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ARGOS - Verkehrsbeobachtung bei Katastrophen und Großereignissen

DLR demonstriert erstmals optische Freiraumkommunikation auf einem Flugzeug und Überträgt Daten zu einer Bodenstation.
10. Dezember 2008

Oberpfaffenhofen - Das Institut für Kommunikation und Navigation im Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) hat einen wichtigen Schritt im Verkehrsprojekt ARGOS vollzogen: Erstmals wurden mit einem mobilen aeronautischen Terminal für optische Freiraumkommunikation erfolgreich Daten von einem Flugzeug zu einer Bodenstation übertragen.

Im Projekt ARGOS wird ein System zur Verkehrsbeobachtung für Katastrophen und Großereignisse entwickelt. Eine der großen Neuerungen dieses Projektes ist die Echtzeitfähigkeit der Sensordatenübertragung und Auswertung. Bilder einer hochauflösenden Kamera am Flugzeug stehen sofort an der Bodenstation oder im Lagezentrum zur Verfügung. Eine der Schlüsselkomponenten für die Echtzeitfähigkeit ist dabei die Datenverbindung vom Flugzeug zur Bodenstation. Die optische Freiraumkommunikation bietet hierbei viele Vorteile gegenüber dem konventionellen Mikrowellenrichtfunk: kleine und kompakte Terminals mit hoher Datenrate die nicht der behördlichen Frequenzzulassung für Funksysteme unterliegen. Die Herausforderung ist jedoch, den mit dem Datensignal modulierten und eng gerichteten Laserstrahl auf die Bodenstation auszurichten. Im Gegensatz zu optischen Kommunikationsterminals auf Satelliten muss dabei ein optisches Terminal auf einem Flugzeug mit erheblich größeren Vibrationen zurechtkommen.

Das Forschungsflugzeug Do 228 während der Datenübertragung mit sichtbarem Testlaser: neben der unsichtbaren infraroten Laserstrahlung die mit den Daten moduliert ist, kann auch ein sichtbarer Laser zugeschaltet werden der nur für Kalibrierzwecke genutzt wird. Das Strahlausrichtesystem (Trackingsystem) sorgt für die optimale Ausrichtung des Lasersystems auf die Empfangsstation.

Ziel dieser ersten Versuche war es zunächst, die automatische Akquisition des vom DLR entwickelten und auf dem DLR-Forschungsflugzeug vom Typ Dornier 228 installierten Terminals zu testen.
Dabei wird die Position der Bodenstation durch einen Scan der Strahlausrichteeinheit gesucht und danach stabil verfolgt. Das Terminal konnte den Laserstrahl auf über 90 km Distanz stabil auf die Bodenstation ausgerichtet halten.

Die Datenübertragungstests waren ursprünglich erst für das nächste Frühjahr vorgesehen. Dann wird ein weiteres System zur noch präziseren Strahlausrichtung in das Terminal integriert. Das Tracking funktionierte jedoch schon in der ersten Ausbaustufe stabil genug um erste Testdaten zur Bodenstation übertragen zu können.

Im dem neuen optischen Terminal ist erstmals auch eine Fehlersicherung für atmosphärische Turbulenzen eingebaut, die Datenverluste aufgrund von Empfangsleistungsschwankungen verhindert. Diese Baugruppe ist u.a. Voraussetzung um über das Terminal das bei Rechnernetzen standardmäßig eingesetzte Ethernet-Format übertragen zu können.
Die Untersuchung der atmosphärischen Turbulenz, deren Einfluss auf die kohärente und inkohärente optische Datenübertragung sowie die Entwicklung von Lösungen und Gegenmaßnahmen für störende Effekte ist ein Schwerpunkt des Instituts für Kommunikation und Navigation.

Im nächsten Schritt ist geplant, die Geschwindigkeit der Fehlerkorrekturhardware und deren Algorithmen von 125 Mbit/s (Fast Ethernet) auf 1,25 Gbit/s zu erhöhen.

Der Grundstein für diesen Erfolg legten die Wissenschaftler aus Oberpfaffenhofen bereits vor 3 Jahren: Damals wurde erstmals eine Datenübertragung von der Stratosphäre durchgeführt. Allerdings noch ohne Fehlerkorrektur und nicht von einem so dynamischen und vibrierenden Flugträger.