DLR - Institut für Kommunikation und Navigation

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Ausgewählte Projekte

ADVANTAGE - Advanced Technologies for Navigation and Geodesy

The introduction of optical frequency references, atom interferometry, as well as of optical ranging and communications, creates new opportunities for systems based on time and frequency dissemination. The project investigates innovative architectures for a future satellite system that fully exploits the benefits of each of the aforementioned technologies. The architecture shall be based on a satellite constellation, named Kepler, divided into two segments: twenty-four Medium-Earth-Orbit (MEO) satellites and at least four Low-Earth-Orbits (LEO) satellites. MEO satellites shall be equipped with laser-stabilized cavities, characterized by Allan deviations down to 1e-14 and beyond for short integration time intervals, whereas LEO satellites shall be equipped with stable optical references (e.g. Iodine-based optical clocks). Optical terminals placed on each satellite will allow inter-satellite links (ILS), enabling tight intra- and inter-plane synchronization across the whole constellation, and providing absolute (sub-mm) inter-satellite ranging.

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ALPS - Alternative Positioning System

Global navigation satellite systems (GNSS) have been identified as primary means of navigation for aeronautics in the future and enable efficient procedures. But GNSS is vulnerable to radio frequency interference and space weather. The project Alternative Positioning System (ALPS) develops an alternative positioning navigation and timing system, composed of different terrestrial systems and on board sensors to function as a backup in case of a GNSS outage.

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GALANT

Zukünftige Navigationsdienste, die durch die neuen Satellitensysteme wie z. B. Galileo bereitgestellt werden, erfordern auch eine entsprechende Verbesserung der Empfangssysteme. Besonders Stör- und Mehrwegesignale können eine signifikante Verschlechterung der Leistungsfähigkeit verursachen und dadurch eine genaue und zuverlässige Positionsbestimmung unmöglich machen. Diese Einschränkungen können für sicherheitskritische Anwendungen wie z. B. in der Luft- und Seefahrt (Safety-of-Life – SoL) nicht toleriert werden. Um dieses Problem zu lösen, werden adaptiv gesteuerte Antennenarrays eingesetzt, die die Verwendung von neuen Strahlformungs- und Signalverarbeitungsalgorithmen ermöglichen. Sie liefern eine genauere und zuverlässigere Navigationslösung, indem sie Störungen und Mehrwegesignale unterdrücken und den Empfang des Nutzsignals aus der Richtung des Satelliten verbessern.

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Galileo SMF

Das Akronym Galileo SMF steht für Signal Monitoring Facility für Galileo FOC Phase. Anfang 2011 wurde das Institut in Kooperation mit GSOC beauftragt, einen Mess- und Signalanalyse Service für die Galileo FOC Satelliten bereitzustellen. Ziel des Projekts ist der Europäischen Kommission vertreten durch die Europäische Raumfahrtagentur (ESA) und deren Industriepartner (Thales Alenia Space) eine unabhängige Möglichkeit bereitzustellen, die Signal-in-Space (SIS) der Galileo Satelliten nach deren Start und der In-Orbit Test (IOT) Phase messen und analysieren zu können.

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HEIMDALL – Multi-Hazard Cooperative Management Tool for Data Exchange, Response Planning and Scenario Building

Das EU H2020 Projekt HEIMDALL zielt darauf ab, die Reaktionsfähigkeit der gesamten Gesellschaft auf Katastrophen zu verbessern. Dazu schließen sich 14 europäische Partner aus Wissenschaft, Forschung, Industrie, Behörden und Katastrophenschutzorganisationen zusammen, um eine modulare, flexible und skalierbare Architektur zu entwickeln und zu demonstrieren. Diese stellt den Hauptakteuren relevante Werkzeuge zur Verfügung, um die verfügbaren Daten zu verarbeiten und die Notfallbereitschaft der Gesellschaften in Bezug auf das Notfallmanagement zu verbessern und somit die Reaktionsfähigkeit der Gesellschaft als Ganzes zu erhöhen.

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	IMPACT - Intelligent Magnetic Positioning for Avoiding Collisions of Trains Ziel des Projektes IMPACT ist die Erforschung und prototypische Realisierung eines zuverlässigen und hochverfügbaren Lokalisierungssystems für Schienenfahrzeuge, das unabhängig von dedizierter Infrastruktur ist und auf Methoden aus dem Umfeld der künstlichen Intelligenz (KI) basiert.
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INSIGHT-II

Akzelerometermessungen kommen in zwei Hauptgebieten der Erdbeobachtung zu Einsatz, in der Schwerfeldbestimmung und in der Untersuchung der Thermosphäre. Es wurde gezeigt, dass die thermosphärischen Signaturen in den Schwerefeldgradienten der Satellitenmission GOCE auf einen unerwarteten quadratischen Faktor in der Response der Instrumente auf Beschleunigungen, die am Satelliten angreifen, zurückzuführen sind. Es wurde eine Hypothese erarbeitet, die den quadratischen Faktor und andere Störungen, die auf die Instrumente wirken, verknüpfen. Diese Hypothese soll weiter evaluiert, in ersten Experimenten erhärtet werden und die Auswirkungen auf die Schwerefeldbestimmung wie auch die Thermosphäre und Ionosphäre studiert werden. Für die Schwerefeldbestimmung bedeutet dies eine Verbesserung des reinen GOCE Satellitenschwerefeldes da das Rauschen der Gradienten verringert werden und in einer Rekalibrierung alle quadratischen Faktoren bestimmt werden können. Für die Swarm Satellitenmission bedeutet dies eine Steigerung des wissenschaftlichen Nutzens der Akzelerometer, indem Signale hoher Amplitude in Zeiten ionosphärischer Stürme zur Anwendung kommen. Eine ausgefeilte Prozessierungsstrategie ist von Nöten um die Instrumentendaten nutzbar zu machen. Durch die Schätzung der Unsicherheiten der Neutraldichtedaten kann auf die Qualität dieser zurückgeschlossen werden. Durch die Assimilierung der Neutraldichtedaten in physikalisch basierten Ionosphären-Thermosphären-Kopplungsmodellen kann die Dynamik der Ionosphäre in Zeiten von Stürmen untersucht werden. Da die Validierung der erhaltenen Modelle eine wichtige Aufgabe darstellt, wird ein umfangreiches Evaluierungskonzept erarbeitet für das ein empirisches Ionosphärenmodell weiter ausgearbeitet wird.

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OGSOP-NG - Optical Ground Station Oberpfaffenhofen - Next Generation

Das Institut für Kommunikation und Navigation betreibt die Optische Bodenstation Oberpfaffenhofen (Optical Ground Station Oberpfaffenhofen: OGSOP) für Forschung im Bereich der optischen Freiraumkommunikation durch die Atmosphäre. In den letzten Jahren gewann diese Forschung immer mehr an Bedeutung. Die gestiegenen Anforderungen an die Messstation brachten die Erkenntnis, dass eine umfangreiche Weiterentwicklung für die zukünftigen Forschungsarbeiten notwendig ist. Durch umfangreiche Erweiterungen und Umbauten wird die Voraussetzung für komplexere und umfangreichere Experimente geschaffen werden. Der Aufbau der Installation ist in drei Bestandteile aufgegliedert, die zusammen genommen die "Optische Bodenstation Oberpfaffenhofen Next Generation" ergeben: Das Coudé-Labor, der Testsender und der Atmosphärenmessgarten.

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OSIRIS - Optical Space Infrared Downlink System

Mit den steigenden Sensorkapazitäten von modernen Erdbeobachtungssatelliten wächst der Bedarf an Datenübertragungssystemen, welche eine hohe Datenrate zur Verfügung stellen können. Insbesondere bei Kleinsatelliten („BIRD-Klasse“, ca. 50x50x50cm) hat die Kombination aus hoher Datenübertragungsrate, geringem Gewicht, niedrigem Leistungsverbrauch und kleinem Formfaktor höchste Priorität. Hierzu bieten sich miniaturisierte Laser-Sendeterminals für direkte optische Downlinks an, welche mit Antennendurchmessern von wenigen Zentimetern sehr kleine und leichte Bauformen aufweisen. Zudem unterliegt diese Übertragungstechnologie keinerlei Frequenzvergaberestriktionen.

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	REACTOR Aviation safety is of paramount concern to everyone in the aerospace industry. Cockpit workload and specifically pilot workload and situational awareness have been identified as key contributors to aircraft safety. The objective of the REACTOR project is to develop and evaluate a suite of technologies in support of reduced cockpit workload and improved situational awareness.
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R-Mode Baltic und R-Mode Baltic 2

Die Projekte R-Mode Baltic und R-Mode Baltic 2 haben das Ziel, in der Ostsee das weltweit erste Versuchsfeld für das neue maritime terrestrische Backupsystem mit dem Namen R-Mode, das gleichzeitig auf Signalen von zwei existierenden maritimen Kommunikationskanälen aufsetzt, aufzubauen und extensiv zu testen. Dies ist ein wichtiger Schritt auf dem Weg zu einer zuverlässigen Bereitstellung von Positions-, Navigations- und Zeitinformationen (PNT) an Bord eines Schiffes, die von maritimen Organisationen seit Jahren gefordert wird. Das Institut wird sich in diesem Projekt auf das R-Mode Signaldesign für die Übertragungen im Mittel- und Ultrakurzwellbereich, die Entwicklung von Methoden zur Entfernungs- und Positionsschätzung, die Synchronisation im Stationsnetzwerk mit R-Mode Signalen, die Integration von R-Mode in eine PNT Datenverarbeitungseinheit und die internationale Standardisierung von R-Mode konzentrieren. Das DLR leitet die Flagship Projekte der „EU Strategie für den Ostseeraum (EUSBSR)“. Partner der Projekte sind nationale Seeverkehrsbehörden, Forschungseinrichtungen und Industrie aus vier europäischen Ländern.

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ROSANNA

Das Verbundvorhaben ROSANNA setzt auf den Kernergebnissen des Forschungsprojekts KOSERNA und der Konzeptstudie ROSANNA-Konzept auf und wendet diese auf sicherheitsrelevante Bereiche der Satellitennavigation an. Dabei wurden zwei vielversprechende, sicherheitskritische Anwendungen identifiziert, die eine hochgenaue und besonders robuste Navigation erfordern: Der Automotive-Bereich, insbesondere im Hinblick auf vollautomatisiertes und fahrerloses Fahren, Rangieren und Transportieren, sowie unbemannte Luftfahrzeuge (Unmanned Aerial Vehicle - UAV). Bei beiden Anwendungen treten spezielle Herausforderungen auf, die grundlegende Untersuchungen erfordern. Hierzu wurden im Rahmen von ROSANNA-Konzept erfolgreich Vorstudien durchgeführt, die nun in praktische Entwürfe und geeignete Demonstratoren umgesetzt werden sollen. Das Institut KN befasst sich dabei im Wesentlichen mit den Herausforderungen, die sich durch den Einsatz adaptiver Antennen auf UAVs ergeben. Hierzu gehören leichte und kompakte Antennensysteme, Tracking-Loops, Einbeziehung weiterer Sensoren sowie Störungen durch die Plattform und Täuschsignale. Das Projekt dient auch zum Erwerb von wissenschaftlicher Kompetenz auf dem Gebiet der installierten Antennen sowie des Einflusses von Vibration und Rotoren und deren Berücksichtigung bei Strahlformung, Richtungsschätzung und Störerunterdrückung.

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ROSANNA-Konzept

Das Projekt ROSANNA-Konzept greift die Kernergebnisse des Forschungsprojekts KOSERNA auf und wendet diese auf sicherheitsrelevante Bereiche der Satellitennavigation an. Dabei wurden zwei vielversprechende, sicherheitskritische Anwendungen identifiziert, die eine hochgenaue und besonders robuste Navigation erfordern: Der Automotive-Bereich, insbesondere im Hinblick auf vollautomatisiertes und fahrerloses Fahren, Rangieren und Transportieren, sowie unbemannte Luftfahrzeuge (Unmanned Aerial Vehicle - UAV). Bei beiden Anwendungen treten spezielle Herausforderungen auf, die grundlegende Untersuchungen erfordern. Diese Aufgaben sollen im Rahmen von ROSANNA-Konzept bearbeitet und konzeptuell gelöst werden. Das Institut KN befasst sich dabei im Wesentlichen mit den Herausforderungen, die sich durch den Einsatz adaptiver Antennen auf UAVs ergeben. Hierzu gehören leichte und kompakte Antennensysteme, Tracking Loops, Einbeziehung weiterer Sensoren sowie Störungen durch die Plattform und Täuschsignale. Das Projekt dient auch zum Erwerb von wissenschaftlicher Kompetenz auf dem Gebiet der installierten Antennen sowie des Einflusses von Vibration und Rotoren und deren Berücksichtigung bei Strahlformung, Richtungsschätzung und Störerunterdrückung.

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SIROM

Space based GNSS measurements become more and more a significant data source for observing the ionosphere. Radio occultation and topside measurements can cover remote areas where ground-based GNSS reference networks are not available. Covering those areas is crucial for the understanding of ionospheric processes with their highly dynamic temporal and spatial changes. We will furthermore investigate and exploit the potential of space-based data for 3D modelling of the Ionosphere in near real-time.

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	Standardization of Optical Satellite Downlinks Optical Data Downlinks from Earth Observation Satellites will in future allow an increase of downlink capacity in orders of magnitude.
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THRUST

The project THRUST shows the feasibility of optical communications as key enabling technology in future satellite communication systems for global connectivity. In frame of project THRUST, DLR has proven the technology in worst-case link conditions. The researchers have set the world-record for highest data throughput in free-space optical communications link twice. Moreover, we demonstrated high-fidelity optical coherent communications system performance and shown how the pre-distortion adaptive optics could be employed. DLR will further focus to demonstrate end-to-end performance targeting prototype of future system.

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	V2X-DuRail - Vehicle-to-Everything - Funk für digitale, urbane Zugkommunikation Erhebung von Daten zur Koexistenz von intelligenten, vernetzten Verkehrssystemen im Straßenverkehr und Schienenverkehr in Städten
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	X2Rail-5 X2Rail is a series of five projects that are part of the Shift2Rail initiative. This programme is a European rail initiative to seek focused research and innovation (R&I) and market-driven solutions by accelerating the integration of new and advanced technologies into innovative rail product solutions.
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