Militär und Regierung

Militär und Regierung

 

Die Bedeutung von HF-Sensing

Debbie Nielsen, Morgan Allison und Alan Wolke von Tektronix sprechen über technologische Entwicklungen im Bereich der militärischen Anwendung.

In den Anwendungsgebieten Militär und Regierung ist ein Verständnis über Ihre HF-Umgebung in Echtzeit nicht nur wichtig – dieses kann für den Erfolg Ihres Unternehmens entscheidend sein. Kommunikation, Navigation und elektronische Erfassung (EE), elektronischer Schutz (ES) und elektronischer Angriff (EA) erfordern allesamt situatives Bewusstsein in Echtzeit und ein ständiges umfassendes Verständnis über Ihr HF-Spektrum. Die Geschehnisse in einem Moment können sich im nächsten völlig unterscheiden.

„Die primäre Zielstellung bei der Entwicklung von TSCM (Technical Surveillance Counter Measures; technische Überwachung von Gegenmaßnahmen) ist die Bestimmung der HF-Umgebung in einem bestimmten Frequenzbereich an einem bestimmten Ort“, erklärt Tektronix-Ingenieur Morgan Allison. „Dies ist im Grunde der Ausgangspunkt, von dem ausgehend Echtzeit-Erfassung zum Vergleichen der aktuellen HF-Umgebung mit einer bereits gut bekannten Umgebung genutzt wird.”

Neue Geräte ermöglichen eine bessere Einsicht in HF-Umgebungen, wodurch Ingenieure Dinge erkennen können, die zuvor nicht erkennbar waren.
Aus verschiedenen Gründen wird die HF-Erkennung zunehmend komplex, und neue Werkzeuge sind erforderlich, um den neuen Anforderungen zu entsprechen. In bestimmten Anwendungsgebieten müssen diese neuen Werkzeuge über qualitativ hochwertige HF-Signalpfade und eine hervorragende Auflösung verfügen, damit Systembediener ein genaues Verständnis über die Signale in ihrem Teil des Spektrumbereichs besitzen. In anderen Anwendungsgebieten reicht ein Netzwerk aus Low-SWaP-Sensoren aus. Viele Erkennungsanwendungen setzen bei Systemerhalt an, z. B. Systeme, bei denen die Gefahr von Störaussendung besteht, sowie im Falle von hohen HF-Leistungspegeln (Gefährdung durch Strahlung), bei denen Empfänger mit hoher Störanfälligkeit schwer beschädigt werden können.

„Der Echtzeit-Spektrumbetrieb ist für den OODA-Loop (Observe, Orient, Decision and Act) des Frontkämpfers besonders wichtig, der in der dynamischen Umgebung von heute immer kürzer wird“, sagt Debbie Nielsen von Tektronix. „Unabhängig davon, ob es sich um einen automatisierten Sensor für EMCON- oder RADHAZ-Überwachung oder intelligente, dynamische Erkennung für die Verfügbarkeit des Spektrumzugriffs handelt, erhält das situative Bewusstsein über die elektromagnetische Umgebung in Echtzeit nicht nur teure Systeme und empfindliche Geräte, sondern befördert auch den Erfolg der Mission in einer ansonsten spektrumfeindlichen Umgebung.“ Ob Detektion gefährdender Strahlung oder intelligente dynamische Überwachung des Spektrums, die Einsicht in die elektromagnetische Umgebung in Echtzeit kann nicht nur sensibles und teures Equipment vor Schaden bewahren, sondern hilft auch, den Erfolg des Vorhabens in sonst funkfreien Bereichen sicherzustellen.
 
 

HF-Erkennung ist komplexer als jemals zuvor

Weshalb wird die HF-Erkennung zunehmend komplex? Zu den Hauptgründen zählen Spektrumüberlastung und Systemagilität. Es sind weitaus mehr Systeme im Umlauf als früher, die über eine breitere Bandbreite betrieben werden. Weitere Schwierigkeiten ergeben sich durch die Art und Weise der Sketrumaufteilung sowie durch eine veränderte Verfügbarkeit der HF-Technologie. Ein aktuelles Beispiel hierfür ist die Entscheidung der US-Regierung, LTE-Bänder neu zu strukturieren und eine gemeinsame Nutzung der Advanced Wireless Services 3 (AWS-3)-Bänder durch öffentliche und nicht-öffentliche gewerbliche Organisationen zuzulassen.

„Diese Entscheidung wirkt sich auf alle Militär-/Regierungssysteme aus, die derzeit diesen Teil des Spektrums belegen“, erklärt Nielsen. „Von gewerblicher sowie militärischer Seite wurde viel daran gearbeitet, dass es hier zu keinerlei gegenseitiger Störung kommt“, erklärt Allison.

RFDarüber hinaus bildet die Spektrumverwaltung ein neues Vorbild für den Umgang mit Systemen, die Dynamic Spectrum Access (DSA) anstelle von herkömmlichen 1494 Spektrumaufteilungszuweisungen nutzen. Nielsen erklärt, dass dies die HF-Erkennung in zweierlei Hinsicht beeinflusst: erstens ist die Schmalbanderkennung nicht länger nutzbar, und zweitens kommt es zu unerwünschten Störungen und zusätzlichen Mehrdeutigkeiten aufgrund von Überlastung und übermäßigen Systembetriebsagilitäten.

Die HF-Erkennung gestaltet sich darüber hinaus durch die Verbreitung von billiger HF-Technologie komplizierter. Diese Technologie ist nicht nur leichter zugänglich, sondern wird in immer mehr Anwendungsgebieten vorherrschend. Dieses Paradigma – die Ausbreitung der kabellosen Kommunikation in immer mehr technische Hilfsmittel – wird als das Internet der Dinge (IoT, Internet of Things) bezeichnet, das Tektronix-Ingenieur Alan Wolke als „einen gewaltigen Disruptor in der kabellosen Kommunikation“ bezeichnet. Viele IoT-Geräte nutzen ein unlizenziertes HF-Spektrum im ISM-Band (Industrial, Scientific and Medical).

„Das ISM-Band, insbesondere die Frequenzbereiche 2,4 und 5 GHz, wird zunehmend verstopft“, erklärt Allison. „Es ist nur noch schwierig festzustellen, ob es sich bei einem Signal nur um einen militärspezifischen Wireless-Router handelt oder ob jemand gerade versucht, in ein Netzwerk einzudringen oder Informationen abzugreifen. Daher ist es sehr wichtig, die Art des Signals automatisch erkennen zu können.“

Neben dem IoT, das die Anzahl der HF-Signale erhöht, stellt die erhöhte Verfügbarkeit von Drohnen ein erhebliches Risiko für zahlreiche Militäranwendungen dar. „Diese müssen umgehend erkennen können, ob eine Drohne eine gewisse Nutzlast trägt und woher das Steuersignal kommt. Anschließend müssen Gegenmaßnahmen erfolgen, und die Kontrolle der Drohne muss ergriffen werden“, erklärt Allison. „Neben der deutlich erhöhten Verfügbarkeit von Geräten, die kabellose Kommunikation nutzen, besteht auch die erhöhte Verfügbarkeit von potentiell gefährlichen Geräten, die durch Wireless-Technologie gesteuert werden.“

Elektronische Kampfführung

Ein weiterer militärischer Anwendungsbereich, die elektronische Kampfführung, ist von feindlichen Radaren und der Erzeugung elektronischer Gegenmaßnahmen betroffen. Wie HF-Erkennung und SATCOM-Anwendungen befindet sich die elektronische Kampfführung im Wandel, der Anpassungen erforderlich macht.

Zum einen werden feindliche Bedrohungen zunehmend komplex. Breitbandagilität und Radare mit eingebetteten intelligenten Abgrenzungsalgorithmen zur Abwehr von Störsendung sind zwei Beispiele. In der Vergangenheit waren Bedrohungs-Assets, die zum Testen dieser EA-Systeme verwendet wurden, Hardware-definiert und konnten als Reaktion auf aufkommende Bedrohungen nicht einfach ausgebaut werden. Die frühere Bedrohungserzeugungsfähigkeit beruhte häufig auf reinen Impulsfolgen, was tatsächlichen physischen und elektromagnetischen Betriebsumgebungen nicht gerecht wurde. Für stabiles Testen von EW-Systemen muss der Bedrohungsstimulus so repräsentativ für tatsächliche Bedingungen wie möglich sein.

Ein weiterer EW-Trend ist der erhöhte Bedarf nach einer genauen Bestimmung von elektronischen Gegenmaßnahmen (EloGM). EloGMs können durch Verzerrungen des Senders/Verstärkers, Batterie, Aufteilung der Stromversorgung für mehrere Techniken, Zeitsteuerungsprobleme im System, DRFM-Latenz und elektromagnetische Auswirkungen an der Plattform beeinträchtigt werden. Aus diesem Grund ist die Überprüfung von EloGMs über längere Zeiträume und in verschiedenen Situationen in Zeit- und Frequenzdomänen sehr wichtig. Die Charakterisierung der Gesamtauswirkungen von System/Plattform auf die Techniken ist besonders wichtig, um die tatsächliche Leistung des EloGM zu erkennen, und ist hilfreich bei der Bestimmung potentieller Fähigkeiten oder Beschränkungen, die sich im System während tatsächlicher Betriebssituationen ergeben können.

Erfolgreiche Nutzung von SATCOM

Neben der HF-Erkennung durchläuft eine weitere Militär- und Regierungsanwendung derzeit einen Wandel: die Satellitenkommunikation (SATCOM). Die zum Senden von Videos, Bildern, Radardaten, Aufklärungsinformationen und vielem mehr eingesetzten SATCOM-Anwendungen stehen einzigartigen HF-Herausforderungen gegenüber.

„Eine Gemeinsamkeit aller Satellitenanwendungen sind die allgemein sehr hohen Übertragungsbandbreiten und die gelegentlich sehr komplexe Übertragungsfähigkeit“, erklärt Wolke. „Eine erkennbare Veränderung in der Landschaft ist, dass immer mehr dieser Satelliten verwendet werden. Ihre Kapazität wird immer stärker ausgereizt, und eine immer umfassendere Nutzung dieser Satelliten ist erkennbar. Daher sind eine zunehmende Bandnutzung und breitere Bandbreiten erforderlich.“

Neben der steigenden Anzahl der eingesetzten Satelliten steigt auch der Testbedarf ihrer Kommunikationsfähigkeiten. Ursprünglich war es ausreichend, die physikalische Schicht von SATCOM-Signalen zu testen, um Werte wie die Bitfehlerrate und die Fehlervektorgröße zu bestimmen. Jetzt wird jedoch die Protokollschicht ebenfalls zu einem aktiven Interessenbereich.

„Wir haben uns ursprünglich nicht mit dem Protokollschichtbereich befasst, ich glaube jedoch, dass dieser an Bedeutung gewinnt, da es mehr kabellose Sender gibt, da alles zunehmend kompliziert wird und da das IoT allgegenwärtiger wird“, sagt Allison. „Daher können wir einige der Technologien verwenden, die wir zur Erfüllung der Anforderungen im Militär- und Regierungsbereich einsetzen, und diese womöglich auch für gewerbliche Anforderungen einsetzen.“

RFAllison erklärt, dass es sich bei einem der Hauptprotokolle in SATCOM-Anwendungen um ständig weiterentwickelte Implementierungen von Digital Video Broadcasting handelt, in der Regel DVB-S2. „Der Trend, den ich erkennen konnte, ist, dass ein großes Interesse an digitalen Videodemodulationstests und sehr schneller Kommunikation besteht, wahrscheinlich zwischen Satelliten“, erklärt er.
Für eine erfolgreiche Kommunikation müssen SATCOM-Anwendungen sehr hohe Frequenzen mit sehr geringen Störungen sowie einer extrem breiten Bandbreite kombinieren. Das Testen von SATCOM-Geräten kann daher eine Herausforderung darstellen. „Zahlreiche Lösungen verfügen über einen ausreichend hohen Frequenzbereich, jedoch nicht über eine ausreichend große Bandbreite, oder Frequenzbereich und Bandbreite sind ausreichend, jedoch die Auflösung nicht“, erklärt Allison. „Oder die beschriebenen Anforderungen werden erfüllt, jedoch besteht keine Möglichkeit, Signale zu erzeugen, die in diesen Frequenzen letztendlich getestet werden können. Wir können die sehr spezifischen Knackpunkte benennen, die bei unseren Kunden auftreten, und glücklicherweise verfügen wir über die Geräte, mit denen diese Probleme allesamt beseitigt werden können.“
Der letzte ausschlaggebende Faktor bei SATCOM-Anwendungen sind die physischen Eigenschaften von Empfängern und Sendern. Größe, Gewicht und Leistung der genutzten Anwendungen darf gemäß Allison nicht missachtet werden. „Einige dieser Anwendungen können sich tatsächlich in einem Rucksack befinden, den ein Infanterist trägt, oder es kann sich um einen HF-Sensor handeln, der sich auf einer Drohne oder Ähnlichem befindet“, erklärt er. „In vielen dieser Fälle sind Größe, Gewicht und Leistung also ebenfalls sehr wichtig.“

Unterstützung der Kunden bei der Anpassung

Ob HF-Erkennung, elektronische Kampfführung oder SATCOM: Militär- und Regierungsanwendungen sind im Wandel, die leistungsstarke und zuverlässige Lösungen zum Gegensteuern erfordern. Der einfachere Zugang zu HF-Technologie, veränderte Spektrumzuweisung, mehr Drohnen, mehr Satelliten und größere EW-Bedrohungen sind nur einige der Gründe für diese Änderungen. „Ich glaube, dass wir alle Hände voll zu tun haben werden, um unsere Kunden bei der Begegnung dieser Bedrohungen zu unterstützen“, erklärt Allison.

Dies ist eine ziemlich aufregende Zeit für uns. Tektronix entwickelt sein Geschäftsmodell und Engagement mit seinen Regierungspartnern mit der Zielstellung, die wahren Herausforderungen zu erkennen und verstehen, denen unsere Streitkräfte täglich gegenüberstehen. Wir möchten die Technologie bereitstellen, die unseren Frontkämpfer auf dem Schlachtfeld schützt. Unser Ziel ist es, den Erfolg der Mission in jeder uns möglichen Weise sicherzustellen und vertrauensvoller Partner zu werden.

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