Foto: DLR

Das zukünftige weltweite Flugfunksystem -
Standardisierung, Validierung und Ausbau zum integrierten CNS-System

Einen Schwerpunkt der aktuellen Arbeiten bildet die Standardisierung und Validierung des zukünftigen weltweiten Flugfunksystems im L-Band LDACS (L-band Digital Aeronautical Communications System) zur Kommunikation zwischen Lotsen am Boden und Piloten im Flugzeug. Als leistungsfähiger und cybersicherer Datenlink ermöglicht LDACS moderne ATM-Verfahren, die die Effizienz und Sicherheit des Luftverkehrsmanagements deutlich erhöhen. Die technischen Entwicklungen zu LDACS sind weitgehend abgeschlossen und wurden federführend vom DLR durchgeführt. Aktuell befindet sich LDACS in der Standardisierung im Rahmen der ICAO, die vom DLR geleitet wird. Zudem wird in den nächsten Jahren ein LDACS-Testnetzwerk mit Unterstützung durch das LuFo-Projekt PaWaDACs aufgebaut. Das Testnetzwerk dient der LDACS Validierung im prä-operationellen Betrieb. Das Kommunikationssystem LDACS kann auch Aufgaben der Navigation und Überwachung übernehmen und dort als Backup-System fungieren. Die Weiterentwicklung von LDACS zum integrierten CNS-System (Communications, Navigation, Surveillance) ist daher ein weiterer Themenschwerpunkt in der Arbeitsgruppe.

Im Rahmen der LDACS-Weiterentwicklung wird auch das Potenzial von Mehrfachantennensystemen bewertet, insbesondere, inwieweit Robustheit und Leistungsfähigkeit von LDACS verbessert werden kann. Ein weiterer Schwerpunkt der Arbeitsgruppe ist es, LDACS für die direkte Flugzeug-Flugzeug (Air-to-Air, A2A) Kommunikation und Überwachung weiterzuentwickeln. Dafür werden entsprechende Konzepte und Übertragungsverfahren entwickelt und ein vollständiger LDACS A2A Datenlink vorgeschlagen. Nach der Validierung in Computersimulationen mit realistischen Kommunikationskanalmodelle werden LDACS A2A Prototypen entwickelt und in Flugkampagnen demonstriert. Neben der Kommunikation stellen auch kooperative und nicht-kooperative Überwachungskonzepte einen wesentlichen Teil der LDACS-Weiterentwicklungen dar. Hier werden die LDACS Signale als „Signals of Opportunity'' betrachtet und neuartige Überwachungskonzepte entwickelt. Diese bieten dann die Möglichkeit die bestehende LDACS Signale und/oder deren Reflexionen für passive Überwachungszwecke zu benutzen. Zum einen wird hier ein LDACS-basiertes nicht-kooperatives, multistatisches Radarkonzept entwickelt und zum anderen ein LDACS-basierter kooperativer „Wide Area Multilateration“ (WAM) Ansatz.

Digitale Funksysteme für Drohnen im urbanen Luftraum

Für die sichere Integration von hochautomatisierten bzw. autonomen Drohnen in den urbanen Luftraum werden digitale Funksysteme untersucht und entwickelt. Das neuartige Kommunikations- und Überwachungssystem DroneCAST (Drone Communications and Surveillance Technology) soll in Zukunft den robusten, effizienten und direkten Datenaustausch zwischen allen Luftraumteilnehmern ermöglichen. Grundlage für die Entwicklung sind Erkenntnisse über Kommunikationskanal, die in einer umfassenden Messkampagne mit Hexakoptern in einem urbanen Umfeld am Standort Oberpfaffenhofen gewonnen wurden. Das daraus entstandene Kanalmodell wird in Computersimulationen zur Validierung des Systemdesigns verwendet. In naher Zukunft soll ein erster Prototyp die Leistungsfähigkeit von DroneCAST demonstrieren. 
Foto rechts: DLR

Kommunikationssysteme für unbemannte Luftfahrzeuge

Da sich die Anwendungsprofile von klassischen Dronen im urbanen Raum und größeren unbemannten (Fracht-)Flugzeugen sehr unterscheiden, wird zusätzlich an einem Kommunikationssystem für unbemannte Luftfahrzeuge namens CDACS (C-band Digital Aeronautical Communications System) geforscht. Auch wenn zu erwarten ist, dass unbemannte Luftfahrzeuge einen vergleichsweise hohen Grad an Autonomie haben werden, ist dennoch ein zuverlässiger Datenlink für den Informationsaustausch zwischen Fernpiloten und Luftfahrzeug notwendig. Da mit steigender Autonomie eines Systems grundsätzlich die Anforderungen an Zuverlässigkeit und Datenintegrität sowie -authentizität steigen, liegt bei der Entwicklung von CDACS an dieser Stelle ein besonderer Schwerpunkt: So spielt nicht nur die Cyber-Sicherheit eine große Rolle, sondern es wird auch auf Robustheit der verwendeten Wellenform insbesondere gegenüber Störern geachtet.

Mitwirkung in Gremien

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, sowie in der Internet Engineering Task Force (IETF).

Forschungsthemen der Arbeitsgruppe

• Datenlink Design (LDACS A/G und A2A, CDACS, DroneCAST)
  • OFDM-basierter Systemdesign
  • Optimierung OFDM-Empfänger
  • Verfahren zur Interferenzunterdrückung
  • Codierung
  • Synchronisation
  • Koexistenz mit bestehenden CNS-Systemen
  • Robuste Kommunikation und Security auf der physikalischen Schicht
  • Robuste und effiziente Zugriffsverfahren, insbesondere in selbstorganisierenden Netzen
  • Leistungsfähige Verfahren zur flugzeugbasierten Überwachung
• Kanalmodellierung
  • Air-to-Air (A2A) Kanalmodell
  • Air-to-Ground (A/G) Kanalmodell
  • Drohne-to-Drohne (D2D) Kanalmodell
• Überwachungskonzepte
  • LDACS-basiertes passives nicht-kooperatives, multistatisches Radarkonzept
  • LDACS-basierter passiver kooperativer WAM Ansatz
  • DroneCAST aktives kooperatives Überwachungssystem