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Die
Erfindung betrifft ein Kommunikationssystem zum Datentransfer zwischen
zumindest einem Flugkörper und mindestens einer Bodenstation oder
zwischen zumindest zwei Flugkörpern gemäß dem
Oberbegriff des Patentanspruchs 1 sowie ein Verfahren zum Datentransfer
nach Patentanspruch 12.
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Das
erfindungsgemäße Kommunikationssystem und Verfahren
kann prinzipiell bei einer Vielzahl von Datenübertragungsaufgaben
zwischen zumindest einem Flugkörper und mindestens einer
Bodenstation oder zwischen zumindest zwei Flugkörpern,
beispielsweise bei der Flugführung eines Lenkflugkörpers,
eingesetzt werden.
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Ein
derartiges Kommunikationssystem ist beispielsweise aus der
DE 699 15 039 T2 bekannt. Bei
diesem herkömmlichen Kommunikationssystem beruht die korrekte
Abarbeitung der Flugaufgabe eines Flugzeugs auf der Definition eines
Flugplans, der bei der Flugvorbereitung erstellt worden ist. Dieser Flugplan
umfasst neben anderen Informationen eine während der Ausführung
der Flugaufgabe zu befolgende Sollflugbahn. Da während
der Abarbeitung der Flugaufgabe unvorhergesehene, die Sollflugbahn beeinflussende
Ereignisse auftreten können, wird die Sollflugbahn bei
dieser Lösung in Echtzeit auf Basis von während
des Flugs per Funkübertragung empfangenen Informationen,
beispielsweise von Flugbahnänderungen, zugewiesenen Wegpunkten
oder meteorologischen Entwicklungen, stetig rekonfiguriert.
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Nachteilig
bei derartigen Kommunikationssystemen ist, dass die Reichweite der
zur Informationsübermittlung verwendeten Funkübertragungsverfahren,
insbesondere bei einem schnell und tief fliegenden Flugkörper,
gering ist und die Übertragungssicherheit mit zunehmender
Entfernung des Flugkörpers relativ zu einer Bodenstation
den hohen Anforderungen in der Luftfahrt nicht genügt.
Derartige Systeme benötigen daher leistungsstarke Sende-
und Empfangsanlagen, sofern eine bidirektionale Kommunikation zwischen
Flugkörper und Bodenstation überhaupt möglich
ist, so dass ein großer Bauraum bei entsprechend hoher
Leistungsaufnahme und Wärmeentwicklung der Funkanlage erforderlich
ist.
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Zur
Steigerung der Reichweite der Funkübertragung ist es aus
dem allgemeinen Stand der Technik bekannt, fliegende Relaisstationen,
d. h. in Begleitflugzeugen angeordnete Funkanlagen einzusetzen.
Dadurch wird ein Kommunikationssystem erreicht, bei dem die Funkstrecke
zwischen dem Flugkörper und der Bodenstation in mehrere
Teilstrecken aufgeteilt ist, so dass eine vergrößerte
Gesamtreichweite möglich ist. Nachteilig bei einem derartigen Kommunikationssystem
ist, dass dieses aufgrund der fliegenden Sende- und Empfangsstationen
vorrichtungstechnisch aufwändig und kostenintensiv ist.
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Demgegenüber
liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Kommunikationssystem
und ein Verfahren zum Datentransfer zwischen zumindest einem Flugkörper
und mindestens einer Bodenstation oder zwischen zumindest zwei Flugkörpern
zu schaffen, das eine verbesserte Reichweite bei minimalem vorrichtungstechnischen
Aufwand ermöglicht.
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Diese
Aufgabe wird hinsichtlich des Kommunikationssystems durch die Merkmalskombination des
Patentanspruchs 1 und hinsichtlich des Verfahrens zum Datentransfer
durch die Merkmale des Patentanspruchs 12 gelöst.
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Das
erfindungsgemäße Kommunikationssystem dient zum
Datentransfer zwischen zumindest einem Flugkörper und mindestens
einer Bodenstation oder zwischen zumindest zwei Flugkörpern.
Erfindungsgemäß weist der Flugkörper
zumindest eine Kommunikationseinrichtung (Data Link Gerät
DLG) zur Datenübertragung auf, die über eine Satellitenverbindung
mit mindestens einer der Bodenstation zugeordneten Sende- und/oder
Empfangseinrichtung oder der Kommunikationseinrichtung eines weiteren
Flugkörpers kommuniziert.
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Bei
der erfindungsgemäßen Lösung erfolgt die
Datenübertragung mittels einer Satellitenverbindung, so
dass gegenüber dem Stand der Technik gemäß der
DE 699 15 039 T2 eine
im Wesentlichen unbegrenzte Reichweite der Datenübertragung
bei minimalem vorrichtungstechnischen Aufwand ermöglicht
ist. Das System ist bei Nutzung einer globalen Satelliteninfrastruktur
weltweit zur Datenübertragung einsetzbar. Durch Nutzung
vorhandener Satellitenstrukturen kann die Datenübertragung
ohne zusätzliche Relaisstationen kostengünstig
durchgeführt werden. Die Bodenstation hat eine Sende- und/oder Empfangseinrichtung
zur Herstellung der Satellitenverbindung über zumindest
einen Satelliten zu dem Flugkörper. Mittels der Sende-
und/oder Empfangseinrichtung (Sende-/Empfangsmodem) der Bodenstation
können beispielsweise empfangene Daten des Flugkörpers
angezeigt und Kommandos sowie neue Missionsdaten zum Flugkörper
gesendet werden. Eine minimale Bodenstation besteht im Wesentlichen
aus einem Satellitentelefon. Dieses kann z. B. von Bodentruppen
oder Flugzeugen aus bedient werden. Personen im Einsatzgebiet des
Flugkörpers, beispielsweise in Zielnähe eines
militärischen Objekts, können eine aktualisierte
Zielposition mit Hilfe der tragbaren Bodenstation an den bereits
fliegenden Flugkörper übertragen oder bei veränderter
Situationslage den Flug abbrechen.
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Gemäß einem
besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung
erfolgt der Datentransfer zwischen dem Flugkörper und der
Bodenstation oder zwischen zumindest zwei Flugkörpern mittels
einer standardisierten Satelliteninfrastruktur, beispielsweise dem
Iridium-, Globalstar- oder ICO-Satellitensystem. Bei derartigen
Systemen sind die einzelnen Satelliten untereinander durch Intersatellitenlinks
(ISLs) verbunden. Eine aktive Verbindung wird so lange von Satellit
zu Satellit vermittelt, bis sich jeweils zumindest einer dieser
Satelliten in der Reichweite der Basisstation und des Flugkörpers
bzw. bei mehreren Flugkörpern jeweils zumindest einer in Reichweite
jedes Flugkörpers befindet. Insbesondere der Iridium-Data-Link
ist ein kostengünstiger Daten-Link für Daten-Downlink
(Flugkörper zur Bodenstation), Daten-Uplink (Bodenstation
zum Flugkörper) und für eine bidirektionale Datenverbindung (freier
Datentransfer zwischen Flugkörper und Bodenstation). Weiterhin
ist eine einfache oder bidirektionale Datenverbindung zwischen zwei
oder mehreren Flugkörpern mittels Iridium-Data-Link möglich.
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Als
besonders vorteilhaft hat es sich erwiesen, wenn der Datentransfer
in einem standardisierten Datenprotokoll erfolgt. Das Datenprotokoll
ist bei einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ein Paket-vermittelndes
Protokoll, insbesondere ein Short-Message-Datenprotokoll. Die Datenprotokolle Short
Message Service (SMS), Multimedia Message Service (MMS) oder Short
Burst Data (SBD) Service haben sich als besonders geeignet erwiesen.
Bei der Übertragung von SMS-, MMS- oder SBD-Nachrichten
ist eine kurzzeitige Verbindung zwischen Flugkörper und
Satellit, bzw. zwischen Bodenstation und Satellit ausreichend, wobei
die Daten-Pakete solange gesendet werden, bis diese beim Empfänger
ankommen, so dass eine hohe Zuverlässigkeit der Daten-übertragung
erreicht wird.
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Bei
einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung verwendet
die Kommunikationseinrichtung des Flugkörpers und/oder
die Bodenstation ein Satellitenmodem zur Datenübertragung
mittels einer Modemverbindung. Hierbei können im Wesentlichen
beliebige Datenprotokolle verwendet werden. Bei der Modemverbindung
wird für die Dauer der Datenübertragung eine Verbindung
zwischen Flugkörper und Bodenstation bzw. zwischen mehreren
Flugkörpern über eine Satelliteninfrastruktur
aufgebaut. Hierzu wird ein Übertragungskanal geöffnet
und eine Direktverbindung zwischen Bodenstation und Satellit sowie Flugkörper
und Satellit aufgebaut. Vorteilhaft bei einer derartigen Direktverbindung
ist die hohe übertragbare Datenmenge.
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Die
Bodenstation des Kommunikationssystems weist bei einem alternativen
Ausführungsbeispiel zumindest ein Mobilfunksystem zur Herstellung einer
Funkverbindung zu einer Mobilfunk-Basisstation und über
diese zur Herstellung einer Satellitenverbindung zu dem Flugkörper
auf. Das heißt, eine einfache Bodenstation kann bereits
mit einem Mobiltelefon realisiert werden. Dieses kann beispielsweise von
Bodentruppen oder Flugzeugen aus bedient werden. Dadurch kann die
Datenübertragung an den Flugkörper bzw. von dem
Flugkörper zu dem Mobiltelefon mit einem geringen vorrichtungstechnischen Aufwand
weltweit über die Satelliteninfrastruktur erfolgen.
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Die
Kommunikationseinrichtung des Flugkörpers ist bei einer
Ausführung der Erfindung mit zumindest einer Steuerkomponente
des Flugkörpers, beispielsweise einem Bordrechner (z. B.
Central-Weapon-Computer) und einem Datenbus des Flugkörpers
(z. B. IMBUS) verbunden. Über diese Schnittstellen kann
die Kommunikationseinrichtung mit Daten für die Telemetrierung
versorgt werden, die vollständig oder selektiert für
die Datenübertragung aufbereitet sind oder von der Kommunikationseinrichtung
aufbereitet werden. Hierbei kann zu definierten Zeitzyklen, Wegpunkten,
flugkörperinternen Ereignissen oder auf Anfrage durch die
Bodenstation der aktuelle Datensatz zu einem Short Message Datenprotokoll
(z. B. SMS, MMS, SBD) konformen Datensatz (z. B. Protocol Data Unit – PDU)
umgewandelt und gesendet werden.
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Erfindungsgemäß wird
es bevorzugt, wenn die Kommunikationsvorrichtung und/oder die Bodenstation
ein Verschlüsselungssystem zur Verschlüsselung
der zu übertragenden Daten aufweist. Die zu übertragenden
Daten können der Kommunikationseinrichtung verschlüsselt übergeben
oder von dieser verschlüsselt werden.
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Die
zwischen dem Flugkörper und der Bodenstation oder zwischen
zumindest zwei Flugkörpern mittels einer Satellitenverbindung
zu übertragenden Daten enthalten vorzugsweise Flugkörperstatusdaten
und/oder Flugkörperkommandos, insbesondere Flugplanungsdaten,
Zielvorgabedaten, Wegpunkte und/oder Bilddaten. Das heißt,
das Kommunikationssystem ermöglicht die Übermittlung
von Flugkörperstatusdaten oder Kommandos, einschließlich
modifizierter Flugplanung, Zielvorgabe und Bildübertragung.
Bilddaten können als in der Kommunikationsvorrichtung komprimierte
Einzelbilder (Still Pictures) übertragen werden. Weiterhin
können zusätzliche Informationen, wie beispielsweise Kennungen
(Punkte, Linien, Symbole oder Texte) in das Bild eingebracht werden.
Ferner ist eine Übertragung von Film- und Tonsequenzen
möglich.
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Der
erfindungsgemäße Flugkörper kann ein unbemannter
Flugkörper, beispielsweise ein Lenkflugkörper
oder eine Drohne sein.
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Die
Erfindung kann weiterhin vorteilhaft zum Datentransfer bei bemannten
Flugkörpern der allgemeinen und militärischen
Luftfahrt Verwendung finden.
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Bei
einem erfindungsgemäßen Verfahren zum Datentransfer
zwischen zumindest einem Flugkörper und mindestens einer
Bodenstation oder zwischen zumindest zwei Flugkörpern werden
in einem ersten Schritt die zu übertragenden Daten bereitgestellt.
In einem weiteren Schritt werden die zu übertragenden Daten
mittels einer Kommunikationseinrichtung des Flugkörpers über
eine Satellitenverbindung an eine Empfangseinrichtung der Bodenstation oder
an die Kommunikationseinrichtung eines weiteren Flugkörpers
gesendet. Entsprechend werden von einer Sendeeinrichtung der Bodenstation
oder der Kommunikationseinrichtung eines weiteren Flugkörpers über
eine Satellitenverbindung gesendete Daten von der Kommunikationseinrichtung
des Flugkörpers empfangen.
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Sonstige
vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand weiterer
Unteransprüche.
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Nachstehend
wird die Erfindung anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels
näher erläutert. Die einzige Figur zeigt eine
schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen
Kommunikationssystems.
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Die
Figur zeigt ein erfindungsgemäßes Kommunikationssystem
zum Datentransfer zwischen einem Flugkörper und einer Bodenstation.
Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen
Kommunikationssystems 1 ist ein Flugkörper 2 als
Lenkflugkörper ausgebildet, der eine Kommunikationseinrichtung
(Data Link Gerät DLG) 4 zur Datenübertragung
zwischen dem Flugkörper 2 und schematisch angedeuteten
Bodenstationen 6, 8 aufweist. Die Kommunikationseinrichtung 4 des
Flugkörpers 2 ist über eine Verbindungsleitung 10 mit
einem Bordrechner (Central-Weapon-Computer) 12 des Flugkörpers 2 verbunden.
Ferner ist die Kommunikationseinrichtung 4 an einen Datenbus
(z. B. IMBUS) 14 des Flugkörpers 2 angeschlossen. Über
diese Schnittstellen wird die Kommunikationseinrichtung 4 mit
Daten für die Telemetrierung versorgt, die vollständig
oder selektiert für die Datenübertragung aufbereitet
werden. Bei einem nicht dargestellten Ausführungsbeispiel
der Erfindung ist die Kommunikationseinrichtung 4 lediglich
mittels der Verbindungsleitung 10 mit dem Bordrechner 12 oder
mit dem Datenbus 14 verbunden. Die Kommunikationseinrichtung 4 hat
einen Antennenanschluss 16 der mittels einer Antennenleitung 18 mit
einer an der Außenseite des Flugkörpers 2 montierten
Satellitenantenne 20 verbunden ist. Um Einstellungen und
Tests der Kommunikationseinrichtung 4 zu erleichtern ist
diese mit einem nicht dargestellten Testanschluss versehen. Die Kommunikationseinrichtung 4 kommuniziert über eine
Satellitenverbindung mit den Bodenstationen 6, 8.
Dies wird im Folgenden näher erläutert.
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Die
Bodenstation 6 hat eine Sende- und Empfangseinrichtung
(Sende-/Empfangsmodem) 22 zur Herstellung der Satellitenverbindung
zu dem Flugkörper 2. Über ein Anzeigedisplay 24 der
Bodenstation 6 können empfangene Daten des Flugkörpers 2 angezeigt
und Kommandos sowie neue Missionsdaten zum Flugkörper 2 gesendet
werden.
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Die
weiterhin schematisch dargestellte Bodenstation 8 besteht
im Wesentlichen aus einem Satellitentelefon 26. Dieses
kann z. B. von Bodentruppen oder Flugzeugen aus bedient werden.
Personen im Einsatzgebiet des Flugkörpers 2, beispielsweise in
Zielnähe eines militärischen Objekts, können
eine aktualisierte Zielposition mit Hilfe der tragbaren Bodenstation 8 an
den bereits fliegenden Flugkörper 2 übertragen
oder bei veränderter Situationslage den Flug abbrechen.
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Der
Datentransfer zwischen dem Flugkörper 2 und der
Bodenstation 6 bzw. der Bodenstation 8 erfolgt
mittels einer standardisierten Satelliteninfrastruktur 28,
beispielsweise einem durch zwei Satelliten 30, 32 angedeuteten
Iridium-Satellitensystem. Bei derartigen Systemen 28 sind
die einzelnen Satelliten 30, 32 untereinander,
wie in der Figur durch einen mit gestrichelter Linie dargestellten
Pfeil angedeutet ist, durch Intersatellitenlinks (ISLs) verbunden. Eine
aktive Verbindung wird so lange von Satellit zu Satellit vermittelt,
bis sich einer dieser Satelliten in der Reichweite der Bodenstation 6, 8 und
ein Satellit in Reichweite des Flugkörpers 2 befindet.
Die Entfernung zwischen Flugkörper 2 und Bodenstation 6, 8 ist dadurch
nicht relevant. Insbesondere der Iridium-Data-Link ist ein kostengünstiger
Daten-Link für Daten-Downlink (Flugkörper 2 zur
Bodenstation 6, 8), Daten-Uplink (Bodenstation 6, 8 zum
Flugkörper 2) und für eine bidirektionale
Datenverbindung (freier Datentransfer zwischen Flugkörper 2 und
Bodenstation 6, 8).
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Die
Datenübertragung erfolgt in einem standardisierten, Paket-vermittelnden
Datenprotokoll, insbesondere einem Short-Message-Datenprotokoll. Die
Datenprotokolle Short Message Service (SMS), Multimedia Message
Service (MMS) oder Short Burst Data (SBD) Service sind hierfür
besonders geeignet, da bei der Übertragung von SMS-, MMS-
oder SBD-Nachrichten eine kurzzeitige Verbindung zwischen Flugkörper 2 und
Satellit 30, bzw. zwischen Bodenstation 6, 8 und
Satellit 32 ausreicht, wobei die Datenpakete solange gesendet
werden, bis diese beim Empfänger ankommen, so dass eine
hohe Zuverlässigkeit der Datenübertragung erreicht wird.
Die zwischen dem Flugkörper 2 und der Bodenstation 6, 8 mittels
der Satelliteninfrastruktur zu übertragenden Daten enthalten
vorzugsweise Flugkörperstatusdaten und Flugkörperkommandos,
insbesondere Flugplanungsdaten, Zielvorgabedaten, Wegpunkte und Bilddaten.
Das heißt, das Kommunikationssystem 1 ermöglicht
die Übermittlung von Flugkörperstatusdaten oder
Kommandos, einschließlich modifizierter Flugplanung, Zielvorgabe
und Bildübertragung. Bilddaten können als in der
Kommunikationseinrichtung 4 komprimierte Einzelbilder (Still
Pictures) übertragen werden. Weiterhin können
zusätzliche Informationen, wie beispielsweise Kennungen
(Punkte, Linien, Symbole oder Texte) in das Bild eingebracht werden.
Hierbei kann zu definierten Zeitzyklen, Wegpunkten, flugkörperinternen
Ereignissen oder auf Anfrage durch die Bodenstation 6, 8 der
aktuelle Datensatz zu einem Short Message Protokoll (z. B. SMS, MMS,
SBD) konformen Datensatz (z. B. Protocol Data Unit – PDU)
umgewandelt und gesendet werden. Die zu übertragenden Daten
können der Kommunikationseinrichtung 4 verschlüsselt übergeben oder
von dieser verschlüsselt werden.
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Im
Folgenden wird die Funktion des Kommunikationssystems 1 beispielhaft
erläutert. Zum Datentransfer zwischen dem Flugkörper 2 und
der Bodenstation 6, 8 werden in einem ersten Schritt
die zu übertragenden Daten bereitgestellt. Insbesondere werden
die Daten des Flugkörperdatenbuses 14 und des
Bordrechners 12 ausgelesen und in PDU für den SMS,
MMS oder SBD-Transfer aufbereitet. Alternativ oder zusätzlich
werden Bilddaten für den Datentransfer per SMS-, MMS- oder
SBD-Verbindung oder einer Modemdirektverbindung, beispielsweise
durch Datenreduktion, Komprimierung und Eintragung einer Kennung
im Bild, beispielsweise einer Zielmarke vorbereitet. In einem weiteren
Schritt werden die zu übertragenden Daten mittels der Kommunikationseinrichtung 4 über
die Satelliteninfrastruktur 28 an die Empfangseinrichtung
der Bodenstation 6, 8 gesendet. Entsprechend werden
die Daten mittels der Kommunikationseinrichtung 4 über
eine Satellitenverbindung von einer Sendeeinrichtung der Bodenstation 6, 8 empfangen,
konvertiert und die empfangenen Kommandos, z. B. Kommandos der Bodenstation 6, 8 an
den Flugkörper 2 zur Übertragung von
Flugkörperstatusmeldungen ausgeführt. Ferner werden
Kommandos, neue Flugweg- oder Zielkoordinateninformationen oder
sonstige empfangene Daten an den Bordrechner 12 und den
Flugkörperdatenbus 14 zur Flugsteuerung weitergeleitet.
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Das
erfindungsgemäße Kommunikationssystem 1 ist
nicht auf unbemannte Lenkflugkörper 2 beschränkt,
vielmehr kann jeder aus dem Stand der Technik bekannte Flugkörper 2,
insbesondere ein bemannter Flugkörper Verwendung finden.
Erfindungswesentlich ist, dass der Flugkörper 2 zumindest
eine Kommunikationseinrichtung 4 zur Datenübertragung aufweist,
die über eine Satellitenverbindung mit mindestens einer
der Bodenstation 6, 8 zugeordneten Sende- und/oder
Empfangseinrichtung oder der Kommunikationseinrichtung 4 eines
weiteren Flugkörpers 2 kommuniziert.
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Offenbart
ist ein Kommunikationssystem 4 und ein Verfahren zum Datentransfer
zwischen zumindest einem Flugkörper 2 und mindestens
einer Bodenstation 6, 8 oder zwischen zumindest
zwei Flugkörpern 2, wobei der Flugkörper 2 zumindest eine
Kommunikationseinrichtung 4 zur Datenübertragung
aufweist, die über eine Satellitenverbindung mit mindestens
einer der Bodenstation 6, 8 zugeordneten Sende-
und/oder Empfangseinrichtung 22 oder der Kommunikationseinrichtung 4 eines
weiteren Flugkörpers 2 kommuniziert.
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- 1
- Kommunikationssystem
- 2
- Flugkörper
- 4
- Kommunikationseinrichtung
- 6
- Bodenstation
- 8
- Bodenstation
- 10
- Verbindungsleitung
- 12
- Bordrechner
- 14
- Datenbus
- 16
- Antennenanschluss
- 18
- Antennenleitung
- 20
- Satellitenantenne
- 22
- Sende-
und Empfangseinrichtung
- 24
- Anzeigedisplay
- 26
- Satellitentelefon
- 28
- Satelliteninfrastruktur
- 30
- Satellit
- 32
- Satellit
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 69915039
T2 [0003, 0009]