Mode-Sender emittiert eine Bodenwelle und eine Raumwelle. Dabei wird die Bodenwelle zur Distanzbestimmung zwischen Sender und Empfänger genutzt. Die Raumwelle wird in der E-Schicht (90–130 km) reflektiert, wobei sie tagsüber, wenn sie die D-Schicht (60–90 km) passiert, signifikant abgeschwächt wird. Nachts, aber auch bei Schwankungen in der D-Schicht, fällt diese Dämpfung weg bzw. wird gemindert. Am Ort des R-Mode-Empfängers führt die Überlagerung von Boden- und Raumwelle zu einer vom Zustand der Atmosphäre abhängigen Verschlechterung der R-Mode-Genauigkeit. Aufgrund des unzureichenden wissenschaftlichen Verständnisses und atmosphärischer Variabilität erfüllt die Positionsbestimmung mittels R-Mode nachts und tagsüber bei bestimmten Zuständen der D-Schicht bisher nicht die erforderliche Genauigkeit von 10 m für Hafenanfahrten und 100 m für Küstennavigation.

Die Hauptziele dieses Projektes sind daher, a) die physikalischen Prozesse hinter der Ausbreitung der Raumwelle in Abhängigkeit des atmosphärischen Zustands besser zu verstehen, b) die Variabilität aller relevanten physikalischen Parameter zu untersuchen und zu quantifizieren, und c) realistische Fehlerabschätzungen für die Positionsbestimmung mit R-Mode bereitzustellen. Darüber hinaus sollen ein Warnsystemkonzept entwickelt werden, welches R-Mode-Nutzer über eine eingeschränkte Genauigkeit des R-Mode-Dienstes informiert und Vorschläge zur Verbesserung des R-Mode-Systems auf Basis der gewonnenen Erkenntnisse gemacht werden. 

Die Hauptaufgabe des DLR Instituts für Solar-Terrestrische Physik ist die Beschreibung des Zustands der unteren Ionosphäre in Abhängigkeit von atmosphärischer Variabilität mit dem Fokus auf der Ausbreitung von Radiowellen. Dazu soll der Zusammenhang zwischen dem R-Mode Signal und den VLF Messungen (z.B. GIFDS) untersucht werden, um bei Änderungen in der unteren Ionosphäre Rückschlüsse für das R-Mode-Signal ziehen zu können. Außerdem soll der Zustand der unteren Ionosphäre bei verschiedenen atmosphärischen Bedingungen aus den VLF Messungen abgeleitet werden. Mithilfe der von den Partnern bereitgestellten Erkenntnisse wird ein empirisches Modell der unteren Ionosphäre unter Berücksichtigung der atmosphärischen Variabilität entwickelt. Diese Arbeiten ermöglichen eine Ableitung der Genauigkeit des R-Mode-Verfahrens je nach Zustand der unteren Ionosphäre und dessen Bereitstellung für die IMPC-Nutzer.

An dem Projekt sind neben DLR-SO folgende Institute beteiligt:

• Universität Greifswald
• DLR-KN
• IAP Kühlungsborn
• IOW Warnemünde