Erstellt am: 10. 4. 2013 - 16:00 Uhr
Geolokation via Kurzwelle statt GPS-System
"HFGeo wird die Technologie für die nächste Generation von Kurzwellensensoren zur Nachrichtenaufklärung entwickeln. Die Ionosphäre ist dabei integraler Bestandteil des Sensorsystems", so heißt es im momentan wohl ambitioniertesten Forschungsprogramm der US-Militärs.
Das vorerst auf fünf Jahre Laufzeit angelegte HFGeo-Programm der IARPA ("Intelligence Advanced Research Agency") soll nämlich hochgenaue Geolokationsdaten liefern, wobei kein einziger neuer Satellit dafür nötig ist.
Office Of The Director Of National Intelligence
GPS-Empfänger errechnen exakte Längen- und Breitenangaben des eigenen Standorts bekanntlich aus den Signallaufzeiten von vier verschiedenen GPS-Satelliten. Die HFGeo-Stationen aber sollen sowohl Signale ausschicken, die an der Ionosphäre in etwa 100 Kilometern Höhe und darüber zurück zur Erde reflektiert werden, wie auch solche Signale selbst empfangen.
Billige Bodenstationen
Das HFGeo-Projekt besteht also praktisch nur aus Bodenstationen, und die sind im Vergleich zum Aufwand für das GPS-System ausgesprochen billig. "Niedrige Einstiegskosten" findet sich denn auch gleich zuoberst in der Projektbeschreibung, das Ziel aber lautet "Steigerung der Genauigkeit bei Geolokationsdaten um mehr als das Zehnfache".
Ozeanologen bedienen sich dieser Kurzwellenttechnologie bereits seit Jahrzehnten, um Veränderungen an Meeresströmungen darzustellen. Um Standorte auf der Erde aber exakt bestimmen zu können, waren diese Messmethoden bis jetzt viel zu ungenau.
Einzigartige Reflexionseffekte
Die gute alte Kurzwelle unterscheidet sich von sämtlichen anderen Frequenzen darin, dass die Kurzwellensignale an der Ionosphäre reflektiert werden. Von dort treffen die Signale dann wieder auf die Erdoberfläche, werden erneut reflektiert - besonders gut, wenn der Reflexionspunkt im Meer liegt - und wieder hochgeschleudert usw.
Die jüngste Forschungsabteilung des Pentagon, die IARPA, ging vor wenigen Jahren aus dem "Büro für disruptive Technologien" der NSA hervor. Von 3D-Biometrie bis Geolokation wird daran geforscht, wie man längst verwendete Technologien in Kombination mit den immer neuen Möglichkeiten der Digitalisierung zu einem Quantensprung in der Weiterentwicklung bringt.
Seit gut hundert Jahren bedienen sich Militärs, Funkamateure, internationale Radiostationen, Klima- und Meeresforscher dieses einzigartigen Reflexionseffekts. Der macht es möglich, mit relativ niedrigen Sendeleistungen Entfernungen von 10.000 und mehr Kilometern Luftlinie in Morse oder analogem Sprechfunk zu überbrücken.
Über das Disruptive
Diese alteingesessene Technologie hat im Verlauf der letzten Dekade langsam "disruptive" Züge angenommen. In Kombination mit neuen, digitalen Sendetechnologien hat sich nämlich ihre Qualität so entscheidend verändert, dass sich nun ganz neue Möglichkeiten erschließen.
Wo analoge Funksignale bei schlechten Funkbedingungen längst im Rauschen verschwunden sind, ist nun digitale Kommunikation sehr wohl noch möglich, und das bei einem Bruchteil der bisherigen Sendeleistung. In den Funkbuden der Amateure machen deshalb immer mehr kleine Boxen, die an Computern hängen, den großen Kommunikationstransceivern Konkurrenz.
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"Software Defined Radios"
Diese displaylosen Boxen heißen "Software Defined Radios", sind aber eigentlich Computer, die von PCs gesteuert werden. Eine weitere Novität der Funkamateuere sind digitale Bakensender mit gerade mal einem Watt Leistung, die von winzigen Raspberry-Computern gesteuert werden und am Netz hängen. Im Web wird dann nahezu in Echtzeit dargestellt, welche Baken einander rund um die Welt gerade empfangen können.
Auf verschiedenen Websites der Funkamateure werden die aktuell möglichen Funkverbindungen - und damit die momentanen Reflexionsverhältnisse der Ionosphäre - nahezu in Echtzeit dargestellt. Sowohl die automatischen Bakensysteme, die rund um den Globus anzeigen, von wo nach wo man auf welcher Frequenz gerade kommt, als auch die aktuellen Logdaten von analogen und digitalen Funksignalen der Amateure werden in das IARPA-System einbezogen.
Und exakt solche Daten werden in das HFGeo-System der IARPA ebenso integriert, denn das Ziel des gesamten Projekts ist, möglichste viele Laufzeiten von Signalen von geografisch exakt bekannten Punkten in Echtzeit zu erfassen. Je mehr aktuelle Signale dabei erfasst werden, umso exakter werden die Ergebnisse. Die Verhältnisse in der Ionosphäre sind nämlich mindestens ebenso komplex und dynamisch wie die Wetterverhältniss im erdnäheren Bereich.
Die Peinigung der Signale
Die dort auftreffenden Kurzwellensignale werden je nach Sendefrequenz und dem momentanen Zustand in den verschiedenen Schichten der Ionosphäre anders reflektiert, phasen- oder polaritätsverschoben, verzerrt, gedämpft und anderswie malträtiert.
Weitere entscheidende Faktoren: der momentane Zustand des Erdmagnetfelds und Intensität des Sonnenwinds, Anzahl und Dichte ionisierter Partikel, der elfjährige Sonnenfleckzyklus und die aktuellen Eruptionen bei der momentanen Position der Erde. An dieser längst nicht vollständigen Aufzählung von Faktoren lässt sich die Komplexität des Vorhabens etwa erahnen. Es muss eine ganze Menge gerechnet und gegengerechnet werden, um hier auf aussagekräftige Zahlen zu kommen.
Von Rundfunk bis Über-Horizont-Radars
"Assimilierung multipler Qellen in ein ionosphärisches Modell" heißt es denn auch in der Projektbeschreibung, und dafür wird so ziemlich alles herangezogen, was im Kurzwellenbereich Signale von bekannten Punkten gen Ionosphäre abstrahlt.
Von den verbliebenen Rundfunkstationen angefangen über die gerade empfangbaren Signale von insgesamt mehreren Millionen Amateurfunkern; Signale eigener Militärstationen gehören ebenso dazu, wie die "Überhorizont-Radars" der Ozeanologen und die Ionosonden der Klimaforscher.
"Dynamische Echtzeitdaten"
"Ein gobales Ionosphärenmodell ist zwar ein hehres Ziel", heißt es dazu, man sei jedoch weit mehr an "dynamischen Echtzeitdaten" und dem "Wechsel im Minutentakt" interessiert, als an Klimamodellen.
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Die ersten Tests für HFGeo wurden von der IARPA im Frühjahr 2012 durchgeführt, der Projektstart war bereits im Herbst 2011. Für derartige militärische Forschungsprojekte der USA völlig unüblich, ist die Mitwirkung am Projekt nicht auf US-Staatsbürger beschränkt.
Die IARPA-Militärs (wie auch die Funkamateure) interessiert freilich nur ein einziger Aspekt der Ionosphäre: An welcher Schicht der Ionosphäre werden welche Kurzwellenfrequenzen gerade in welchem Winkel reflektiert? Damit ist man bei der Frage, warum von den Militärs ein solcher Aufwand für ein neues System getrieben wird, das trotzdem aller Voraussicht nach nie ganz so exakt arbeiten wird wie GPS?
"Nowcast statt forecast"
Als Reservesystem für GPS kommt es nicht in Betracht, wenn nämlich Sonneneruptionen die enorm robusten GPЅ-Signale gelegentlich einmal regional etwas beeinträchtigen, wird zugleich der Kurzwellenverkehr in dieser Weltgegend völlig lahmgelegt.
In der Beschreibung des HFGeo-Systems findet sich ein Schlüsselsatz, der die gesamte Intention des Systems verrät: "Focus is on nowcast & backcast rather than forecast." Interessant ist also nur, welche Bedingungen gerade jetzt bzw. in den letzten 60 Sekunden in welchem Bereich der Ionosphäre gegeben waren.
Mit Herbst 2012 ist das IARPA-Projekt in "Phase 1B" eingetreten, die Screenshots im Artikel stammen aus den beiden Powerpoint-Vorträgen, die auf der IARPA-Website zum Download stehen.
Zielerfassung durch Signallaufzeiten
Damit ist klar, dass dieses Geolokationssystem nicht für die eigene Navigation geplant ist, sondern für völlig andere Ziele, die mit GPS nicht erreicht werden können. Wer über eine kritische Masse von aktuellen Vergleichslaufzeiten anderer Kurzwellenaussendungen verfügt, kann ein beliebiges, abgefangenes Kurzwellensignal zu seinem Ausstrahlungspunkt zurückverfolgen.
Das System dient also der exakten Zielerfassung beinahe in Echtzeit, was mit den derzeitigen Peilmethoden nicht möglich ist. Um ein Kurzwellensignal aus Waziristan, Syrien oder dem Norden Malis exakt zu orten, bräuchte es mehrere große Aufklärungsdrohnen gleichzeitig zur GPS-gestützten Kreuzpeilung vor Ort. Die Peilung diese Signals sozusagen "über die Bande" der Ionosphäre ist völlig unaufwendig und blitzartig möglich, sobald eine kritische Menge an Sende- und Empfangsstationen vorhanden ist.