DLR - Institut für Kommunikation und Navigation

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Nachrichtensysteme

Die Schwerpunkte der Abteilung Nachrichtensysteme liegen auf den Gebieten (1) der Kommunikation für Flugzeuge, Drohnen, Eisenbahnen, Straßenfahrzeuge und Schiffe, (2) der Navigation in schwierigen Umgebungen sowie (3) der Schwarmexploration. Querschnittsthemen der Abteilung sind Schätztheorie, Übertragungsverfahren und Kanalmodellierung. Die meisten unsere Themen haben systemische Aspekte. Wir entwickeln in allen Bereichen Prototypen und führen zahlreiche Messkampagnen durch. Unsere Forschungsarbeitenn eignen sich sehr gut für Promotionen. Etwa die Hälfte aller Kolleginnen und Kollegen arbeiten zurzeit an ihrer Promotion.
Im Bereich der Kommunikation betreiben wir die Entwicklung und Standardisierung von LDACS, dem künftigen, weltweiten Kommunikationsstandard für das Air Traffic Management zusammen mit zahlreichen Partnern aus dem In- und Ausland. LDACS wird den heute weltweit eingesetzten, analogen Flugfunk langfristig ersetzen. Ferner entwickeln wir Datenlinks für die Kommunikation mit unbemannten, fern gesteuerten Flugzeugen und mit autonom fliegenden Drohnen. Um innovative Bahnkonzepte (next generation train) zu ermöglichen, befassen wir uns mit neuen Kommunikationsverfahren für die Eisenbahnen und setzen unseren Fokus auf die Kommunikation zwischen Zügen (train-to-train). Für die Schifffahrt sind wir ebenfalls an der Entwicklung, Demonstration und Standardisierung neuer Übertragungsverfahren beteiligt. Die Kommunikationsanforderungen und Rahmenbedingungen für die genannten Verkehrsträger unterscheiden sich untereinander stark. Für viele unserer Arbeiten benötigen wir detaillierte Kenntnis über die Wellenausbreitung. Wir führen daher Kanalmessungen in allen relevanten Umgebungen durch (Boden-Flugzeug, Satellit-Flugzeug, Drohne-Drohne, Schiff-Schiff, Schiff-Küste, Zug-Zug, Kfz-Kfz), modellieren die Kanaleigenschaften und tragen zur Standardisierung bei der ITU-R bei.
Mit Methoden der Multisensornavigation ermöglichen wir eine genaue Indoornavigation für Fußgänger und haben das Ziel, eine Vielzahl von Sensoren des Smartphones und von „wearables“ zu verwenden, um im Inneren von Gebäuden und auch bei der vielfältigen Nutzung städtischer Verkehrsträger jederzeit eine genaue Position zu liefern. Neben dem Inneren von Gebäuden sind auch Tunnels für die Signale der Satellitennavigation unerreichbar. Daher entwickeln wir neue Verfahren, die Position von Zügen in Tunneln zu bestimmen, und nutzen dafür das entlang der Schiene stark gestörte Erdmagnetfeld mit innovativen Verfahren aus (RailSLAM). Ferner konzipieren und demonstrieren wir neue Navigationsverfahren für Schwärme von Rovern für Einsätze auf Mond und Mars.
Zur Erkundung fremder Planeten und zur Unterstützung im Katastrophenschutz entwerfen wir autonom und dezentral arbeitende Explorationsverfahren für Schwärme aus Rovern und fliegenden Plattformen. Wir setzen Schwärme ein, die sehr viel schneller explorieren können als ein einzelner Rover, die gegenüber ausfällen robust sind und die physikalische Phänomene wie zB das Austreten von Gas gleichzeitig von verschiedenen Stellen aus beobachten können.

Gruppe Aeronautische Kommunikation

Die Gruppe „Aeronautische Kommunikation“ entwickelt und bewertet digitale Funksysteme für die zivile Luftfahrt. Anwendungsbereiche für diese Funksysteme sind die Luftverkehrskontrolle (Air-Traffic Control, ATC), das Luftverkehrsmanagement (Air-Traffic Management, ATM), die operationelle Fluglinienkommunikation (Airline Operational Control, AOC) sowie Steuerung und Kontrolle von unbemannten Flugsystemen (Unmanned Aerial Systems, UAS) und deren Einbindung in den zivilen Luftraum. Einen Schwerpunkt der aktuellen Arbeiten bildet die Entwicklung und Validierung des zukünftigen weltweiten Flugfunksystems im L-Band LDACS (L-band Digital Aeronautical Communications System). LDACS wurde federführend vom DLR entwickelt und soll in einigen Jahren zur Standardisierung gebracht werden. Als leistungsfähiger Datenlink ermöglicht LDACS die modernen ATM-Verfahren umzusetzen, die aktuell in den großen, internationalen Projekten SESAR (Europa) und NextGen (USA) entwickelt werden. Das Kommunikationssystem LDACS besitzt das Potenzial auch Aufgaben der Navigation und Überwachung (Surveillance) zu übernehmen. Die Weiterentwicklung von LDACS zum integrierten CNS-System (Communications, Navigation, Surveillance) ist ein weiterer Themenschwerpunkt in der Arbeitsgruppe. Neben den Arbeiten zur bodengestützten Kommunikation mit LDACS werden auch Konzepte und Übertragungsverfahren für die direkte Flugzeug-Flugzeug (Air-to-Air, A2A) Kommunikation entwickelt. Gemeinsam mit der Abteilung Satellitennetze, die die satellitengestützte Kommunikation zum Flugzeug abdeckt, wird die Vernetzung der verschiedenen Datenlinks in ein heterogenes, auf IPv6 basierendes Luftfahrtinternet vorangetrieben. Die Anbindung des Flugzeugs an die Bodeninfrastruktur über verschiedene Kommunikationsmedien ermöglicht neue Multilink- und Redundanzansätze. Die Gruppe „Aeronautische Kommunikation“ ist in verschiedenen Gremien tätig, u.a. als Mitglied in der „Future Communications Infrastructure Task Force“ (FCI-TF) von Eurocontrol und als Berater der DFS im „Communications Panel“ und im „Navigation Systems Panel“ der ICAO.

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Gruppe Landverkehr

Die Gruppe Landverkehr erforscht neue Systeme, die robuste Navigation, Ad-hoc Kommunikationstechnologie und Informationsverarbeitung kombinieren. Wir forschen an Verkehrsanwendungen für die Sicherheit des menschlichen Lebens: Kooperative Assistenzsysteme für Autos und Kollisionsvermeidungssysteme für Autos und Züge, dynamisches Flügeln von Zügen, allgegenwärtige und kontextbezogene Fußgängernavigation, und Aktivitätserkennung von Fußgängern. Unsere Arbeiten sind experimentell, simulativ, und theoretisch. Ein Großteil unserer Aktivitäten in der Navigation betrifft die Signalverarbeitung. Hier ist es unser Ziel, die Leistungsfähigkeit zukünftiger Navigationssysteme in anspruchsvollen Umgebungen, z.B., bei starker Abschattung und Mehrwegeausbreitung oder bei Interferenz von anderen Signalquellen, zu bewerten und zu verbessern. Viele Aufgaben, die wir bearbeiten, können als Schätz- oder Entscheidungsaufgabe formuliert werden. Sie erfordern ein gutes Verständnis der zugrundeliegenden Modelle, wie Nützlichkeits-, Prozess- und Sensormodelle. Wir unternehmen große Anstrengungen um unsere Ansätze in der realen Welt durch Experimente und Forschungsprototypen zu validieren.

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Gruppe Mobile Funkübertragung

Der Schwerpunkt dieser Gruppe liegt im Bereich der Positionierung mittels Mobilfunk, Satellitennavigation und anderen Funksystemen. Mit der langjährigen Expertise der Gruppe im Bereich Mobilfunk werden Verfahren zur Positionierung mittels Mobilfunk, insbesondere am Beispiel LTE, entwickelt. Die Mobilfunk basierte Ortung wird auch mit der Satelliten basierten Ortung fusioniert. LTE und GNSS basierte Ortung liefert hohe Genauigkeit und große Verfügbarkeit. Des Weiteren arbeitet die Gruppe an der Entwicklung von Verfahren zur kooperativen Positionierung; diese Art der Positionierung basiert auf der Messung von Round Trip Delays zwischen mobilen Endgeräten oder Einheiten eines Schwarms von Rovern oder fliegenden Plattformen. Wir kombinieren die kooperative Positionierung mit den oben genannten Verfahren, verwenden sie aber auch als stand-alone-Technik, zum Beispiel für die Exploration auf anderen Planeten.

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Gruppe Schwarmexploration

Der Schwerpunkt dieser Gruppe ist die Entwicklung von Algorithmen zur Exploration unbekannter Gebiete. Zur Exploration verwenden wir einen Schwarm von Rovern oder unbemannten, fliegenden Plattformen, wobei alle Elemente eines Schwarms autonom und dezentral arbeiten sollen. Unsere Arbeiten sind theoretischer und experimenteller Natur. Mit Hilfe unserer neuen Verfahren zur Schwarmexploration möchten wir die Erkundung fremder Himmelskörper deutlich verbessern und beschleunigen: Anstatt wie heute üblich einen ferngesteuerten Rover zu benutzen, operieren wir mit einem autonom operierenden Schwarm. Auch der Katastrophenschutz soll davon profitieren: Ein Schwarm fliegender Plattformen kann in kurzer Zeit und auch in abgelegenen Gebieten detailreiche Lagebilder erzeugen. Wir experimentieren mit einer Flotte von Quadrokoptern und Rovern.

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Kontakt

Prof. Dr. Uwe-Carsten Fiebig
Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR)
Institut für Kommunikation und Navigation, Nachrichtensysteme
Tel.: +49 8153 28-2835
Fax: +49 8153 28 2676