GPS-Störungen sind in der Luftfahrt inzwischen zu einem ernsthaften Problem geworden. Immer wieder berichten Crews davon, dass gerade bei Flügen über Konfliktregionen die Navigationsdaten im Cockpit manipuliert werden. Man spricht dabei von GPS-Spoofing und -Jamming. Beim Spoofing werden absichtlich falscher GPS-Signale gesendet, um Empfänger zu täuschen. Beim Jamming werden GPS-Signalen geblockt oder gestört, sodass Empfänger keine gültige Positionsbestimmung mehr vornehmen können.
Zwischen 2021 und 2024 hat sich die Zahl der Beeinträchtigungen globaler Satellitennavigationssysteme nach Angaben des Airline-Dachverbandes Iata mehr als verdreifacht. Hinzu kommen andere mögliche Interferenzen - etwa durch Sonnenstürme. Deshalb arbeitet das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt DLR seit Jahren an einer robusteren, unabhängigen Ergänzung zum satellitengestützten Navigationssystem - mit einem bodengestützten Ansatz.
GPS-Alternative ist unabhängig von Satelliten
Bereits seit 2016 entwickeln Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler des DLR-Instituts für Kommunikation und Navigation das sogenannte Ranging-Mode-System (kurz: R-Mode) im Ostseeraum. Dabei werden bestehende Mittelwellensender für die Positionsbestimmung umgenutzt. Der Vorteil: Die Technik ist unabhängig von Satelliten. Allerdings ist sie nicht ganz frei von Schwächen.
Denn atmosphärische Einflüsse können das Signal und damit die Genauigkeit tageszeitabhängig beeinträchtigen. Das DLR nennt die untere Ionosphäre. Sie ist ein Teil der Erdatmosphäre, der sich auf zwischen etwa 60 und 1000 Kilometern Höhe befindet und durch Sonnenlicht ionisierte Gasteilchen enthält
Kooperation aus fünf Forschungseinrichtungen
Genau hier setzt das neue Forschungsprojekt Air-Mopsy an, das am 30. Juni offiziell gestartet ist. Ziel ist es, die Ursachen dieser Signalstörungen besser zu verstehen – und das R-Mode-System so weiterzuentwickeln, dass es auch unter schwierigen atmosphärischen Bedingungen zuverlässig funktioniert.
Prototyp des R-Mode-Empfängers. Sabrina Scholz/DLR
Was klingt wie der Name eines Airline-Maskottchens steht für Atmospheric Impact on the R-Mode Positioning System und ist das Ergebnis einer Forschungskooperation zwischen fünf Einrichtungen in Mecklenburg-Vorpommern. Unter Koordination der Universität Greifswald arbeiten zwei Institute des DLR eng mit den Leibniz-Instituten für Atmosphärenphysik und Ostseeforschung zusammen.
Ergänzung zum GPS für mehr Zuverlässigkeit
Während das DLR-Institut für Kommunikation und Navigation seine langjährige R-Mode-Expertise und Messtechnik einbringt, liegt der Schwerpunkt des Instituts für Solar-Terrestrische Physik auf der Modellierung atmosphärischer Einflüsse. Erstmalig soll dabei ein umfassendes Modell der unteren Ionosphäre entstehen, das sowohl geomagnetische als auch atmosphärische Faktoren berücksichtigt. Ziel ist es, die Signalqualität des R-Mode-Systems auch nachts stabil zu halten – bisher eine Schwachstelle.
Die Ergebnisse sollen direkt in bestehende R-Mode-Empfänger des DLR einfließen. Langfristig könnte daraus ein System entstehen, das auch in anderen Verkehrsträgern – einschließlich der Luftfahrt – als ergänzende Navigationsquelle dient und die Sicherheit erhöht.
