WO2021058816A1 - Verfahren zur synchronisation der zeitbasen mindestens zweier terrestrischer einrichtungen - Google Patents

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WO2021058816A1
WO2021058816A1 PCT/EP2020/077073 EP2020077073W WO2021058816A1 WO 2021058816 A1 WO2021058816 A1 WO 2021058816A1 EP 2020077073 W EP2020077073 W EP 2020077073W WO 2021058816 A1 WO2021058816 A1 WO 2021058816A1
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communication channel
time
synchronization signal
synchronization
terrestrial
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Application number
PCT/EP2020/077073
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English (en)
French (fr)
Inventor
Okuary Osechas
Gabriele Giorgi
Original Assignee
Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V.
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    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B7/00—Radio transmission systems, i.e. using radiation field
    • H04B7/14—Relay systems
    • H04B7/15—Active relay systems
    • H04B7/185—Space-based or airborne stations; Stations for satellite systems
    • H04B7/18502—Airborne stations
    • H04B7/18504—Aircraft used as relay or high altitude atmospheric platform

Definitions

  • the invention relates to a method for synchronizing the time bases of at least two terrestrial devices by means of wireless bidirectional communication between the at least two devices (so-called synchronization dialog).
  • GNSS-based synchronization see, for example, US-A-3 378 837, DE-A-19 914 355 and US-A-2011/0116386)
  • direct terrestrial radio links satellite-based synchronization with common vision and fiber optic synchronization.
  • MLAT corresponds most closely to a synchronized network of pseudolites, a system used for local area multilateration in the vicinity of airports, in which a single MLAT facility serves a single airport. Instead, extensive navigation services would enable navigation in the vicinity of many airports.
  • this invention does not offer any positional solutions, but functions like a snapshot without having to resort to series of measurements.
  • the advantages include precise time synchronization between pseudolites and the ability to synchronize other users with the pseudolite network.
  • Another advantage of the invention compared to [1] is the fact that the method does not require any knowledge of the aircraft position as long as the on-board processing time for forwarding messages is either constant or can be compensated. This means that errors in position estimation are not reflected in synchronization errors between pseudolites.
  • GNSS-based synchronization is not seen as a viable alternative for systems that are independent of a GNSS.
  • Synchronization with direct radio links between terrestrial beacons usually requires either a line-of-sight link between stations or a well-characterized stationary radio channel between the stations.
  • line-of-sight connections there is a significant increase in installation costs due to the tightness of the radio stations. If there is no line-of-sight connection, the costs are lower, but the variability of the radio channel due to the weather or other influences is too high to support a meaningful terrestrial pseudorange measurement.
  • Satellite-based synchronization overcomes many of the problems of terrestrial radio communication.
  • the main disadvantages are the reduced availability and the high costs for operation and maintenance.
  • the reduced availability is due to the fact that the satellite orbits have restricted kinematics; as a result, updating the synchronicity between two neighboring pseudolites can take several periods of circulation before it can be continued.
  • the commissioning, launch and operation of each satellite require considerable financial resources.
  • the existing method with the best synchronization performance is synchronization using fiber optic networks. This method uses the short delay time that this high-speed communication cation technology is made possible. However, the installation cost for burying the fiber optic cables is also high.
  • the method from [1] offers a comparable ability to synchronize pseudolites when navigating an aircraft.
  • the main difference is that their method requires four pseudolites in sight, since it is based on solving for an own-ship position, while this invention only requires that the two pseudolites to be synchronized are in the aircraft's field of view.
  • the invention does not require the calculation of the own-ship position in order to enable synchronization.
  • the results can, however, be improved by measuring the Doppler frequency.
  • the object of the invention is to provide a method for improving the synchronization of the time bases of two terrestrial devices.
  • the invention proposes a method for synchronizing the time bases of at least two terrestrial devices by means of wireless bidirectional communication between the at least two devices (synchronization dialog), with method a) at least one terrestrial first device via a first Communication channel sends a first synchronization signal wirelessly to at least one first flight object, b) the first flight object receives the first synchronization signal and, after a delay time has elapsed, sends the first synchronization signal wirelessly via a second communication channel to at least one second terrestrial facility , c) the at least one second device for its part sends a second synchronization signal wirelessly to the first flight object or to a second flight object via a third communication channel, with the third communication channel al essentially the same channel conditions prevail as in the second communication channel, d) the first or the second flying object receives the second synchronization signal and, after a delay time has elapsed, transmits the second synchronization signal wirelessly to the at least one first device in a modified form via a fourth communication channel,
  • the method for synchronizing time bases of two or more devices by bidirectional sending of signals containing synchronization information is known in principle, e.g. from [3], [4] or [5].
  • the invention enables a new type of synchronization between terrestrial transmitters, which are often used as navigation aids (NavAids) for civil aviation.
  • the system and method leverage radio links between these terrestrial transmitters and a flying object in flight to serve as synchronization signals.
  • the use of a flying object, such as an aircraft, in operation has the advantage that operating expenses are reduced can, which is usually associated with a powerful synchronization.
  • the main feature of the invention is the use of configured communication hardware as a radio relay with a common view.
  • the L-band digital aviation communication system communication standard (LDACS) can be used effectively to provide airborne communication relays which, with appropriately designed hardware, would enable synchronization between ground stations.
  • LDACS L-band digital aviation communication system communication standard
  • the proposed solution involves developing the processing, but not making a major investment in infrastructure or maintenance. This makes the invention a very cost-effective synchronization solution.
  • the invention is based on the synchronization of pseudolites without an air-supported relay having to calculate the own-ship position. For this reason, the invention offers greater availability than existing proposals [1], [2].
  • Channel conditions in the context of this invention are understood to mean those properties of a wireless communication channel which determine the transmission of signals (channel impulse response). This includes, for example, whether the transmission channel is a single-path or a multi-path communication channel.
  • Substantially "same channel conditions” means that the single path or multipath propagation of the signal is substantially the same. There should be no fear of interruptions in the sewer, e.g. through obstacles. In the ideal case, there is a "visual connection" between the respective device and the respective flight object for the duration of a synchronization process when the synchronization signals are sent back and forth once or several times.
  • the outward channel and the return channel should essentially remain the same.
  • a two-way synchronization as proposed with the invention, can be carried out in any case. If you are involved in more than one flight object, what has been said above applies accordingly.
  • the first synchronization signal receives information about the time it was sent, ie about its sending time, from the first device and, with the first synchronization signal, its runtime for transmission over the first communication channel and the second communication channel is transmitted to the second device and that the second synchronization signal contains information about the time it was sent, ie about its time of sending, from the second device and with the second synchronization signal thereof
  • the transit time for the transmission via the third communication channel and the fourth communication channel is transmitted to the first device.
  • a change in the distance from the involved flight object to the involved terrestrial facility can be decided by utilizing the Doppler effect and this change in distance can be determined in order to be able to compensate for changes in the signal propagation time that result from a change in the distance.
  • the synchronization signals have a known frequency, in particular a known carrier frequency, and that the respective object or the respective devices receive the synchronization signal, information about a potential Doppler The shift in the frequency of the received synchronization signal is determined and that this information is used to compensate for a potential change in transit time of the received synchronization signal.
  • a change in the distance between the flying object involved and the terrestrial facility involved is determined from a Doppler shift in the frequency of a synchronization signal, and from this the effects due to the change in the transit time resulting from the change in the distance of the synchronization signal can be corrected.
  • the first flight object is immobile or moves relative to the first and the second device or that the second flight object, if present, is immobile or moves relative to the first and the second device, or that one flight object of the two flight objects, provided the second flight object is present, is immobile and the other flight object moves relative to the first and the second device.
  • first and that at least one second flight object or that at least one first and several second flight objects are present which are either immobile are or move relative to the first and the second device or that some of the first and / or second flight objects are immobile and others of the first and / or second flight objects move relative to the first and the second device.
  • the at least one first device and / or the at least one second device are each designed as a stationary device, e.g. as a ground station (for aviation in particular).
  • the at least one first flying object and, if present, the second flying object can (each) be an aircraft, in particular an aircraft, a drone, an airship or another missile.
  • FIG. 3 shows an illustration of a synchronization of a single pair of clocks / pseudolites using several air-supported relays
  • Fig. 5 shows a network of pseudolites (represented by clocks) kept in sync by the multiple airborne relays
  • 6 shows a representation of various applications of precise time synchronization beyond aviation.
  • One embodiment of the invention includes a radio relay capable of decrypting time-stamped and authenticated packed data transmitted from the ground, adding receive and retransmission time stamps, re-encrypting the data and with extremely less Transfer delay time back to the ground.
  • the key capability required of the airborne radio relay is that it process time requests with constant delay time.
  • the size of the delay time is not critical, only its variability.
  • the challenge of precisely modeling and compensating aircraft dynamics in the radio relay is an essential feature for successful precise time transmission.
  • the model must take into account any asymmetries in the propagation path from between two ground stations. For example, if the airborne relay moves at a high relative speed, the flight time of the radio signal from station Gl (via the airborne relay) to station G2 differs from the flight time from G2 (via the airborne relay) to Gl (see e.g. Fig. 1 ).
  • the best achievable performance is achieved when the line-of-sight of the airborne relay to the stations to be synchronized is zero, this situation generally not occurring at high frequencies.
  • the propagation time from Gl to G2 at time tl is the sum of the transit time from the first terrestrial facility Gl to aircraft O (via the first communication channel D) at time tl and the transit time from aircraft O at time tl to the second terrestrial Device G2 (via the second communication channel E).
  • the propagation time goes from G2 to Gl via aircraft O through the third communication channel F (from G2 to O) and the fourth communication channel G (from O to Gl).
  • the timing diagram in FIG. 2 shows all the relevant events that must take place in the synchronization of GS1 and GS2.
  • the basic equation is as follows:
  • D 12 stands for the time offset between Eq and G2.
  • D 21 D '12 . If these two times were the same, the synchronization would be perfect. Irregularities in the modeling of D 12 lead to less than perfect synchronization.
  • the anomalies are captured in the "hardware delay terms" d xy , which can be calibrated, and in the "propagation delay terms" which can vary over time.
  • An important assumption is that propagation delays can be precisely modeled in advance. For example, by knowing the relative speed between the aircraft and each beacon from the Doppler frequency.
  • the time stamps stand for "observations", ie for the actual measurements that enable time transmission.
  • the flight object can be constructed in such a way that there is always the same delay between received and transmitted signal is introduced, whereby the term (DA - D / 0 can be deleted.
  • the propagation delays must be taken into account, but it is important to note that only the difference between paths is relevant.
  • the differences between instrumental delays allow their influence If the hardware delays are almost constant over a short period of time (eg the thermal response of the transceivers and antennas is sufficiently slow), these are largely mitigated or even eliminated.
  • platform 1 can mean the round-trip signal exchange as follows:
  • NTP Network Time Protocol
  • Most algorithms (eg NTPv4) work under the assumption of symmetrical delays: all "disturbance terms" cancel each other out and the time offset is simply estimated by adding the terms with time stamps on the right-hand side of Eq. (1) to be retained.
  • the transmission between two stations via an aircraft may not allow this simplification. Let us take an aircraft moving away from station 1 at a speed relative to the ground of 300 m / s: The difference between the propagation delays in the Term (diA - CJAI) is created by the movement of the aircraft during its communication with station 2.
  • the data message structure is to be constructed taking precise time stamps into account.
  • the data structure and hardware implementation must be designed with this aspect in mind.
  • the precision of the time stamping is particularly important.
  • the ranging capabilities determine the accuracy of modeling propagation delays.
  • a distance measurement accuracy of 10 m (l-s) can be converted into an uncertainty of about 33 ns when modeling the last term in Eq. (3) translate.
  • the hardware delays must not cause any short-term distortions, i.e. the hardware delays should have a slowly changing envelope.
  • the aircraft relay device could be a simple repeater. It would be advantageous to design such a repeater to introduce a constant delay between the received and forwarded signals, or to provide an estimate of this delay if the delay could not be kept constant.
  • the measured Doppler shift refers to the line-of-sight component of the velocity i /
  • V / los -l o Df (4)
  • l 0 is the nominal transmission wavelength at a nominal frequency fo
  • Df is the measured frequency shift
  • c is the speed of light.
  • the wavelength is 30 cm.
  • the time parameter can be removed if it is taken into account that the Doppler measurement should be averaged over the same interval for refinement.
  • the Doppler measurement capability is then important to understand the level of accuracy that can be achieved by the system.
  • the time transfer (ie the measurement of the clock offset between the two stations) is given by Eq. (2) received.
  • the terms in Eq. (2) are as in Eq. (1) shown.
  • the hardware delays largely offset each other for the scope of this application: these terms change slowly over time, mainly due to temperature fluctuations, and the typical exchange between two stations in this application is at the sub-second level. Within a few seconds, the hardware delays show very little fluctuations and do not contribute significantly to the overall error in the offset estimate.
  • the main term that distorts the determination of the offset is that which contains the differential propagation delays induced by the movement of the platform during the two-way exchange. These could be effectively modeled and eliminated if one knew the different distances between the aircraft and the two stations during the exchange.
  • This information can be encoded in Doppler, which is a direct measurement of the changing line of sight between stations and aircraft.
  • the Doppler measurement (Delta f) relates directly to the difference between two propagation paths and can therefore be used to determine the propagation delays in Eq. (1) can be used. Accordingly, the Doppler measurements can be used to determine the main contributor to the error in determining the offset.
  • the Doppler measurements make it possible to better determine the difference between the time given by the first station and the time given by the second station, which is now largely free of the error caused by the propagation delays.
  • radio beacon networks can operate in pseudorange (or passive range) mode.
  • a passive distance measurement is more advantageous than an active distance measurement, in which the processing capacity of a beacon is limited, since the pseudo distance measurement does not require any interaction with the user of a distance measurement system.
  • the invention could support air traffic navigation as well as communication and monitoring services.
  • Another embodiment of the invention does not use a single air-supported radio relay, but rather a large number of radio relays that work in parallel. This leads to redundancy in the synchronization, which can be translated into higher precision or additional robustness or both.
  • the synchronization of two pseudolites can go through any number of aircraft at the same time, provided that all aircraft see both pseudolites. Adding independent observations (ie, multiple simultaneous channels) of the same physical unit (ie time) gives a more accurate estimate by a factor proportional to the square root of the number of observations.
  • multiple pairs of clocks can be synchronized from any airborne relay. A consequence of these two procedures is that a fully networked solution can also be implemented, in which several pairs of clocks are synchronized by several airborne relays.
  • Bootstrapping refers to the self-initialization process, which moves the system from a non-operational state to a stationary state. Bootstrapping would only be necessary in a very specific situation: in the event of a complete failure of satellite-based navigation services and a complete shutdown of the airspace. In this case, a single aircraft would have to be sent into the air, which is only equipped with a barometer and a compass. As soon as there is more than one pseudolite in sight of the aircraft, synchronization is enabled. As soon as the first three pseudolites are synchronized, the aircraft can calculate its own latitude and longitude and air traffic can resume.
  • clocks can be selected in such a way that their dynamic model is stable on a time scale that is larger than failures in connectivity. If you were to synchronize two pseudolites in a part of the world in which an airplane flies by every hour, the clock models for the pseudolites would have to be stable for more than an hour for this method to work.
  • asynchronous refers to the ability of the system to receive new information at any given time without having to wait for certain conditions (e.g. in the case of satellite-based synchronization, it may be necessary to wait until the satellite becomes visible, with an orbital period on the order of hours).
  • a significant advantage of this invention is that, with appropriate product design and marketing, it enables economically feasible time transmission services that could increase the resilience of existing systems. This could effectively be used as a source of income that would in a certain way help the to cover initial installation costs.
  • the invention can also be used effectively to provide synchronization for existing subsets of radio navigation systems.
  • Receiver chains in long-distance navigation (LORAN) and their further developments (e.g. eLORAN) are mentioned as an example.
  • LORAN-based systems work based on terrestrial transmitters that are synchronized with one another within each chain, while transmitters from other chains are not synchronized.
  • An overlay service for external synchronization between different chains would improve the range of LORAN-based navigation in many parts of the world.
  • the invention provides a synchronization of pseudolites based on air traffic.
  • the invention proposes a solution to the problem of synchronizing large numbers of terrestrial beacons with one another.
  • a new class of navigation aids is based on passive distance measurement, instead of active distance measurement, which in turn deals with the fundamental capacity issue on which every active distance measurement technology is based.
  • the method of synchronization is a two-way time transfer which requires a high-speed communication link between transmission beacons.
  • Conventional designs make use of fiber optic communication links or satellite-based communication links, both of which require substantial investments and operating expenses.
  • the proposed solution only requires a radio-based data channel that can be implemented with any digital radio communication technology.
  • a synchronized network of pseudolites would enable different navigation services that are independent of satellite navigation and are often referred to as Alternative Position, Navigation, and Timing (APNT).
  • APNT Alternative Position, Navigation, and Timing
  • Existing proposals for the synchronization of pseudolites include satellite-based synchronization and synchronization using fiber optic connections [3]. Each of these technologies has its own advantages and disadvantages.
  • the invention presents a different approach that requires less up-front investment in the infrastructure than fiber-optic-based synchronization and at the same time offers greater service availability than satellite-based synchronization.
  • Synchronization that is not based on GNSS satellites is used, for example, when synchronizing LORAN transmitters [6]; it is a best practice, but it requires a dedicated satellite and has intermittent availability. These two features mean higher operating expenses compared to the proposed solution: the commissioning, start-up and operation of a satellite are expensive, while sporadic coverage increases the demands on the long-term stability of the local oscillator.
  • station A sends a request to station B at time T_as.
  • the request is received at station B at time T_br and a response is sent either immediately or after a specific, calibrated delay at time T_bs.
  • the response is received at station A at time T_ar.
  • station A can calculate the synchronization error with station B, provided that d_ba is equal to d_ab.
  • the invention provides a backbone subgroup of terrestrial stations that are synchronized with a different method must (eg fiber optics) and a strategy for bootstrapping complete synchronicity between transponders using regular air traffic.
  • a backbone subgroup of terrestrial stations that are synchronized with a different method must (eg fiber optics) and a strategy for bootstrapping complete synchronicity between transponders using regular air traffic.
  • the backbone network and the bootstrapping strategy will be explained later.
  • the expected outcome of the investigation is a set of requirements for the two-way timing technology. It is also assessed whether synchronization with a common view is appropriate for the application scenario or whether it has to be optimized in order to accommodate not inconsiderable asymmetries in the delay paths. Another expected result is the network density required to maintain stable operation with low traffic.

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Abstract

Bei dem Verfahren zur Synchronisation der Zeitbasen mindestens zweier terrestrischer Einrichtungen (G2) mittels drahtloser bidirektionaler Kommunikation zwischen den mindestens zwei Einrichtungen (Synchronisationsdialog), wird wie folgt vorgegangen: a) mindestens eine terrestrische erste Einrichtung (G1) sendet über einen ersten Kommunikationskanal (D) ein erstes Synchronisationssignal drahtlos an mindestens ein erstes Flugobjekt (O1), b) das erste Flugobjekt (O1) empfängt das erste Synchronisationssignal und sendet nach Verstreichen einer Verzögerungszeit das erste Synchronisationssignal ggf. in veränderter Form über einen zweiten Kommunikationskanal (E) drahtlos an mindestens eine terrestrische zweite Einrichtung (G2), c) die mindestens eine zweite Einrichtung (G2) sendet ihrerseits über einen dritten Kommunikationskanal F ein zweites Synchronisationssignal drahtlos an das erste Flugobjekt (O1) oder an ein zweites Flugobjekt (O2), wobei im dritten Kommunikationskanal (F) im Wesentlichen die gleichen Kanalbedingungen herrschen wie im zweiten Kommunikationskanal (E), d) das erste Flugobjekt (O1) sendet das zweite Synchronisationssignal empfängt und nach Verstreichen einer Verzögerungszeit das zweite Synchronisationssignal ggf. in veränderter Form über einen vierten Kommunikationskanal (G) drahtlos an die mindestens eine erste Einrichtung (G1), wobei im vierten Kommunikationskanal (G) im Wesentlichen die gleichen Kanalbedingungen herrschen wie im ersten Kommunikationskanal (D), e) die Schritte a) bis d) werden, falls erforderlich, wiederholt oder mehrfach wiederholt, wobei die jeweiligen, bidirektional versendeten Synchronisationssignale Informationen zur Synchronisation der Zeitbasen der zu synchronisierenden Einrichtungen enthalten.

Description

Verfahren zur Synchronisation der Zeitbasen mindestens zweier terrestrischer Einrichtungen
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Synchronisation der Zeitbasen mindestens zweier terrestrischer Einrichtungen mittels drahtloser bidirektionaler Kommunika- tion zwischen den mindestens zwei Einrichtungen (sogenannter Synchronisations- dialog).
Die Synchronisation von Pseudoliten in großem Maßstab ist mittels Technologien nach dem Stand der Technik möglich, jedoch weisen die bestehenden Technolo- gien Nachteile auf. Es gibt im Wesentlichen vier Alternativen: GNSS-basierte Syn- chronisation (siehe z.B. US-A-3 378 837, DE-A-19 914 355 und US-A- 2011/0116386), direkte terrestrische Funkverbindungen, satellitenbasierte Syn- chronisation mit gemeinsamer Sicht und Glasfasersynchronisation.
Eine wichtige Referenz, die eine kontextuelle Ähnlichkeit aufweist, ist [1]. Darin beschreiben die Autoren ein Positionierungsverfahren, das auf Pseudoentfernungs- messung basiert, bei dem der Positionierungsbenutzer (z.B. ein Flugzeug) eine bestimmte Annahme zu den Uhren auf den Pseudoliten tätigt und diese wirksam einsetzt, um eine Positionsschätzung zu berechnen, die robust gegenüber be- stimmten Arten von Uhrfehlern und Ausfällen ist. Eine wesentliche Voraussetzung ist, dass eine Reihe von Beobachtungen über ein Zeitintervall hinweg zur Verfü- gung stehen muss. Dies hat den Nachteil, dass der Synchronisationsfehler mit räumlicher Unsicherheit verbunden wird und somit die Fehler von einer Pseudolit- uhr in andere Uhren eingekoppelt werden.
Nach dem Stand der Technik wird bei der Navigation von Flugzeugen entweder auf Satelliten, wie GPS oder Galileo, oder auf terrestrischen Baken, die nicht miteinan- der synchronisiert sind, zurückgegriffen. Aus Betriebsgründen wäre ein Netzwerk von eng synchronisierten "Pseudoliten", das unabhängig von Navigationssatelliten (GPS/Galileo) ist, hinsichtlich Robustheit und Sicherheit vorteilhaft, ist jedoch nicht in großem Maßstab verfügbar. Am ehesten entspricht die MLAT einem synchroni- sierten Netzwerk von Pseudoliten, ein System, das zur Lokalbereich-Multilateration in der Umgebung von Flughäfen verwendet wird, bei dem eine einzige MLAT-Ein- richtung einen einzigen Flughafen bedient. Stattdessen würden weiträumige Navi- gationsdienste die Navigation in der Umgebung vieler Flughäfen ermöglichen.
Im Gegensatz dazu bietet diese Erfindung keine Positionslösungen, sondern funk- tioniert wie eine Momentaufnahme, ohne auf Messreihen zurückgreifen zu müssen. Zu den Vorteilen gehören die präzise Zeitsynchronisation zwischen Pseudoliten so- wie die Fähigkeit, andere Benutzer mit dem Pseudolitnetzwerk zu synchronisieren. Ein weiterer Vorteil der Erfindung gegenüber [1] ist die Tatsache, dass das Ver- fahren keine Kenntnis der Flugzeugposition erfordert, solange die On-Board-Ver- arbeitungszeit zum Weiterleiten von Nachrichten entweder konstant ist oder kom- pensiert werden kann. Dies bedeutet, dass sich Fehler bei der Positionsschätzung nicht in Synchronisationsfehlern zwischen Pseudoliten widerspiegeln.
Eine weitere nützliche Referenz ist [2], da in dieser beschrieben wird, wie ein pseu- dolitenbasiertes Navigationssystem funktionieren würde, wenn eine entspre- chende Synchronisation verfügbar wäre. Die Autoren gehen davon aus, dass Pseu- doliten-Cluster miteinander synchronisiert werden sollen, ohne technologische An- nahmen für die Implementierung zu treffen. Theoretisch würde dies ähnlich wie eine Langstreckennavigation (LORAN) funktionieren, bei der Sender zu "Ketten" gruppiert werden und Empfänger mindestens zwei Sender in Sicht aufweisen müs- sen, von jeder Kette, die für die Positionsberechnung verwendet werden soll. Das gleiche Prinzip unterliegt der Arbeit in [2]: Pseudoliten-Cluster können eine Posi- tionierung bereitstellen, solange mindestens zwei Pseudoliten von jeglichem gege- benen Cluster sichtbar sind.
Derzeit bestehende weiträumige Synchronisationslösungen sind abhängig von Technologien, die eine hohe Vorlaufinvestition und/oder erhebliche Betriebsausga- ben erfordern. Einerseits gibt es auf glasfaserbasierte Synchronisationsverfahren, bei denen jeder Pseudolit mit allen anderen verbunden sein muss, mittels speziel- ler Glasfasertechnologie. Andererseits gibt es satellitenbasierte Synchronisations- verfahren, jedoch sind die Kosten, um Nutzlasten in die Umlaufbahn zu bringen, hoch, was diese Verfahren zu einer sehr teuren Lösung macht.
1. Die GNSS-basierte Synchronisation wird nicht als eine brauchbare Alternative für Systeme betrachtet, die unabhängig von einem GNSS sind.
2. Die Synchronisation mit direkten Funkverbindungen zwischen terrestrischen Baken erfordert in der Regel entweder eine Sichtlinienverbindung zwischen Stationen oder einen gut charakterisierte stationären Funkkanal zwischen den Stationen. Bei Sichtlinienverbindungen kommt es aufgrund der Dichtheit der Funkstationen zu einem erheblichen Anstieg der Installationskosten. Besteht keine Sichtlinienverbindung, sind die Kosten geringer, jedoch sind die Varia- bilität des Funkkanals aufgrund des Wetters oder anderen Einflüssen zu hoch, um eine aussagekräftige terrestrische Pseudoentfernungsmessung zu unter- stützen.
3. Die satellitenbasierte Synchronisation bewältigt viele der Probleme der ter- restrischen Funkverbindung. Die Hauptnachteile sind die verringerte Verfüg- barkeit und die hohen Kosten für Betrieb und Wartung. Die verringerte Ver- fügbarkeit kommt dadurch zustande, dass die Satellitenumlaufbahnen eine eingeschränkte Kinematik aufweisen; dadurch kann das Aktualisieren der Synchronizität zwischen zwei benachbarten Pseudoliten mehrere Umlaufperi- oden in Anspruch nehmen, bis sie fortgesetzt werden kann. Zudem erfordern die Inbetriebnahme, der Start und der Betrieb eines jeden Satelliten erhebli- che finanzielle Mittel.
4. Das bestehende Verfahren mit der besten Synchronisationsleistung ist die Synchronisation mittels Glasfasernetzwerken. Dieses Verfahren nutzt die ge- ringe Verzögerungszeit, die durch diese Hochgeschwindigkeits-Kommuni- kationstechnologie ermöglicht wird. Jedoch sind die Installationskosten für das Vergraben der Glasfaserkabel ebenfalls hoch.
5. Das Verfahren aus [1] bietet eine vergleichbare Fähigkeit zur Synchronisation von Pseudoliten beim Navigieren eines Flugzeugs. Der wesentliche Unter- schied besteht darin, dass deren Verfahren vier Pseudoliten in Sicht erfordert, da es auf dem Lösen für eine Own-Ship Position basiert, während diese Er- findung lediglich erfordert, dass die beiden zu synchronisierenden Pseudoliten im Sichtfeld des Flugzeugs sind. Die Erfindung erfordert keine Berechnung der Own-Ship Position, um eine Synchronisation zu ermöglichen. Die Ergeb- nisse können jedoch durch Messungen der Dopplerfrequenz verbessert wer- den.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Verbesserung der Synchronisation der Zeitbasen zweier terrestrischer Einrichtungen anzugeben.
Zur Lösung dieser Aufgabe wird mit der Erfindung ein Verfahren zur Synchronisa- tion der Zeitbasen mindestens zweier terrestrischer Einrichtungen mittels drahtlo- ser bidirektionaler Kommunikation zwischen den mindestens zwei Einrichtungen (Synchronisationsdialog) vorgeschlagen, wobei bei dem Verfahren a) mindestens eine terrestrische erste Einrichtung über einen ersten Kommuni- kationskanal ein erstes Synchronisationssignal drahtlos an mindestens ein erstes Flugobjekt sendet, b) das erste Flugobjekt das erste Synchronisationssignal empfängt und nach Verstreichen einer Verzögerungszeit das erste Synchronisationssignal ggf. in veränderter Form über einen zweiten Kommunikationskanal drahtlos an min- destens eine terrestrische zweite Einrichtung sendet, c) die mindestens eine zweite Einrichtung ihrerseits über einen dritten Kommu- nikationskanal ein zweites Synchronisationssignal drahtlos an das erste Flug- objekt oder an ein zweites Flugobjekt sendet, wobei im dritten Kommunika- tionskanal im Wesentlichen die gleichen Kanalbedingungen herrschen wie im zweiten Kommunikationskanal, d) das erste oder das zweite Flugobjekt das zweite Synchronisationssignal emp- fängt und nach Verstreichen einer Verzögerungszeit das zweite Synchronisa- tionssignal ggf. in veränderter Form über einen vierten Kommunikationskanal drahtlos an die mindestens eine erste Einrichtung sendet, wobei im vierten Kommunikationskanal im Wesentlichen die gleichen Kanalbedingungen herr- schen wie im ersten Kommunikationskanal, e) die Schritte a) bis d), falls erforderlich, wiederholt oder mehrfach wiederholt werden, wobei die jeweiligen, bidirektional versendeten Synchronisationssig- nale Informationen zur Synchronisation der Zeitbasen der zu synchronisie- renden Einrichtungen enthalten, f) wobei insbesondere gilt, dass das erste Synchronisationssignal eine Informa- tion über den Zeitpunkt seines Sendens von der ersten Einrichtung (d.h. über seinen Absendezeitpunkt) erhält und mit dem ersten Synchronisationssignal dessen Laufzeit für die Übertragung über den ersten Kommunikationskanal und den zweiten Kommunikationskanal an die zweite Einrichtung übertragen wird und dass das zweite Synchronisationssignal eine Information über den Zeitpunkt seines Absendens (d.h. über seinen Absendezeitpunkt) von der zweiten Einrichtung enthält und mit dem zweiten Synchronisationssignal des- sen Laufzeit für die Übertragung über den dritten Kommunikationskanal und den vierten Kommunikationskanal an die erste Einrichtung übertragen wird.
Das Verfahren zur Synchronisation von Zeitbasen zweier oder mehrerer Einrich- tungen durch bidirektionales Senden von Synchronisationsinformation enthalten- der Signale ist grundsätzlich bekannt, und zwar z.B. aus [3], [4] oder [5].
Die Erfindung ermöglicht eine neue Art von Synchronisation zwischen terrestri- schen Sendern, die häufig als Navigationshilfen (NavAids) für die zivile Luftfahrt verwendet werden. Das System und Verfahren setzen Funkverbindungen zwischen diesen terrestrischen Sendern und einem Flugobjekt im Flug wirksam ein, um als Synchronisationssignale zu dienen. Der Einsatz eines Flugobjekts, wie z.B. eines Flugzeugs im Betrieb hat den Vorteil, dass Betriebsausgaben reduziert werden können, was in der Regel mit einer leistungsstarken Synchronisation verbunden ist.
Das Hauptmerkmal der Erfindung ist die Verwendung von projektierter Kommuni- kationshardware als ein Funkrelais mit gemeinsamer Sicht. Der Kommunikations- standard für das digitale Luftfahrtkommunikationssystem im L-Band (LDACS) kann wirksam eingesetzt werden, um luftgestützte Kommunikationsrelais bereitzustel- len, die bei entsprechend konzipierter Hardware eine Synchronisation zwischen Bodenstationen ermöglichen würden.
Die Hardware, die erforderlich ist, um die Bodenstationen miteinander zu synchro- nisieren, wird nun Teil der Kommunikationsausstattung an Bord jedes Verkehrs- flugzeugs. Dies ermöglicht ein beispielloses Maß an Redundanz bei der Synchroni- sation von Netzwerken von Pseudoliten. Dies macht das Bodennetz widerstands- fähig gegen Störungen in der Synchronisation.
Wenn bestehende Kommunikationsprotokolle wirksam eingesetzt werden können, beinhaltet die vorgeschlagene Lösung eine Entwicklung der Verarbeitung, jedoch keine größeren Investitionen in Infrastruktur oder Wartung. Dies macht die Erfin- dung zu einer sehr kostengünstigen Synchronisationslösung.
Die Erfindung basiert auf der Synchronisation von Pseudoliten, ohne dass ein luft- gestütztes Relais die Own-Ship Position berechnen muss. Aus diesem Grund bietet die Erfindung eine höhere Verfügbarkeit als bestehende Vorschläge [1], [2].
Unter "Kanalbedingungen" im Sinne dieser Erfindung werden diejenigen Eigen- schaften eines drahtlosen Kommunikationskanals verstanden, die die Übertragung von Signalen bestimmen (Kanalimpulsantwort). Hierzu zählt beispielsweise, ob der Übertragungskanal ein Einzelpfad- oder ein Mehrfachpfad- Kommunikationskanal ist. Die Annahme, dass der dritte Kommunikationskanal im Wesentlichen die glei- chen Kanalbedingungen aufweisen soll wie der zweite Kommunikationskanal und dass der vierte Kommunikationskanal im Wesentlichen die gleichen Kanalbe- dingungen aufweisen soll wie der erste Kommunikationskanal, gilt sehr gut für das Beispiel, dass das Flugobjekt ein Flugzeug ist. Bei diesem Anwendungsfall trifft die Annahme recht gut zu. Im urbanen und terrestrischen Verkehr könnte dies anders zu beurteilen sein, weil dort sehr viel mehr Reflektionen existieren (Häuserwände, Bäume, Fahrzeuge, etc.), die sich auch noch relativ schnell verändern können. Flugzeuge hingegen fliegen relativ hoch und um sie herum existieren keine die drahtlose Kommunikation behindernde Flugobjekte, die in das Signal reflektieren könnten. Am Boden kann es dagegen durchaus zu Reflektionen kommen, aber diese sind in der Regel stabiler als in Häuserschluchten.
Im Wesentlichen "gleiche Kanalbedingungen" bedeutet, dass die Einzelpfad- oder Mehrfachpfad-Ausbreitung des Signals im Wesentlichen gleich ist. Unterbrechun- gen des Kanals durch z.B. Hindernisse sollten nicht zu befürchten sein. Im Idealfall herrscht für die Dauer eines Synchronisationsvorgangs beim ein- oder mehrmali- gen Hin- und Hersenden der Synchronisationssignale eine "Sicht-Verbindung" der jeweiligen Einrichtung mit dem jeweiligen Flugobjekt.
Bei der erfindungsgemäßen Zwei-Weg-Synchronisation sollte der Hinweg-Kanal und der Rückweg-Kanal im Wesentlichen gleichbleiben. Solange sich also der bei- spielsweise Multipfad von Hinweg und Rückweg nicht signifikant ändert, ist eine Zwei-Weg-Synchronisation, wie sie mit der Erfindung vorgeschlagen wird, auf je- den Fall durchführbar. Sie sind mehr als ein Flugobjekt involviert, gilt das zuvor Gesagte entsprechend.
In zweckmäßiger Weiterführung der Erfindung ist vorgesehen, dass das erste Syn- chronisationssignal eine Information über den Zeitpunkt seines Sendens, d.h. über seinen Absendezeitpunkt, von der ersten Einrichtung erhält und mit dem ersten Synchronisationssignal dessen Laufzeit für die Übertragung über den ersten Kom- munikationskanal und den zweiten Kommunikationskanal an die zweite Einrich- tung übertragen wird und dass das zweite Synchronisationssignal eine Information über den Zeitpunkt seines Absendens, d.h. über seinen Absendezeitpunkt, von der zweiten Einrichtung enthält und mit dem zweiten Synchronisationssignal dessen Laufzeit für die Übertragung über den dritten Kommunikationskanal und den vier- ten Kommunikationskanal an die erste Einrichtung übertragen wird.
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung kann durch Ausnutzung des Doppler- Effekts auf eine Veränderung des Abstandes von involviertem Flugobjekt zu involvierter terrestrischer Einrichtung beschlossen und diese Abstandsänderung bestimmt werden, um Signallaufzeitveränderungen, die aus einer Veränderung des Abstandes resultieren, kompensieren zu können. In diesem Zusammenhang kann mit Vorteil vorgesehen sein, dass die Synchronisationssignale eine bekannte Fre- quenz, insbesondere eine bekannte Trägerfrequenz aufweisen und dass das jewei- lige Objekt oder die jeweiligen Einrichtungen das oder die ein Synchronisations- signal empfängt, eine Information über eine potenzielle Doppler-Verschiebung der Frequenz des empfangenen Synchronisationssignals ermittelt und dass diese In- formation zur Kompensation einer potenziellen Laufzeitänderung des empfange- nen Synchronisationssignals verwendet wird. Hierbei kann ferner mit Vorteil vor- gesehen sein, dass aus einer Doppler-Verschiebung der Frequenz eines Synchro- nisationssignals eine Veränderung des Abstandes von involviertem Flugobjekt und involvierter terrestrischen Einrichtung ermittelt wird und daraus die Auswirkungen aufgrund der aus der Veränderung des Abstands resultierenden Veränderung der Laufzeit des Synchronisationssignals korrigiert werden.
Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass das erste Flugobjekt immobil ist oder sich relativ zu der ersten und der zweiten Einrichtung bewegt oder dass das zweite Flugobjekt, sofern vorhanden, immobil ist oder sich relativ zu der ersten und der zweiten Einrichtung bewegt oder dass ein Flugobjekt der beiden Flugobjekte, sofern das zweite Flugobjekte vorhanden ist, immobil ist und das andere Flugobjekt sich relativ zu der ersten und der zweiten Einrichtung bewegt.
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass mehrere erste und dass mindestens eine zweite Flugobjekt oder dass mindestens eine erste und mehrere zweite Flugobjekte vorhanden sind, die entweder immobil sind oder sich relativ zu der ersten und der zweiten Einrichtung bewegen oder, dass einige der ersten und/oder zweiten Flugobjekte immobil sind und andere der ersten und/oder zweiten Flugobjekte sich relativ zu der ersten und der zweiten Einrichtung bewegen.
Alternativ dazu kann erfindungsgemäß in vorteilhafter Weiterbildung auch vorge- sehen sein, dass die mindestens eine erste Einrichtung und/oder die mindestens eine zweite Einrichtung jeweils als eine feststehende Einrichtung, z.B. als eine Bo- denstation (für insbesondere die Luftfahrt) ausgebildet ist.
Bei dem mindestens einen ersten Flugobjekt und, sofern vorhanden, bei dem zwei- ten Flugobjekt kann es sich (jeweils) um ein Luftfahrzeug, insbesondere ein Flug- zeug, eine Drohne, ein Luftschiff oder einen anderen Flugkörper handeln.
Nachfolgend werden anhand der Figuren einzelne Ausführungsbeispiele der Erfin- dung mehr erläutert. Im Einzelnen zeigen dabei:
Fig. 1 ein theoretisches Setup für eine Zeitübertragung zwischen zwei terrestri- schen Baken unter Verwendung eines luftgestützten Funkrelais,
Fig. 2 ein Timing-Diagramm eines Synchronisationsdialogs zwischen zwei Bo- denstationen,
Fig. 3 eine Darstellung einer Synchronisation eines einzelnen Paars von Uh- ren/Pseudoliten unter Verwendung mehrerer luftgestützter Relais,
Fig. 4 eine Darstellung einer Synchronisation mehrerer Paare von Pseudoliten (dargestellt durch Uhren) mit einem einzelnen luftgestützten Relais,
Fig. 5 ein Netzwerk von Pseudoliten (dargestellt durch Uhren), die durch die mehreren luftgestützten Relais synchron gehalten werden, und Fig. 6 eine Darstellung diverser Anwendungen der präzisen Zeitsynchronisation über die Luftfahrt hinaus.
Eine Ausführungsform der Erfindung beinhaltet ein Funkrelais, das dazu in der Lage ist, zeitgestempelte und authentifizierte gepackte Daten, die vom Boden aus über- tragen werden, zu entschlüsseln, Empfangs- und Rückübertragungszeittempel hin- zuzufügen, die Daten erneut zu verschlüsseln und mit extrem geringer Verzöge- rungszeit zurück zum Boden zu übertragen.
Die von dem luftgestützten Funkrelais erforderte Schlüsselfähigkeit ist, dass es Zeitanfragen mit konstanter Verzögerungszeit verarbeitet. Die Größe der Verzö- gerungszeit ist nicht kritisch, lediglich ihre Variabilität.
Die Herausforderung, Flugzeugdynamik in dem Funkrelais präzise zu modellieren und zu kompensieren, ist ein wesentliches Merkmal für eine erfolgreiche präzise Zeitübertragung. Das Modell muss jegliche Asymmetrien in dem Ausbreitungsweg von zwischen zwei Bodenstationen berücksichtigen. Beispielsweise, wenn sich das luftgestützte Relais mit einer hohen Relativgeschwindigkeit bewegt, unterscheidet sich die Flugzeit des Funksignals von Station Gl (über das luftgestützte Relais) zu Station G2 von der Flugzeit von G2 (über das luftgestützte Relais) zu Gl (siehe z.B. Fig. 1). Die beste erreichbare Leistung kommt zustande, wenn die Sichtlini- engeschwindigkeit des luftgestützten Relais zu den zu synchronisierenden Statio- nen Null beträgt, wobei diese Situation grundsätzlich nicht bei hohen Frequenzen auftritt.
In Fig. 1 ist die Ausbreitungszeit von Gl zu G2 zum Zeitpunkt tl die Summe der Laufzeit von der ersten terrestrischen Einrichtung Gl zu Flugzeug O (über den ersten Kommunikationskanal D) zum Zeitpunkt tl und die Laufzeit von Flugzeug O zum Zeitpunkt tl zu der zweiten terrestrischen Einrichtung G2 (überden zweiten Kommunikationskanal E) . Zum Zeitpunkt t2 geht die Ausbreitungszeit von G2 zu Gl über Flugzeug O durch den dritten Kommunikationskanal F (von G2 zu O) und den vierten Kommunikationskanal G (von O zu Gl). Es sei darauf hingewiesen, dass sich |A(tl) - Gl | + |G2 - A(tl)| von der Entfernung (Weg) |A(t2) - G2\ +
| Gl — A(t2)| unterscheidet.
Eine präzise Kompensation für diese Asymmetrie in dem Funkrelais ist wesentlich für die Vorhersehbarkeit von Ergebnissen und daher ebenso dafür, die Fähigkeit, bessere Luftverkehrsdienste und andere sicherheitskritische Anwendungen unter- stützen zu können.
Das Timing-Diagramm in Fig. 2 zeigt sämtliche relevante Ereignisse, die in der Synchronisation von GS1 und GS2 stattfinden müssen. Die grundlegende Glei- chung lautet wie folgt:
Figure imgf000013_0001
Der Ausdruck D12 steht für den Zeitversatz zwischen Gl und G2. Die gleiche Zeit- versatzmessung ist D21 = D'12. Wenn diese zwei Zeiten identisch wären, wäre die Synchronisation perfekt. Unregelmäßigkeiten bei der Modellierung von D12 führen zu einer weniger als perfekten Synchronisation. Die Unregelmäßigkeiten werden in den "Hardwareverzögerungsausdrücken" dxy erfasst, die kalibriert werden kön- nen, und in den "Ausbreitungsverzögerungsausdrücken", die sich über die Zeit verändern können. Eine wichtige Annahme ist, dass Ausbreitungsverzögerungen im Voraus präzise modelliert werden können. Beispielsweise durch Kenntnis der Relativgeschwindigkeit zwischen Flugzeug und jeder Bake aus der Dopplerfre- quenz.
Die Zeitstempel stehen für "Beobachtungen", d.h. für die tatsächlichen Messun- gen, die eine Zeitübertragung ermöglichen. Das Flugobjekt kann derart konstruiert sein, dass immer die gleiche Verzögerung zwischen empfangenem und weitergeleitetem Signal eingeführt wird, wodurch der Term (DA - D/0 gestrichen werden kann. Die Ausbreitungsverzögerungen müssen berücksichtigt werden, es ist jedoch wichtig zu beachten, dass nur die Differenz zwischen Pfaden relevant ist. Zuletzt ermöglichen die Differenzen zwischen instrumenteilen Verzögerungen deren Einfluss zu reduzieren, jedoch muss das Ausmaß solch einer Entschärfung untersucht werden. Wenn die Hardwareverzögerungen über kurze Zeit nahezu konstant sind (z.B. die thermische Reaktion der Sender-Empfänger und Antennen ausreichend langsam ist), werden diese weitgehend entschärft oder sogar aufge- hoben.
Über ein kurzes Zeitintervall (bei einer angenommenen Entfernung von 200 km zwischen dem Luftfahrzeug und jeder der Stationen beträgt die gesamte Pfadver- zögerung weniger als 10 ms; selbst durch Addieren einiger Verarbeitungs- und Hardwareverzögerungen kann die Gesamtsignalumlaufzeit für die Synchronisation weit unter 1 s liegen), können die beiden Versätze D12 und D' 12als nahezu gleich- wertig betrachtet werden (je nach Grad der Stabilität, den die lokalen Uhren an den beiden Stationen bieten, aber innerhalb von 1 s liegt man in der Regel weit unter jedem messbaren Schwellenwert). Unter dieser Annahme kann Plattform 1 den Signalumlaufaustausch wie folgt mittein:
D12,av ( D12 + D'12)/2 (2)
Das ist der Ausdruck der allen Zwei-Weg-Zeitübertragungsalgorithmen zugrunde liegt, wobei ein nennenswertes Beispiel das Network Time Protocol (NTP) ist, das zur Zeitverteilung über das World Wide Web verwendet wird. Die meisten Algo- rithmen (z.B. NTPv4) arbeiten unter der Annahme symmetrischer Verzögerungen: alle "Störterme" heben sich auf und der Zeitversatz wird einfach geschätzt, indem die Terme mit Zeitstempeln auf der rechten Seite der Gl. (1) beibehalten werden. Im vorliegenden Fall ermöglicht die Übertragung zwischen zwei Stationen über ein Luftfahrzeug diese Vereinfachung möglicherweise nicht. Nehmen wir ein Luftfahr- zeug, das sich von Station 1 mit einer Geschwindigkeit relativ zum Boden von 300 m/s entfernt: Die Differenz zwischen den Ausbreitungsverzögerungen in dem Term (diA - CJAI) entsteht durch die Bewegung des Luftfahrzeugs während seiner Kommunikation mit Station 2. Bestenfalls sendet das Luftfahrzeug das Signal an Station 1 zurück nach einem Zwei-Weg-Austausch mit Station 2, der ungefähr 1,3 ms dauert (bei einem Abstand von 200 km zwischen Luftfahrzeug und Sta- tion 2) zuzüglich Hardware- und Verarbeitungsverzögerungen. Geht man von 5 ms zwischen dem Empfang der Daten von Station 1 und der Rückmeldung des Flug- zeugs an Station 1 aus, so ist die Verzögerung der Rückmeldung um 300 . 0.005 = 1.5 m länger, was etwa 5 ns entspricht. Wenn die Hardwareverzögerungen über kurze Zeit als konstant angenommen werden und gleichermaßen auch die zugrun- deliegende Luftfahrzeugverzögerung angesehen werden kann, kann Zeit mit dem folgenden relativ einfachen Ausdruck übertragen werden:
D12,av = ( (t1 T + t1 R ) - (t2 T + t2R ) + (d1A - dA1 + d2A - d1A ) )/2 (3)
Dieser Ansatz sollte eine Reihe von technischen Anforderungen sowohl an die Verfahren als auch an die Einrichtung erfüllen:
I. Die Datennachrichtstruktur ist unter Berücksichtigung präziser Zeitstempe- lung zu konstruieren. Datenstruktur und Hardware-Implementierung sind unter Berücksichtigung dieses Aspekts zu konstruieren. Insbesondere die Präzision der Zeitstempelung ist von großer Bedeutung.
II. Die Entfernungsmessfähigkeiten bestimmen die Genauigkeit der Modellierung von Ausbreitungsverzögerungen. Eine Entfernungsmessgenauigkeit von 10 m (l-s) lässt sich in eine Unsicherheit von etwa 33 ns bei der Modellierung des letzten Terms in Gl. (3) übersetzen.
III. Die Hardwareverzögerungen dürfen keine kurzfristigen Verzerrungen mit sich bringen, d.h. die Hardwareverzögerungen sollten eine sich langsam verän- dernde Hüllkurve haben.
IV. Die Luftfahrzeug-Relais-Einrichtung könnte ein einfacher Repeater sein. Es wäre vorteilhaft, einen solchen Repeater so zu konstruieren, dass eine kon- stante Verzögerung zwischen dem empfangenen und dem weitergeleiteten Signal eingeführt wird, oder eine Schätzung dieser Verzögerung bereitgestellt wird, wenn die Verzögerung nicht konstant gehalten werden konnte.
In Bezug auf Punkt II. könnte es vorteilhaft sein, die Verwendung von Doppler- Messungen zu analysieren, um die Schätzung der differentiellen Ausbreitungsver- zögerungen weiter zu verbessern. Die gemessene Doppler-Verschiebung bezieht sich auf die Sichtlinien-Komponente der Geschwindigkeit i/|os als
V/los = —loDf (4) wobei l0 die nominale Übertragungswellenlänge bei einer Nennfrequenz fo ist, Df die gemessene Frequenzverschiebung ist and c die Lichtgeschwindigkeit ist. Bei einer Nennfrequenz von 1 GHz beträgt die Wellenlänge 30 cm. Bei einer Signal- umlaufzeit DRT von Übertragung bis zum Empfang an Station 1, wird der Term {dlA - dAl) durch V |os DRT angenähert, woraus sich Folgendes ergibt: dlA - dAl -lo DRTDf (5)
Der Fehler bei der Schätzung der differentiellen Pfadverzögerung ad breitet sich aus als ad = lo DRTsDf (6) wobei dann etwa 30 cm (1 ns) Fehler pro Einheit Doppler-Messfehler (Hz) für eine Übertragung bei 1 GHz eingeführt werden. Der Zeitparameter kann herausgenom- men werden, wenn berücksichtigt wird, dass die Doppler-Messung zur Verfeine- rung über das gleiche Intervall gemittelt werden sollte. Die Doppler-Messfähigkeit ist dann wichtig, um den Grad der Genauigkeit zu verstehen, der durch das System erreicht werden kann.
Zusammenfassend kann kurz Folgendes gesagt werden
Die Zeitübertragung (d.h. die Messung des Uhren Versatzes zwischen den zwei Stationen) wird durch Gl. (2) erhalten. Die Terme in Gl. (2) werden wie in Gl. (1) dargestellt erhalten.
Wenn sich die zweite, dritte und vierte Gruppe von Termen auf der rechten Seite der Gl. (1) ("Störterme") aufheben würden, würde Gl. (2) den genauen Zeitversatz zwischen den Stationen angeben.
In Wirklichkeit sind die "Störterme" immer vorhanden und führen zu einem Fehler bei der Bestimmung des Versatzes zwischen den Stationen. Dieser Fehler kann wie folgt entschärft werden:
Dank der in Gl. (2) vorgenommenen Differenzierung heben sich die meisten Differenzen in Gl. (1) auf. Insbesondere die Restverzögerung des Luftfahrzeugs ist nahe Null, wenn die Luftfahrzeug-Relaiseinrichtung eine konstante Verzögerung zwischen dem Empfang und der Weiterlei- tung der Signale aufrechterhält.
Die Hardwareverzögerungen heben sich für den Anwendungsbereich dieser Anwendung größtenteils auf: Diese Terme ändern sich langsam im Laufe der Zeit, hauptsächlich aufgrund von Temperaturschwankun- gen, und der typische Austausch zwischen zwei Stationen in dieser An- wendung liegt auf der Sub-Sekunden-Ebene. Innerhalb weniger Sekun- den weisen die Hardwareverzögerungen sehr geringe Schwankungen auf und tragen nicht wesentlich zum Gesamtfehler bei der Versatzschät- zung bei.
Der Hauptterm, der die Bestimmung des Versatzes verzerrt, ist derje- nige, der die differentiellen Ausbreitungsverzögerungen enthält, die durch die Bewegung der Plattform während des Zwei-Wege-Austauschs induziert werden. Diese könnten effektiv modelliert und beseitigt wer- den, wenn man die unterschiedlichen Entfernungen zwischen dem Luft- fahrzeug und den beiden Stationen während des Austauschs kennen würde. Diese Informationen können im Doppler kodiert werden, was eine direkte Messung der sich ändernden Sichtlinie zwischen Stationen und Luftfahrzeug ist. Wie in Gl. (5) gezeigt, bezieht sich die Doppler- Messung (Delta f) direkt auf die Differenz zwischen zwei Ausbreitungs- pfaden und kann daher zur Bestimmung der Ausbreitungsverzögerun- gen in Gl. (1) verwendet werden. Dementsprechend können die Doppler-Messungen verwendet werden, um den Hauptbeitragenden zum Fehler bei der Bestimmung des Versatzes zu be- stimmen. Die Doppler-Messungen erlauben es, die Differenz zwischen der von der ersten Station angegebenen Zeit und der von der zweiten Station ange- gebenen Zeit besser zu bestimmen, die nun weitgehend von dem durch die Ausbreitungsverzögerungen verursachten Fehler befreit ist.
Synchronisation von Pseudoliten und Pseudoentfernungsmessungs-An- wendungen in der Luftfahrt
Das Potenzial für Auswirkungen auf Luftfahrtanwendungen liegt in der Fähigkeit, Pseudoliten miteinander zu synchronisieren. Wenn diese Fähigkeit gegeben ist, können Netzwerke von Funknavigationsbaken im Pseudoentfernungsmessungs- Modus (oder passivem Entfernungsmessungs-Modus) arbeiten. Eine passive Ent- fernungsmessung ist vorteilhafter als eine aktive Entfernungsmessung, bei der die Verarbeitungskapazität eins Bakens eingeschränkt ist, da die Pseudoentfernungs- messung keine Interaktion mit dem Benutzer eines Entfernungsmessungssystems erfordert. In diesem Sinne könnte die Erfindung die Luftverkehrsnavigation sowie Kommunikations- und Überwachungsdienste unterstützen.
Eine weitere Ausführungsform der Erfindung greift nicht auf ein einzelnes luftge- stütztes Funkrelais zurück, sondern auf eine Vielzahl von Funkrelais, die parallel arbeiten. Dies führt zu Redundanz bei der Synchronisation, die sich in höhere Prä- zision oder zusätzliche Robustheit oder beides übersetzen lässt. In diesem Sinne kann die Synchronisation zweier Pseudoliten gleichzeitig durch eine beliebige An- zahl von Flugzeugen gehen, sofern alle Flugzeuge beide Pseudoliten sehen. Das Addieren unabhängiger Beobachtungen (d. h. von mehreren simultanen Kanälen) der gleichen physikalischen Einheit (d. h. Zeit) ergibt eine genauere Schätzung durch einen Faktor proportional zur Quadratwurzel der Anzahl von Beobachtungen. Auf ähnliche Weise können mehrere Paare von Uhren von einem beliebigen luftge- stützten Relais synchronisiert werden. Eine Folge dieser zwei Verfahren ist, dass eine vollständig vernetzte Lösung ebenfalls umsetzbar ist, in der mehrere Paare von Uhren durch mehrere luftgestützten Relais synchronisiert werden.
Eine Schlüsselkomponente der Luftfahrtanwendung ist der Bootstrapping-Prozess. Bootstrapping bezieht sich auf den Selbstinitialisierungsprozess, welcher das Sys- tem von einem nicht in Betrieb befindlichen Zustand in einen Stationärzustand versetzt. Bootstrapping wäre lediglich in einer ganz bestimmten Situation erfor- derlich: bei einem vollständigen Ausfall von satellitenbasierten Navigationsdiens- ten und einer kompletten Stilllegung des Luftraums. In diesem Fall müsste ein einziges Flugzeug in den Luftraum geschickt werden, das lediglich mit einem Ba- rometer und einem Kompass ausgestattet ist. Sobald sich mehr als ein Pseudolit in Sicht des Flugzeugs befindet, wird die Synchronisation ermöglicht. Sobald die ersten drei Pseudoliten synchronisiert sind, kann das Flugzeug seinen eigenen Breitengrad und Längengrad berechnen und der Luftverkehr kann wieder aufge- nommen werden.
Mit entsprechender Modellierung kann das Verhalten der Pseudoliten über die Zeit vorhergesagt werden. Dies ermöglicht es, Lücken in der Konnektivität zu schlie- ßen. Beispielsweise, wenn zwei Uhren kein gemeinsames Funkrelais in Sicht auf- weisen, können diese innerhalb der Grenzen des verfügbaren Dynamikmodells im- mer noch synchron gehalten werden. In diesem Sinne können Uhren derart aus- gewählt werden, dass deren Dynamikmodell auf einer Zeitskala stabil ist, die grö- ßer ist als Ausfälle in der Konnektivität. Wenn man zwei Pseudoliten in einem Teil der Welt, in dem ein Flugzeug stündlich vorbeifliegt, synchronisieren würde, müss- ten die Uhrenmodelle für die Pseudoliten über mehr als eine Stunde stabil sein, damit dieses Verfahren funktioniert.
Die Kombination der letzten beiden Merkmale, Dynamikmodelle und vernetzte Synchronisation, ermöglicht ein vollständig asynchrones Protokoll. In diesem Fall bezieht sich asynchron auf die Fähigkeit des Systems, neue Informationen zu einer beliebigen gegebenen Zeit aufzunehmen, ohne auf bestimmte Bedingungen war- ten zu müssen (z.B. bei einer satellitenbasierten Synchronisation muss man ggf. warten, bis der Satellit sichtbar wird, mit einer Umlaufperiode in der Größenord- nung von Stunden).
Präzise Zeitübertragungsdienste für Non-Aviation-Sektoren der Wirt- schaft
Dazu könnten sichere, prüffähige Zeitdienste gehören, wie sie für Bankanwendun- gen, aber auch für forensische Anwendungen, zeitbasierte Abrechnung oder Netz- werksynchronisierung verwendet werden können. Danke der Erfindung ist es mög- lich, auch entfernte Uhren ohne komplexe Infrastruktur zu synchronisieren, so- lange ein Overhead-Luftverkehr besteht; Beispiele sind Ölplattformen, Offshore- Windparks und Umweltüberwachungsstationen.
Ein wesentlicher Vorteil dieser Erfindung besteht darin, dass sie bei angemessener Produktgestaltung und -Vermarktung wirtschaftlich umsetzbare Zeitübertragungs- dienste ermöglicht, welche die Belastbarkeit bestehender Systeme erhöhen könn- ten. Dies könnte wirksam als Einnahmequelle genutzt werden, die in gewisser Weise dabei helfen würde, die anfänglichen Installationskosten zu decken. Die Er- findung kann ebenfalls wirksam eingesetzt werden, um eine Synchronisation für bestehende Untergruppen von Funknavigationssystemen bereitzustellen. Als Bei- spiel seien Empfängerketten in der Langstreckennavigation (LORAN) und deren Weiterentwicklungen (z.B. eLORAN) genannt. LORAN-basierte Systeme arbeiten basierend auf terrestrischen Sendern, die innerhalb jeder Kette miteinander syn- chronisiert sind, während Sender von anderen Ketten nicht synchronisiert sind. Ein Overlay-Dienst zur externen Synchronisation zwischen verschiedenen Ketten würde die Reichweite der LORAN-basierten Navigation in vielen Teilen der Welt verbessern.
Die Erfindung sieht eine auf Luftverkehr basierende Synchronisation von Pseudo- liten vor. Wie vorstehend beschrieben, schlägt die Erfindung eine Lösung des Prob- lems vor, große Anzahlen terrestrischer Baken miteinander zu synchronisieren. Durch Lösen des Problems wird eine neue Klasse von Navigationshilfen basierend auf passiver Entfernungsmessung ermöglicht, anstatt aktiver Entfernungsmes- sung, die sich wiederrum mit der grundlegende Kapazitätsfrage befasst, die jeder aktiven Entfernungsmesstechnologie zugrunde liegt. Das Verfahren der Synchro- nisation ist eine Zwei-Wege-Zeitübertragung, die eine Hochgeschwindigkeits-Kom- munikationsverbindung zwischen Sendebaken erfordert. Herkömmliche Ausgestal- tungen greifen auf Glasfaserkommunikationsverbindungen oder satellitenbasierte Kommunikationsverbindungen zurück, die beide erhebliche Investitionen und Be- triebsausgaben erfordern. Bei der vorgeschlagenen Lösung ist lediglich ein funk- basierter Datenkanal erforderlich, der mit jeder digitalen Funkkommunikations- technologie umgesetzt werden kann.
In der Luftfahrt besteht das Bedürfnis, Satellitennavigationstechniken, basierend auf passiver Entfernungsmessung, für terrestrische Signale einzusetzen. Der Fort- schritt wird jedoch durch die Herausforderung behindert, eine Vielzahl von Entfer- nungsmessungsquellen zu synchronisieren. Ein Teil der Herausforderung liegt da- rin, dass keine Garantie für eine ungehinderte Sichtlinie zwischen zwei Standorten besteht, und ein anderer Teil stammt aus einer praktischen Sicht der Dinge: Stand- orte, die sich mit Navigationshilfen befassen, sind in der Regel nicht mit Hochge- schwindigkeitsdatennetzwerken oder Glasfaserdatennetzwerken verbunden und die Installation solcher Verbindungen ist teuer. Die gemäß der Erfindung vorge- schlagene Lösung ist, luftgestützte Funkrelais zu verwenden, die dazu in der Lage sind, präzise Zeitstempelung und digitale Kommunikation mit geringer Verzöge- rungszeit durchzuführen.
Die Entwicklung neuer Kommunikationsstandards für die Luftfahrt hat zudem zu der Entwicklung unterschiedlicher neuer Einsatzmöglichkeiten geführt, darunter auch Pseudoentfernungsmessung für nicht GNSS-basierte Navigation. Die Erfin- dung erforscht ein weitere Einsatzmöglichkeit digitaler Kommunikationssysteme für die Zeitsynchronisation, da dies unter anderem einen Einfluss auf die Pseudo- entfernungsmessung haben würde. Ein synchronisiertes Netzwerk von Pseudoliten würde unterschiedliche Navigati- onsdienste ermöglichen, die unabhängig von Satellitennavigation sind und häufig als Alternative Position, Navigation, and Timing (APNT) bezeichnet werden. Beste- hende Vorschläge zur Synchronisation von Pseudoliten beinhalten satellitenba- sierte Synchronisation sowie Synchronisation mittels Glasfaserverbindungen [3]. Jede dieser Technologien hat ihre eigenen Vor- und Nachteile. Die Erfindung prä- sentiert einen anderen Ansatz, der weniger Vorlaufinvestitionen in die Infrastruk- tur erfordert als glasfaserbasierte Synchronisation und gleichzeitig eine größere Dienstverfügbarkeit als satellitenbasierte Synchronisation bietet.
Synchronisation, die nicht auf GNSS-Satelliten basiert, wird beispielsweise bei der Synchronisation von LORAN-Sender [6]; es ist ein bewährtes Verfahren, erfordert jedoch einen dedizierten Satelliten und bietet nur sporadische Verfügbarkeit. Diese beiden Merkmale bedeuten erhöhte Betriebsausgaben im Vergleich zu der vorge- schlagenen Lösung: die Inbetriebnahme, der Start und der Betrieb eines Satelliten sind kostspielig, während durch sporadische Deckung die Anforderungen an die Langzeitstabilität des Lokaloszillators steigen.
Andererseits sind mit der Synchronisation über Glasfaserverbindungen hohe In- stallationskosten verbunden, die für jede aktive Bodenstation gedeckt werden müssen. Eine mögliche Abhilfe für dieses Problem ist, Stationen einzusetzen, bei denen bereits Glasfasern zur Verfügung stehen, jedoch wird diese Beschränkung durch die vorgeschlagene Erfindung obsolet.
Vorgeschlagene Lösung: Zwei-Weg-Zeitübertragung
Das Wesentliche der Zwei-Weg-Zeitübertragung ist, dass zwei Bodenstationen miteinander synchronisiert werden können, wenn sie eine gemeinsame Funkrelais- station aufweisen [4]. Bei satellitenbasierter Zeitübertragung, wie vorstehend be- schrieben, wäre es die Wahlmethode. Die Grundannahme ist, dass die Zeit, die das Signal benötigt, um sich über das Relais (d_ab) von Bodenstation A nach Bodenstation B zu bewegen, die gleiche Zeit ist, die über das Relais (d_ba) von B zu A benötigt wird.
Zum Realisieren einer Zwei-Weg-Zeitübertragung sendet Station A eine Anfrage an Station B zum Zeitpunkt T_as. Die Anfrage wird bei Station B zum Zeitpunkt T_br empfangen und eine Antwort wird entweder unmittelbar oder nach einer be- stimmten, kalibrierten Verzögerung zum Zeitpunkt T_bs gesendet. Die Antwort wird bei Station A zum Zeitpunkt T_ar empfangen. Nach Empfangen der Antwort kann Station A den Synchronisationsfehler mit Station B berechnen, vorausge- setzt, dass d_ba gleich d_ab ist.
Verwendung des Luftverkehrs als luftgestütztes Relais
Täglich befinden sich mehr als 9.000 Flugzeuge über Deutschland. Gemäß der Er- findung wird diese Beobachtung als Grundlage einer Annahme verwendet, dass viele Paare von terrestrischen Pseudoentfernungsmessungs-Stationen in Deutsch- land im Verlauf eines Tages mindestens ein gemeinsames Flugzeug in Sichtweite aufweisen, ggf. sogar mehr als eins. Das heißt, dass eine Synchronität zwischen Pseudoliten aufrechterhalten werden kann, solange der Luftverkehr ausreichend dicht ist. Wenn der Luftverkehr nicht dicht genug ist, um das vorgeschlagene ver- teilte Synchronisationsschema zu unterstützen, ist zu erwarten, dass das Luftver- kehrsmanagement in der Lage ist, mit der verminderten Navigationsleistung zu- gehen.
Bereitstellung des Dienstes
Während manche Autoren annehmen, dass die Funktion eines APNT-Systems Na- vigationsdienste unmittelbar nach einem Ausfall von GNSS bereitstellt, als eine "Return-Home-Funktion", ist es auch lohnenswert über Strategien zum Initiieren des Luftverkehrs bei einem GNSS-Ausfall nachzudenken, wenn der Luftraum leer ist. Zu diesem Zweck sieht die Erfindung ein Backbone-Untergruppe von terrestri- schen Stationen vor, die mit einem anderen Verfahren synchronisiert werden müssen (z.B. Glasfaser) und eine Strategie zum Bootstrapping vollständiger Syn- chronität zwischen Transpondern unter Verwendung des regulären Luftverkehrs. Das Backbone-Netzwerk und die Bootstrapping-Strategie werden im späteren Ver- lauf erläutert.
Erwartete Ergebnisse
Das erwartete Ergebnis der Untersuchung ist eine Reihe von Anforderungen für die Zwei-Weg-Timing-Technologie. Es wird zudem bewertet, ob eine Synchronisation mit gemeinsamer Sicht für das Einsatzszenario angemessen ist oder ob es opti- miert werden muss, um nicht unerhebliche Asymmetrien in den Verzögerungswe- gen aufzunehmen. Ein weiteres erwartetes Ergebnis ist die Netzwerkdichte, die erforderlich ist, um einen stabilen Betrieb bei niedrigem Verkehrsaufkommen auf- rechtzuerhalten.
BEZUGSZEICHENLISTE
Gl terrestrische Einrichtung G2 terrestrische Einrichtung 01 erstes Flugobjekt 02 zweites Flugobjekt D erster Kommunikationskanal E zweiter Kommunikationskanal F dritter Kommunikationskanal G vierter Kommunikationskanal
LITERATURVERZEICHNIS
[1] Süß, Belabbas, Meurer: Joint Positioning and Time Synchronization for APNT. Proc. of the International GNSS Meeting of the Institute of Navi- gation, 2013. Nashville, TN
[2] Süß, Belabbas, Furthner, Meurer: Robust Time Synchronization Methods for Future APNT. Proc. of the International GNSS Meeting of the Institute of Navigation, 2012. Nashville, TN.
[3] Matsakis, Defraigne, Banerjee: Precise Time and Frequency Transfer. Radio Science Bulletin No 351. December 2014
[4] Levine: A review of Time and Frequency Transfer Methods. Metrologia, No 45. 2008
[5] D. Kirchner: Two-Way Time Transfer Via Communication Satellites, Pro- ceedings of the IEEE, vol.79, no. 7, pp. 983-990, July 1991
[6] A. Helwig, G. Offermans, C. Schue: Wide-Area "Sky-Free" Positioning, Navigation, Timing and Data. Proceedings ION GNSS 2012. Nashville, TN

Claims

ANSPRÜCHE
1. Verfahren zur Synchronisation der Zeitbasen mindestens zweier terrestri- scher Einrichtungen mittels drahtloser bidirektionaler Kommunikation zwi- schen den mindestens zwei Einrichtungen unter Verwendung zweier Objekte als Relaisstationen (Synchronisationsdialog), wobei bei dem Verfahren a) mindestens eine terrestrische erste Einrichtung (Gl) über einen ersten Kommunikationskanal (D) ein erstes Synchronisationssignal drahtlos an mindestens ein erstes Flugobjekt (Ol) sendet, b) das erste Flugobjekt (Ol) das erste Synchronisationssignal empfängt und nach Verstreichen einer Verzögerungszeit das erste Synchronisationssig- nal unverändert oder in veränderter Form über einen zweiten Kommuni- kationskanal (E) drahtlos an mindestens eine terrestrische zweite Einrich- tung sendet, c) die mindestens eine zweite Einrichtung (G2) ihrerseits über einen dritten Kommunikationskanal F ein zweites Synchronisationssignal drahtlos an das erste Flugobjekt (Ol) oder an ein zweites Flugobjekt (02) sendet, wobei im dritten Kommunikationskanal (F) im Wesentlichen die gleichen Kanalbedingungen herrschen wie im zweiten Kommunikationskanal (E), d) das erste Flugobjekt (01) oder, sofern vorhanden, das zweite Flugobjekt (02) das zweite Synchronisationssignal empfängt und nach Verstreichen einer Verzögerungszeit das zweite Synchronisationssignal unverändert o- der in veränderter Form über einen vierten Kommunikationskanal (G) drahtlos an die mindestens eine erste Einrichtung (Gl) sendet, wobei im vierten Kommunikationskanal (G) im Wesentlichen die gleichen Kanalbe- dingungen herrschen wie im ersten Kommunikationskanal (D), e) die Schritte a) bis d), falls erforderlich, wiederholt oder mehrfach wieder- holt werden, wobei die jeweiligen, bidirektional versendeten Synchroni- sationssignale Informationen zur Synchronisation der Zeitbasen der zu synchronisierenden terrestrischen Einrichtungen (Gl, G2) enthalten.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Syn- chronisationssignal eine Information über den Zeitpunkt seines von der ers- ten Einrichtung (Gl) erfolgenden Aussendens, d.h. über seinen Absendezeit- punkt, von der ersten Einrichtung (Gl) enthält und mit dem ersten Synchro- nisationssignal dessen Laufzeit für die Übertragung über den ersten Kommu- nikationskanal (D) und den zweiten Kommunikationskanal (E) an die zweite Einrichtung (G2) übertragen wird und dass das zweite Synchronisationssignal eine Information über den Zeitpunkt seines von der zweiten Einrichtung (G2) erfolgenden Absendens, d.h. über seinen Absendezeitpunkt, von der zweiten Einrichtung enthält und mit dem zweiten Synchronisationssignal dessen Lauf- zeit für die Übertragung über den dritten Kommunikationskanal (F) und den vierten Kommunikationskanal (G) an die erste Einrichtung übertragen wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Syn- chronisationssignale eine bekannte Frequenz, insbesondere eine bekannte Trägerfrequenz aufweisen und dass das jeweilige Objekt (Ol, 02) oder die jeweiligen Einrichtungen (G1, G2), das oder die ein Synchronisationssignal empfängt, eine Information über eine potenzielle Doppler-Verschiebung der Frequenz des empfangenen Synchronisationssignals ermittelt und dass diese Information zur Kompensation einer potenziellen Laufzeitänderung des emp- fangenen Synchronisationssignals verwendet wird.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass aus einer Doppler- Verschiebung der Frequenz eines Synchronisationssignals eine Veränderung des Abstandes von involviertem Flugobjekt (01, 02) und involvierter terrest- rischen Einrichtung (Gl, G2) ermittelt wird und daraus die Auswirkungen auf- grund der aus der Veränderung des Abstands resultierenden Veränderung der Laufzeit des Synchronisationssignals korrigiert werden.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere erste Flugobjekte (01) und das mindestens eine zweite Flugobjekt (02) oder das mindestens eine erste Flugobjekt (01) und mehrere zweite Flugobjekte (02) vorhanden sind, wobei sich die Flugobjekte (01, 02) relativ zu der ersten und der zweiten Einrichtung bewegen, oder dass einige der ersten Objekte (01) und/oder zweiten Objekte (02) immobil sind und andere der ersten Objekte (01) und/oder zweiten Objekte (02) sich relativ zu der ersten Einrichtung (Gl) und der zweiten Einrichtung (G2) bewegen.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine erste Einrichtung (Gl) und/oder die mindestens eine zweite Einrichtung (G2) jeweils als eine feststehende Einrichtung, z.B. als eine Bodenstation für insbesondere die Luftfahrt ausgebildet ist.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine erste Einrichtung (Gl) eine feststehende Einrichtung, insbesondere eine Bodenstation für insbesondere die Luftfahrt, ist und dass die mindestens eine zweite Einrichtung (G2) eine terrestrische mobile Ein- richtung wie z.B. ein Land- oder ein Wasserfahrzeug ist.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine erste Flugobjekt (01) und das zweite Flugobjekt (02), sofern vorhanden, ein Luftfahrzeug, insbesondere ein Flugzeug, eine Drohne, ein Luftschiff oder ein anderer Flugkörper, ist.
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