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DDIL – Degraded, Denied, Intermittent, and Low-bandwidth
DDIL beschreibt Betriebszustände, in denen Positionierungs-, Navigations-, Zeitmessungs- (PNT), Kommunikations- oder Sensorfunktionen teilweise oder vollständig nicht verfügbar sind. DDIL-Bedingungen beeinträchtigen das Situationsbewusstsein, erhöhen die Navigationsunsicherheit und erschweren die autonome Entscheidungsfindung.
Moderne Navigationssysteme mildern diese Effekte ab, indem sie hochleistungsfähige Inertialsensoren durch fortschrittliche Sensorfusionsalgorithmen mit mehreren Hilfsquellen kombinieren.
Degradierte Umgebung
Eine degradierte Umgebung liegt vor, wenn Navigation oder Kommunikation zwar verfügbar sind, jedoch mit eingeschränkter Leistung. Signaldämpfung, Mehrwegausbreitung, atmosphärische Störungen, Bewuchs, Häuserschluchten, Tunnel, widriges Wetter, elektromagnetische Interferenzen oder partielle Sensorausfälle verringern die Genauigkeit, ohne einen vollständigen Ausfall zu verursachen.
Systeme arbeiten weiter, erzeugen jedoch größere Positionierungsunsicherheiten.
Verweigerte Umgebung
Eine verweigerte Umgebung verhindert die Nutzung eines oder mehrerer wesentlicher Navigations- oder Kommunikationsdienste. GNSS-Jamming, Spoofing, Untertagebetriebe, Unterwassermissionen, dichte Innenraumanlagen, elektronische Kriegsführung oder absichtliche Funksperre eliminieren externe Positionierungsaktualisierungen.
In diesen Situationen schätzen INS Position, Geschwindigkeit und Lage unabhängig voneinander ein, bis wieder Hilfssensoren verfügbar sind.
Intermittierende Umgebung
Eine intermittierende Umgebung stellt Navigations- oder Kommunikationsdienste nur in kurzen oder unvorhersehbaren Intervallen bereit. UAVs im Flug zwischen Gebäuden, autonome Landfahrzeuge bei der Einfahrt in Tunnel, maritime Plattformen in der Nähe von Steilküsten oder Satelliten mit periodischer Sichtbarkeit verlieren und gewinnen externe Messungen wiederholt.
Sensorfusionsalgorithmen müssen jede neue Beobachtung schnell validieren und integrieren und gleichzeitig die Navigationskontinuität bei Ausfällen aufrechtzuerhalten.
Intermittierende Umgebung
Eine Umgebung mit geringer Bandbreite (Low-bandwidth) schränkt die Menge oder Häufigkeit der übertragenen Daten ein. Taktische Funknetzwerke, Satellitenkommunikation, Unterwasser-Akustikmodems, abgelegene Industriestandorte und unbemannte Systeme mit großer Reichweite arbeiten häufig mit eingeschränktem Durchsatz.
Navigationssysteme priorisieren daher wesentliche Messungen, komprimieren Telemetrie, reduzieren Aktualisierungsraten und führen die meiste Schätzung lokal durch, um die Betriebsleistung aufrechtzuerhalten.
Reale Szenarien und aktuelle Technologien
Mehrere DDIL-Szenarien kombinieren mehrere Bedingungen gleichzeitig. Beispiele hierfür sind GNSS-freie und kommunikationsgestörte Umgebungen, intermittierendes GNSS mit bandbreitenarmer Telemetrie, elektromagnetisch umkämpfte Umgebungen, GPS-umkämpfte Umgebungen, kommunikationsfreie Operationen, sensorfreie Missionen und Umgebungen der elektronischen Kriegsführung in mehreren Domänen. Diese Hybridszenarien stellen die anspruchsvollsten Einsatzbedingungen dar, da sie Navigation, Kommunikation und Situationsbewusstsein gleichzeitig beeinflussen.
Moderne INS-Architekturen bewältigen DDIL-Umgebungen durch die Integration von IMUs mit GNSS, Odometern, LiDAR, Kameras, Doppler Velocity Logs (DVL), Ultra-Short Baseline (USBL)-Systemen, Radgebern, Radar, Magnetometern, Barometern und anderen unterstützenden Sensoren. Extended Kalman Filter (EKF), Faktorgraphen-Optimierung und Simultaneous Localization and Mapping (SLAM)-Algorithmen nutzen jede verfügbare Beobachtung, um den Trägheitsdrift zu begrenzen und eine robuste Positionierung trotz unsicherer Betriebsbedingungen aufrechtzuerhalten.
Leistungsstarke MEMS- und taktische Trägheitsnavigationssysteme sind zu grundlegenden Technologien geworden, um ein resilientes PNT in DDIL-Umgebungen zu gewährleisten. Ihre Unabhängigkeit von externer Infrastruktur ermöglicht eine kontinuierliche Navigation, wenn Satellitensignale, Kommunikationsmittel oder externe Referenzen unzuverlässig oder nicht verfügbar werden.
