Können Mobilfunksignale Flugzeuge vor GPS-Ausfällen schützen? Experten geben Auskunft

Forscher entwickeln ein faszinierendes neues Navigationssystem, das Flugzeuge sicher durch GPS-Ausfälle manövriert, indem es clever auf alternative Signale von Mobilfunkmasten und Satelliten zurückgreift.

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3D-Visualisierung des nordamerikanischen Luftfrachtverkehrs bei Nacht, die beleuchtete Flugrouten und Datenetiketten zeigt, unterstreicht die Notwendigkeit innovativer Navigationssysteme, um die Sicherheit in der Luftfahrt zu erhöhen.

Neue Horizonte in der Luftfahrt: Wie alternative Signale die Zukunft der Navigation verändern könnten

Stellen Sie sich vor, Sie fliegen mit einem Verkehrsflugzeug über eine abgelegene Region, als plötzlich das GPS-Signal ausfällt. In einem Moment der Unsicherheit könnte die genaue Position und Geschwindigkeit des Flugzeugs zum Risiko werden!

Doch in dieser scheinbar beunruhigenden Situation gibt es Hoffnung – eine neue Technologie, die auf Signale aus der Umgebung setzt, um das Flugzeug auf Kurs zu halten!

Forscher der Sandia National Laboratories und der Ohio State University haben sich einer revolutionären Herausforderung angenommen:

Sie entwickeln ein alternatives Navigationssystem, das die Zuverlässigkeit und Sicherheit des Luftverkehrs in Zeiten potenzieller GPS-Ausfälle gewährleisten soll. Diese hochriskante, aber potenziell bahnbrechende Forschung könnte die Art und Weise, wie wir uns durch den Himmel bewegen, grundlegend verändern.

Innovative Navigationssysteme: Sicherheit in der Luft ohne GPS

In einer Höhe von 24.000 Metern über New Mexico testen Forscher der Sandia National Laboratories und der Ohio State University ein neues Navigationssystem. Es könnte die Sicherheit in der Luftfahrt revolutionieren, indem es alternative Signale von Mobilfunkmasten und Satelliten nutzt, um Flugzeuge auch dann auf Kurs zu halten, wenn das GPS ausfällt. Die Forschung wird durch das „Laboratory Directed Research and Development“ (LDRD) Programm unterstützt, das risikoreiche, zukunftsweisende Projekte finanziert.

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Futuristisches digitales Cockpit mit KI-gestützter Benutzeroberfläche, das eine innovative Navigationstechnologie für Flugzeuge zeigt, die darauf abzielt, die Sicherheit im Luftverkehr zu erhöhen und GPS-Ausfälle zu überwinden.

Die Herausforderung: Abhängigkeit von GPS

GPS ist für die globale Navigation unverzichtbar. Doch es ist auch anfällig für Störungen wie Jamming (Signalstörung) und Spoofing (Manipulation).

Diese Störungen können besonders im Luftverkehr gefährlich werden. Um solche Risiken zu mindern, forscht ein Team um Jennifer Sanderson daran, alternative „Opportunitätssignale“ für die Navigation zu nutzen. Sanderson erklärt:

Wir versuchen nicht, GPS zu ersetzen, sondern es zu unterstützen, wenn es gestört ist.

Das Konzept der Opportunitätssignale

Diese alternativen Signale stammen von vorhandenen Mobilfunkmasten oder Kommunikationssatelliten und könnten genutzt werden, um die Position und Geschwindigkeit von Flugzeugen zu berechnen.

In städtischen Gebieten wurden solche Signale bereits untersucht, doch Sanderson's Team erweitert den Ansatz, indem es Wetterballons in die Stratosphäre schickt, um Signale in bis zu 25.000 Metern Höhe zu erfassen.

Die Forscher nutzen den Dopplereffekt, um die Veränderung von Funksignalfrequenzen zu analysieren. Mit den gewonnenen Daten wollen sie Algorithmen entwickeln, die diese Signale in Echtzeit für die Navigation nutzbar machen .

Vorläufige Erfolge

Erste Tests zeigen, dass in der Stratosphäre Mobilfunksignale erfolgreich empfangen werden können.

Dies ist besonders wichtig, da bisherige Annahmen darauf hindeuteten, dass in diesen Höhen nur schwache Signale vorhanden sind. Nun konzentriert sich das Team darauf, die Daten weiter zu analysieren und Algorithmen zu entwickeln, um diese in reale Navigationssysteme zu integrieren.

Zukunftsperspektiven: Alternativen zur GPS-Navigation

Die Forschung hat das Potenzial, den Luftverkehr sicherer zu machen, indem sie Navigationsmöglichkeiten in Situationen bietet, in denen GPS versagt. Insbesondere in militärischen und sicherheitskritischen Bereichen könnten diese Systeme eine robuste Ergänzung sein .

Das LDRD-Programm

Das „Laboratory Directed Research and Development“ (LDRD) Programm, das Sandersons Projekt finanziert, ist bekannt für seine Unterstützung von Forschung mit hohem Risiko und potenziell bahnbrechenden Ergebnissen. Es dient gleichzeitig als Rekrutierungsinstrument für hochqualifizierte Wissenschaftler und fördert zukunftsweisende Innovationen .

Mission Campaigns und Grand Challenges

Aktuelle Projekte in strategischen Bereichen wie Digitale Sicherheit und Resiliente Energiesysteme tragen dazu bei, dass Sandia National Laboratories auch zukünftig in der Lage ist, nationale Sicherheitsherausforderungen zu bewältigen.

Besonders ambitionierte Projekte, die als Grand Challenges bekannt sind, zielen auf transformative Durchbrüche in der Forschung ab, wie beispielsweise die Vorhersage von Infektionskrankheiten oder die Entwicklung strahlungsgeschützter Systeme.

ION GNSS+ 2024: Neue Forschungsergebnisse

Die vorläufigen Ergebnisse des Projekts wurden auf der ION GNSS+ 2024, der weltweit größten Konferenz zu GNSS-Technologie, präsentiert. Diese Veranstaltung fand vom 16. bis 20. September 2024 in Baltimore, Maryland statt und brachte führende Köpfe aus der Welt der Positions-, Navigations- und Zeitmessungstechnologien zusammen.

Die Entwicklungen im Bereich alternativer Navigationssysteme, unterstützt durch das LDRD-Programm, bieten vielversprechende Perspektiven für die Sicherheit im Luftverkehr. Sollte sich das Konzept der Opportunitätssignale bewähren, könnte dies die Abhängigkeit von GPS reduzieren und sicherstellen, dass Flugzeuge auch bei GPS-Ausfällen sicher navigiert werden können .