R-Mode Baltic 2

Allgemeine Daten zum Projekt R-Mode Baltic 2

Projekt R-Mode Baltic 2
Auftraggeber / Projektträger	EU, Interreg Vb - Ostsee (2nd Call)
Laufzeit	01.04.2021 – 31.12.2021
Forschungsschwerpunkt	Technische Systeme für eine sichere Schifffahrt
Projektnummer	KT800.S.3.EUP.00001.00
Projektleitung im BSH	Tobias Ehlers, Jochen Ritterbusch
Gesamtprojektleitung	Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V.

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Projektbeschreibung

Das Wissen um die Störbarkeit von Satellitennavigationssignalen (GNSS-Signalen) hat bei der IMO immer wieder zu Diskussionen um alternative Ortsbestimmungsverfahren geführt. Nachdem das terrestrische Ortbestimmungssystem LORAN in Europa abgeschaltet wurde, wird heute die Suche nach Alternativen intensiviert. Die R-Mode Technologie verfolgt den Ansatz, bereits vorhandene Infrastruktur an Bord und an Land zu nutzen. Durch das Aufprägen einer synchronisierten Laufzeitinformation auf ein bereits vorhandenes Nutzsignal wird die Möglichkeit einer Laufzeit- und damit auch einer Entfernungsmessung (Range) eröffnet. Durch die langjährige Erfahrung des BSH im Bereich der Regularien und Normung für Navigations- und Kommunikationssysteme in der Schifffahrt soll damit ein zukunftsweisendes System weltweit nutzbar gemacht werden.

Seit der Einführung von GNSS (Global Navigation Satellite Systems) nutzt die Seeschifffahrt die Möglichkeit weltweiter und hochgenauer Ortsbestimmung und Navigation. Bedingt durch die geringen Signalpegel auf der Erdoberfläche sind GNSS jedoch anfällig für Störungen, die sowohl natürlichen Ursprungs, als auch vom Menschen unabsichtlich oder absichtlich erzeugt sein können. Um die Sicherheit in der Seeschifffahrt, vor allem in stark frequentierten und begrenzten Seegebieten, zu erhöhen, wird die Entwicklung alternativer (Backup-) Systeme vorgeschlagen und als wichtiger Beitrag zur Sicherheit im Schiffsverkehr als auch zum Umweltschutz erachtet. Die Erkenntnisse aus dem R-Mode Baltic Projekt werden in die Gremien für Regularien und Normung (IMO, IALA, IEC) in der Schifffahrt eingebracht.

Ziele

Das Projekt R-Mode Baltic 2 befasst sich mit Aspekten der technischen Umsetzung eines neuen terrestrischen Ortsbestimmungsverfahrens. Das in R-Mode Baltic installierte Testbed wird in R-Mode Baltic 2 weiteren Untersuchungen zur Optimierung der Technologie unterzogen. Untersucht werden die technischen Parameter, wie Genauigkeit und Verfügbarkeit, die für eine Standardisierung in der Schifffahrt benötigt werden. Zu den beeinflussenden Größen zählen unter anderem Klima und Wetter, technische Varianten der Zeithaltung, elektromagnetische Wellenausbreitung über verschiedene Grundleitfähigkeiten und die technische Signalverarbeitung selbst.

Ein weiterer Schwerpunkt liegt zudem in der Bereitstellung von Monitorstationen, um den Betriebszustand des R-Mode Systems langfristig und dauerhaft beurteilen zu können. Um die Nachhaltigkeit sicherzustellen, ist es die Aufgabe des BSH, bei der Konzeption einer Strategie zur Entwicklung der Standardisierung der R-Mode Technologie mitzuwirken und die entwickelten technischen Konzepte in die entsprechenden Gremien für Regularien und Normung (IMO, IALA, IEC) einzubringen.

Projektpartner

• WSV-FVT Koblenz,
• Swedish Maritime Administration (SMA),
• National Institute of Communication (Polen),
• RISE Research Institutes of Sweden AB,
• Gutec AB,
• Kongsberg Seatex AS,
• Nav Sim Poland Ltd.,

• NavXperience GmbH

Ergebnisse

Der Betrieb der R-Mode Sendestationen rund um die südliche Ostsee wurde während und auch über das Projektende hinaus mit R-Modesignalen fortgesetzt. Die R-Modetechnologie basiert auf bereits bestehenden Sendestationen für maritime Dienste und erweitert diese durch eine Signalkomponente für die Ortsbestimmung. Die Erprobung eines Dauerbetriebes der installierten R-Modefunktion, auf den Sendestationen, konnte mit Erfolg abgeschlossen werden. Für die kontinuierliche Überwachung des Sendebetriebes und der Sicherung der Qualität der Positionsbestimmung mit R-Mode, wurden im Sendegebiet sechs Monitorstationen errichtet, von denen sich auch derzeit noch drei im Betrieb befinden.

Die Messdaten der Monitorstationen wurden zur Beurteilung der R-Modefunktion (Genauigkeit der Positionsbestimmung und Analyse der Ausbreitungsfehler der R-Modesignale) und zur technischen Analyse genutzt. Die Signalanalyse führte zu einer weiteren Verbesserung der Signalerzeugung und der Signalstruktur. Die Einführung von differentiellem R-Mode ermöglicht die Korrektur der R-Modesignale im Empfänger. Diese Korrekturdaten werden durch die Monitorstationen bestimmt und an die R-Modesender übertragen. Diese senden die Korrekturen über das vorhandene Datensignal, zusammen mit den Daten der maritimen Dienste, aus. Die Anwendung der Signalkorrekturen erfolgt im Empfänger und verbessert die Positionsgenauigkeit um den Faktor 2, in der Regel auf besser 20m (95%).

Während des Projektes konnten zahlreiche neue Ideen zur Verbesserung der R-Modetechnologie umgesetzt und bewertet werden. Die Bestimmung und Anwendung von differentiellen Korrekturdaten für die R-Modesignale hat sich als einen großen Schritt zu einer deutlichen Verbesserung der Positionsbestimmung mit R-Mode herausgestellt. Es konnte gezeigt werden, dass die R-Modetechnologie als ein alternatives System zur Bestimmung der Position auf See genutzt werden kann. Die alleinige Abhängigkeit von Satellitennavigationssystemen, zur Bestimmung der eigenen Position auf See, kann somit mit der R-Modetechnologie beendet werden. Die Güte der Positionsbestimmung mit R-Mode genügt den Ansprüchen der IMO für die Navigation auf offener See (IMO-Empfehlung 100m Genauigkeit) und ist mit einer Positionsgenauigkeit vom besser als 20m im differentiellen R-Modebetrieb eingeschränkt nutzbar für Verkehrstrennungsgebiete, Revierfahrten und Hafenansteuerung. Die Nutzung von R-Mode ermöglicht zusätzlich die Bestimmung der Integrität einer Positionsbestimmung mit Satellitennavigationssystemen durch den gegenseitigen Abgleich der unabhängigen Signale und Systeme.

Die Erfahrungen und Erkenntnisse aus den R-Mode Projekten (R-Mode Baltic und R-Mode Baltic 2) wurden in den internationalen Gremien der Schifffahrt durch eine informelle Eingabe an die IMO (MSC.105 Inf „R-Mode (Ranging-Mode), terrestrial positioning for resilient navigation“) und durch die in der Bearbeitung befindlichen R-Mode Guidelines in der IALA(„Guideline on Medium Frequency R-Mode signal structure and navigation message“ und „Guideline on Implementation of MF and VDES R-Mode System and Service“) international vorgestellt. Die Vorarbeiten an einem internationalen R-Mode Prüfstandard im Rahmen der IEC wurden im Projektverlauf bereits sondiert.