Die Arbeitsgruppe Systemevolution beschäftigt sich mit der Analyse neuartiger Methoden und Technologien auf dem Gebiet der Navigation und Zeitskalen.
In den letzten Jahren wurden Schlüsseltechnologien entwickelt, wie z.B. optische Frequenzreferenzen, optische Frequenzkämme, und raumfahrt-qualifizierte Laser Communication Terminals für Inter-Satelliten Verbindung, die Positionierungs- und Zeitverteilung verbessern könnten. Wir untersuchen, inwieweit diese Technologien die Satellitennavigationssysteme in Bezug auf Genauigkeit, Autonomie und Integrität verbessern werden.
Zukünftige Systemarchitekturen für Globale Satelliten-Navigationssysteme mit verbundenen Satelliten
Wir entwickeln und untersuchen Vorschläge für neuartige Systemarchitekturen zur Verbesserung aktueller Satellitennavigationssysteme. Ein Konzept, der Aufbau eines Netzwerks aus Satelliten in Mittlerer Erdumlaufbahn, das eine Synchronisierung im Pikosekundenbereich mittels optischer Links ermöglicht, wurde von uns entwickelt. Darüber hinaus wurden die Vorteile durch die Einführung einer zusätzlichen Satellitenkonstellationen in niedriger Erdumlaufbahn (LEO) analysiert, die der Signalüberwachung, systeminterne Kommunikation und/oder ergänzende Übertragung der Navigationssignalen (z.B. Mega-LEO-Konstellationskonzepte) dient.
Robuste Zeitskalen
In modernen Navigationssysteme spielen Methoden zur Erzeugung und Verteilung von Zeitskalen eine wichtige Rolle. Wir befassen uns u.a. mit der Modellierung des statistischen Verhaltens von Frequenzreferenzen, der Realisierung einer stabilen Zeitreferenz, und der Entwicklung robuster Verfahren zum Gewährleisten der Integrität von der Zeitskalenerzeugung.
Die Gruppe betreibt zurzeit zwei Laboratorien, die mit modernsten Atomuhren (darunter aktive Wasserstoff-Maser, Rubidiumuhren und Cäsiumreferenzen) und experimentellen optischen Frequenzreferenzen (z.B. optische Frequenzkämme, die an kavitätsstabilisierten Lasern befestigt sind) ausgestattet sind.
Laufende Aktivitäten
Die Systemevolution Gruppe ist auf folgenden Gebieten tätig:
Entwicklung neuartiger Konzepte für Globale Satelliten-Navigation (GNS) Systeme und Signalverarbeitungsarchitektur
Qualifizierung von Optischen Uhren und Atomuhren
Bereitstellung von Zeitreferenzen basierend auf Mixed-Clock-Ensembles
Algorithmen für Frequenz- und Zeittransfer mit kohärenten optischen Transceivers
Relativistische Betrachtung in GNS Systeme und Inter-Satelliten Verbindungen
Neue Konzepte für System Autonomie und Integrität, sowie für Onboard-Integrity-Monitoring
Hochgenaue Positioniertechniken für aktuelle und zukünftige Systeme
Darüber hinaus unterstützen wir die APNT Arbeitsgruppe in der Entwicklung von alternativen Systeme zur Erbringung von Diensten für Navigation und Zeitverteilung im Falle einer Nichtverfügbarkeit der Satellitensignale, oder zur Ergänzung bzw. Erweiterung der aktuellen GNS Systeme.
Uhrenlabor
Im Uhrenlabor werden u.a. Untersuchungen zur Zeitsynchronisation, zur Generierung einer Systemzeit aus mehreren Uhren (Ensemble-Zeit), zur Verifikation von Systemzeit-Algorithmen (Composite Clock) mit echten Messdaten oder zum Zeittransfer durchgeführt. Die Laborräume sind einzeln klimatisiert und durch eine unterbrechungsfreie Stromversorgung sowie eine Batterieeinspeisung gegen Stromausfall abgesichert.
Satelliten in einer globalen Kommunikationsinfrastruktur
Satelliten in einer globalen Kommunikationsinfrastruktur (Symbolbild).
Bild: 2/4, Credit:
DeSK e.V.
Satelliten und ihre Umlaufbahnen
Satelliten sind auf sehr unterschiedlichen Umlaufbahnen unterwegs: Der Testsatellit „LoLaSat“ (Low Latency communication Satellite) soll in einer sehr niedrigen Umlaufbahn in circa 270 Kilometern Höhe im sogenannten Very Low Earth Orbit (VLEO) unsere Erde umkreisen, um die Signallaufzeit auf ein Minimum zu reduzieren. Erdbeobachtungssatelliten umkreisen im niedrigen Erdorbit (Low Earth Orbit, LEO) zwischen 500 und 1.000 Kilometern unsere Erde. Navigationssatelliten wie die des europäischen Galileo-Systems sind mit einer Höhe von rund 23.000 Kilometern im mittleren Erdorbit (Middle Earth Orbit, MEO) unterwegs. Große Kommunikationssatelliten „stehen“ in 35.786 Kilometern über einem Punkt unserer Erde, weil sie sich so schnell bewegen, wie die Erde sich unter ihnen mitdreht.
