R-Mode Baltic und R-Mode Baltic 2

Globale Navigationssatellitensysteme (GNSS) sind heute die Hauptquelle für PNT-Informationen für sicherheitsrelevante maritime Operationen. GNSS-basierte PNT-Daten werden als Input für verschiedene Systeme wie z. B. das AIS (Automatic Identification System) und die Positionsanzeige auf dem ECDIS (Electronic Chart Display and Information System) verwendet. Die weltweite Verfügbarkeit und hohe Leistungsfähigkeit von GNSS macht es zu einem unerlässlichen Hilfsmittel für das nautische Personal. Aber GNSS ist verwundbar, wie es in verschiedenen Studien gezeigt wurde. Störungen durch natürliche Quellen wie der Ionosphäre, aber auch durch Menschen verursachte Störungen können zu einer Verschlechterung der Leistungsfähigkeit und darüber hinaus zu einem Verlust der Verfügbarkeit führen. Daher suchen Schiffsführer weltweit nach einem Backupsystem, das sie mit hinreichender Positions- und Zeitgenauigkeit unterstützt, um begonnene maritime Manöver sicher abschließen zu können. Internationale Gremien, wie z. B. die IMO (International Maritime Organization) und die IALA (International Association of Marine Aids to Navigation and Lighthouse Authorities) verstärken derzeit ihre Bemühungen, zuverlässige PNT-Systeme in die maritime Welt einzuführen.

R(anging)-Mode ist eine Technologie, die vorhandene maritime differentielle GPS (DGPS) Navigationsstationen (maritime radio beacon) oder AIS-Basisstationen zur Übertragung von Entfernungsinformationen durch Hinzufügen von Signalen zum herkömmlichen Sendeschema nutzt. Bis 2020 wird das R-Mode Baltic Projektteam das weltweit erste R-Mode Versuchsfeld in der Ostsee unter Nutzung der Signale beider Stationstypen aufbauen und erste Anwendungen entwickeln. Es soll gezeigt werden, dass R-Mode die Anforderungen maritimer Anwender an ein Backupsystem erfüllen kann. Die Arbeit des Projektteam gliedert sich in die folgenden sechs Schwerpunktthemen.

DGPS-NAVIGATIONSSTATIONEN bieten niederratige differentielle Korrekturen für GNSS im Mittelwellenbereich um 300 kHz an. Basierend auf bereits verfügbaren R-Mode Entwicklungen mit zusätzlichen Sinussignalen und dem Legacy-Signal wird das Projektteam Methoden zur Lösung des Signalwellen-Mehrdeutigkeitsproblems durch verbessertes Signaldesign und Signalverarbeitung untersuchen. Darüber hinaus werden Methoden entwickelt, um die Auswirkungen von Raumwellen induziertem Fading zu unterdrücken. Bis zu sechs Stationen werden mit R-Mode Technologie ausgerüstet.

AIS-BASISSTATIONEN liefern Informationen vom Land zu Schiffen mit Hilfe von AIS-Nachrichten, die im Ultrakurzwellenbereich (VHF) um 162 MHz übertragen werden. Das Projektteam wird die Implementierung von R-Mode auf AIS und VHF Data Exchange System (VDES) Signalen testen. Es wird ein optimales Signaldesign ausgewählt und Algorithmen zur Reichweitenschätzung unter Berücksichtigung der Belastung des Funkkanals entwickelt. Vier AIS-Basisstationen werden für die Übertragung von R-Mode Signalen angepasst.

ZEITSYNCHRONISIERUNG DER R-MODE SENDER ist für ein terrestrisches Backupsystem von essentieller Bedeutung, da die Sender mit einer gemeinsamen Zeitgenauigkeit von wenigen 10ns arbeiten müssen. Das Projekt wird die Leistung der derzeit verfügbaren Zeitvergleichsmethoden und Stationsuhralternativen analysieren und eine geeignete R-Mode Zeitinfrastruktur vorschlagen. Weiterhin wird die Selbstsynchronisation des R-Mode Systems untersucht. Ein Proof-of-Concept einer transnationalen kosteneffizienten Zeitsynchronisationslösung mit geeigneten Hold Over Clocks an den Senderstandorten wird entwickelt und demonstriert.

R-MODE POSITIONIERUNG basiert auf den Entfernungsschätzungen zu verschiedenen Sendern. Eine Beurteilung, wie sich die möglichen Fehlerquellen auf die Leistung und Zuverlässigkeit des R-Mode Systems auswirken, unterstützt die Überlegung, ob zirkuläre und hyperbolische Laterationsmethoden zur Positionierung eingesetzt werden. Basierend auf bestehenden GNSS-Empfängerplattformen wird Hardware für zwei Prototyp-Empfänger und Prozessoren mit unterschiedlichem Integrationsgrad entwickelt. Die mitgelieferte Software erfüllt die Anforderungen an das R-Mode Backupsystem und beinhaltet die Ergebnisse der Projektforschung zu R-Mode Positionierungsmethoden. Am Ende des Projekts werden die Prototypen ausgiebig getestet, um die Leistungsfähigkeit der R-Mode Technologie zu demonstrieren.

ZWEI R-MODE ANWENDUNGEN werden entwickelt. Als erstes wird ein bestehender Prototyp einer PNT-Datenverarbeitungseinheit erweitert, um die R-Mode Empfänger-Rohdateneingabe zu unterstützen. Dieser Ansatz ermöglicht, die Positionsberechnung auf Basis von R-Mode Signalen, die von DGPS-Navigationsstationen und / oder AIS-Basisstationen übertragen werden. Bei Verlust der GNSS-Positionierung wird automatisch eine R-Mode basierte Position bereitgestellt. Zum anderen wird eine tragbare Pilotanlage (PPU) mit einem R-Mode Modul ausgestattet. Bei vorhandenem GNSS arbeitet das Gerät in der Standardbetriebsart. Wenn die GNSS-Positionierung fehlschlägt, wechselt sie automatisch in den R-Mode Betriebsmodus. Die R-Mode PPU gibt dem Piloten über das Display Auskunft über den aktiven Positioniermodus.