2025年7月2日

 

• 在 AIR-MoPSy 計畫中，研究人員正在研究太空天氣和大氣對海上陸地導航系統 R-Mode 精度的影響，該系統是衛星航運導航的安全替代方案。
• 德國航太中心與位於新施特雷利茨的日地物理研究所和通訊與導航研究所合作。
• 梅克倫堡-前波美拉尼亞為此計畫提供資助，作為應用導向的卓越研究。
• 重點：安全、海運研究、太空旅行

 

全球導航衛星系統，其中最著名的是美國的GPS，已成為航空、航運以及日常道路交通不可或缺的工具。然而，例如太陽風暴會嚴重影響衛星導航的可靠性。此外，還可以使用乾擾設備（GPS幹擾）來屏蔽衛星訊號。這可能對航空和航運造成嚴重後果，在極端情況下甚至會導致嚴重事故。因此，德國航空航天中心（DLR）致力於開發能夠在水路和海洋上實現安全抗干擾導航的新技術。

 

R 模式導航研究合作

在波羅的海地區，德國航空航天中心通訊與導航研究所的科學家自2016年以來一直在研究陸基無線電導航系統測距模式（R-Mode）。中波R-Mode方法需要修改波羅的海地區海事局現有的發射機網絡，使其能夠用於定位。然而，高層大氣和低層電離層的大氣過程會根據一天中的時間降低R-Mode方法的精確度。

AIR-MoPSy 專案正是為此而生。德國梅克倫堡-前波美拉尼亞於2024年初啟動了一項面向應用型研究的卓越資助申請，隨後由五個地區研究機構組成的聯盟——其中包括德國航空航天中心通信與導航研究所和位於新施特雷利茨的日地物理研究所——聯合起來。在格賴夫斯瓦爾德大學的協調下，德國航空航天中心的這兩個研究所與萊布尼茨大氣物理研究所和波羅的海研究中心共同開發了「大氣對R模式定位系統的影響」（簡稱AIR-MoPSy）計畫的概念。該專案旨在更好地理解低電離層複雜的物理相互作用過程，並開發抑制R模式系統夜間功率下降的方法。 2025年6月30日，啟動訊號終於發出：在梅克倫堡-前波美拉尼亞州科學、文化、聯邦和歐洲事務部長貝蒂娜·馬丁（Bettina Martin）和德國航空航天中心執行委員會主席Prof. Dr.-Ing. Anke Kaysser-Pyzalla的見證下，計畫參與者在格賴夫斯瓦爾德大學首次會面，正式開始研究階段。

DLR執行委員會主席Anke Kaysser-Pyzalla教授強調了該研究項目的重要性，他表示：「R-Mode技術作為GPS和伽利略的替代地面導航系統，其潛力已在過去八年中成功證明其適用於航運。現在，我們需要使該系統更加靈活和強大，以確保海上運輸路線的可靠性和彈性。

 

德國航空航天中心新施特雷利茨分部：任務共享，專業知識加倍

研究人員的目標是在 AIR-MoPSy 框架內克服 R 模式系統性能的這種缺陷。德國航空航天中心 (DLR) 尤其可以在這方面貢獻其專業知識。日地物理研究所負責描述和建模大氣和電離層對 R 模式訊號的影響。將可以得出有關低電離層狀態結論的測量結果與 R 模式訊號和相應的大氣狀態進行比較，以便能夠在不同的電離層和大氣條件下對 R 模式的準確性做出陳述。此外，將首次開發一個低電離層模型，該模型不僅考慮了迄今為止的地磁影響，還考慮了大氣影響。

德國通訊與導航研究所則將為此計畫貢獻其中波R模式的專業知識與測量設備。現有的R模式測量站網路將擴展，並在萊布尼茨波羅的海研究所的支持下，首次對R模式天波進行測量。這些發現——尤其是來自低電離層無線電波傳播模型的發現——將被整合到德國航空航天中心的R模式接收機中，以提高其全天性能並支援新的應用領域。

梅克倫堡-前波美拉尼亞將該計畫作為應用型卓越研究計畫進行資助。 2025年3月初，梅克倫堡-前波美拉尼亞科學、文化、聯邦和歐洲事務部長貝蒂娜·馬丁在儀式上向研究聯盟成員頒發了資助決定。

 

背景資訊：電離層對R模式系統的影響

R 模式方法受到干擾的原因眾所周知：在 65 公里以上的高度，地球大氣層的一部分會被強烈的太陽輻射電離。這部分通常被稱為電離層。電離層是在第一次跨大西洋無線電傳輸過程中發現的。人們確定在約 100 公里的高度，地球大氣層中必定存在一個導電層（E 層），它會反射訊號。這種傳播後來被稱為體波。後來，在 E 層下方 65 至 90 公里的高度發現了另一個電離層，稱為 D 層。該層不如 E 層明顯，並且受各種大氣過程的強烈影響。在 D 層中，長波無線電訊號（例如 R 模式方法中使用的訊號）會根據 D 層的狀況或多或少地衰減，甚至被反射。夜間，D層幾乎完全消失，天波幾乎不衰減，嚴重影響導航系統主要訊號－R型地波的接收。這會導致導航系統效能下降，這取決於無線電訊號兩條傳播路徑的接收功率比。

 

[照片]

(A) 透過使用替代海事無線電導航技術測距模式（R-Mode）實現安全航運

R-Mode系統是一種地面備用系統，利用現有的中波和超短波無線電台站。它測量船舶與各個R-Mode電台的距離，從而計算出船舶的地理位置。

(B) 中波 R 模式訊號在白天和夜間的傳播行為

在 AIR-MoPSy（大氣對 R 模式定位系統的影響）計畫中，研究人員正在研究空間天氣和大氣對 R 模式海陸導航系統精度的影響。中波 R 模式方法涉及修改波羅的海地區海事局現有發射機網絡，使其可用於定位。然而，高層大氣和低層電離層的大氣過程可能會根據一天中的時間降低 R 模式方法的精度

(C) 黑爾戈蘭島的發射天線

發射天線將 R 模式訊號輻射到波羅的海地區。

(D) R-Mode接收器的原型

R型接收機由德國航空航天中心（DLR）研發，用於接收中波和超短波無線電台的訊號。它可以測量船舶與各個R型電台的距離，並計算出船舶的地理位置。