GNSS
GNSS-Simulation in Luftfahrt und Verteidigung:
Reproduzierbare Tests für sichere Navigationssysteme
Reproduzierbare GNSS-Szenarien für Entwicklung und Validierung
Positionierung, Navigation und Zeitsynchronisation bilden die Grundlage zahlreicher moderner Anwendungen.
Von Flugmanagementsystemen über Drohnen bis hin zu Kommunikationsnetzen basieren zahlreiche Anwendungen auf präzisen Positions- und Zeitsignalen. Fällt dieses Signal aus oder wird gestört, können die Auswirkungen erheblich sein – und genau diese Szenarien müssen realistisch getestet werden.
Luftfahrtbehörden und Betreiber melden eine zunehmende Anzahl von Störungen und Spoofing-Angriffen in Europa und dem Nahen Osten. Bedingungen, die früher als Ausnahme galten, gehören inzwischen vielerorts zum Alltag. Für Hersteller in Branchen wie; Luftfahrt, Raumfahrt, Verteidigung und kritischer Infrastruktur stellt sich daher nicht mehr die Frage, ob ein Empfänger unter idealen Bedingungen ein Satellitensignal empfängt. Entscheidend ist vielmehr, wie sich das Gesamtsystem verhält, wenn Signale gestört, verfälscht, verzögert oder gar nicht verfügbar sind und ob sich diese Reaktionen zuverlässig testen und dokumentieren lassen.
Reproduzierbare GNSS-Szenarien für Entwicklung und Validierung
Feldtests allein reichen nicht aus. Einen Prototypen so lange unter realen Bedingungen zu betreiben, bis ein Fehler erneut auftritt, ist keine reproduzierbare Testmethode. Störungen lassen sich nicht planen,weil das Umfeld nie exakt identisch ist und ein einmal beobachteter Fehler lässt sich so nicht zuverlässig verifizieren. Für Entwicklung und Nachweisführung ist daher vor allem eines entscheidend: ein Szenario, das jederzeit reproduzierbar ist.
Genau hier setzt die GNSS-Simulation an. Statt auf reale Satellitensignale angewiesen zu sein, erzeugt die Testlösung die erforderlichen Navigationssignale und speist sie unter kontrollierten Bedingungen direkt in den Empfänger ein. Ein Szenario, das heute einen Fehler aufdeckt, kann nach einem Firmware-Update identisch wiederholt werden – oder Jahre später, wenn sich Hardware oder Komponenten ändern.
Anforderungen an eine moderne GNSS-Testlösung
Ein belastbarer GNSS-Testaufbau umfasst deutlich mehr als die Simulation eines einzelnen GPS-Signals. Typischerweise gehören dazu:
- Multiband-Signale der wesentlichen Konstellationen – GPS, GLONASS, Galileo und Beidou – anstelle der Simulation einer einzelnen Konstellation.
- Ergänzungs- und Korrekturdienste wie SBAS und RTK sowie differentielles GNSS
- Multi-Vehicle-Simulation, Modifikation von Satellitenbahnen, additive Pseudoentfernungsrampen und feste benutzerdefinierte Positionen
- Gezielte Einspeisung von Störsignalen und Jamming zur Sicherheits- und Robustheitsbewertung
- Freie Definition von Trajektorien in bis zu sechs Freiheitsgraden, damit auch Lage und Dynamik abgebildet werden und nicht nur eine Bodenspur
- Updateraten im Bereich von 1.000 Hz, hoch genug, um schnelle Plattformdynamik realitätsnah abzubilden
Die genannten Werte dienen lediglich als Orientierung. Die optimale Konfiguration hängt stets von der jeweiligen Anwendung ab. Während ein Landfahrzeug oft mit geringeren Anforderungen an Dynamik und Aktualisierungsrate auskommt, erfordern hochdynamische Luftfahrt- oder Verteidigungsanwendungen deutlich leistungsfähigere Simulationsszenarien.
Entscheidende Kriterien in der Testpraxis
Neben den technischen Leistungsdaten entscheidet vor allem die Praxistauglichkeit darüber, ob ein GNSS-Simulator im Entwicklungs- und Testprozess erfolgreich eingesetzt werden kann.
Ein wesentliches Kriterium ist die nahtlose Integration in bestehende Testumgebungen. Nur wenn sich die Simulation in Hardware-in-the-Loop-Systeme sowie in bestehende Mobilfunk-, WLAN- oder HF-Teststände einbinden lässt, kann der Empfänger unter realistischen Systembedingungen validiert werden.
Ebenso wichtig ist die Automatisierbarkeit. Durch die Anbindung an Testframeworks sowie die Steuerung über LabVIEW oder offene Schnittstellen für Python, C# und C++ wird der Simulator zu einem festen Bestandteil automatisierter Testabläufe. Dadurch lassen sich GNSS-Tests reproduzierbar ausführen und als Bestandteil kontinuierlicher Entwicklungs- und Validierungsprozesse nutzen.
Darüber hinaus sollte die Lösung die Verarbeitung realer Fahr- oder Flugdaten unterstützen. Der Import von Trajektorien aus NMEA-, KML- oder CSV-Dateien ermöglicht es, aufgezeichnete Missionen unter identischen Bedingungen beliebig oft zu wiederholen. So werden reale Einsatzszenarien zu reproduzierbaren Regressionstests, mit denen sich Softwareänderungen, Hardwareanpassungen oder Systemupdates zuverlässig überprüfen lassen.
Warum GNSS-Simulation in Luftfahrt, Verteidigung und Behördenprojekten unverzichtbar ist
In Luftfahrt-, Verteidigungs- und Behördenanwendungen gelten deutlich höhere Anforderungen als im Consumer-Bereich. Test- und Validierungsergebnisse müssen auch Jahre später noch nachvollziehbar, reproduzierbar und dokumentierbar sein. Gleichzeitig werden GNSS-Szenarien häufig mit weiteren Testeinflüssen kombiniert, beispielsweise in Klimakammern, Hardware-in-the-Loop-Umgebungen oder Vibrations- und Schocktests. Dabei muss sichergestellt werden, dass alle Tests unter identischen Bedingungen wiederholt werden können.
Hinzu kommt, dass Entwicklungs- und Qualifizierungsprogramme oft über viele Jahre laufen und mehrere Produktgenerationen umfassen. Testsysteme müssen daher flexibel erweiterbar, wartbar und langfristig verfügbar sein. Gleichzeitig gewinnt die Validierung unter gestörten oder eingeschränkten GNSS-Bedingungen zunehmend an Bedeutung. Die Fähigkeit eines Systems, auch bei Signalverlust, Spoofing oder anderen Störungen zuverlässig zu funktionieren, wird immer häufiger zur festen Entwicklungsanforderung.
Genau für diese Herausforderungen entwickelt NOFFZ Test- und Automatisierungslösungen. Mit mehr als 35 Jahren Erfahrung in der HF- und Wireless-Testintegration, der modularen universellen Tester Plattform (UTP), eigener Entwicklung und Fertigung in Europa sowie Zertifizierungen nach ISO 9001 und CSIA unterstützt NOFFZ Kunden bei der Realisierung komplexer Testsysteme. Als einer der führenden Systemintegratoren mit Schwerpunkt auf HF- und Wireless-Anwendungen betrachtet NOFFZ die GNSS-Simulation dabei nicht als isolierte Lösung, sondern als Bestandteil einer ganzheitlichen Testumgebung. Denn in der Praxis wird die Leistung eines Systems niemals allein durch ein einzelnes Signal bestimmt, sondern durch das Zusammenspiel aller relevanten Einflüsse.
GNSS-Testlösungen passend zu Ihrer Anwendung
Ob ein Entwicklungsarbeitsplatz, eine Qualifizierungsumgebung oder eine automatisierter End-of-Line-Testlösung mit vollständiger Rückverfolgbarkeit: NOFFZ entwickelt und integriert GNSS-Testsysteme, die exakt auf die Anforderungen der jeweiligen Plattform und Anwendung abgestimmt sind. Durch die Kombination von GNSS-Simulation, HF-Testtechnik, Automatisierung und Systemintegration entstehen skalierbare Lösungen für Entwicklung, Validierung und Produktion.
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