SatComScope

Satelliten zur Erdbeobachtung, beispielsweise ESAs Sentinel Satelliten, zeichnen mit hochauflösenden Detektoren große Datenmengen auf. Diese Daten müssen vom Satelliten an eine Bodenstation übertragen werden. Derzeit wird dies über eine Funkübertragung gelöst, wobei die Datenrate pro Kanal auf etwa 10 Gbit/s limitiert ist und Lizenzen für das, zusehends überfüllte, Frequenzspektrum benötigt werden.

Optische Freiraumübertragung (FSO) hingegen benötigt kein lizenziertes Frequenzspektrum, wurde bereits mit zur Funkübertragung vergleichbaren Down-Link-Raten demonstriert und birgt das Potential für Datenraten von 120 Gbit/s und mehr. Zusätzlich bietet FSO weitere Vorteile wie reduzierter Energieverbrauch am Satelliten (Sender) sowie geringere Massen als Funksysteme. FSO stellt somit eine für zukünftige Satellitenmissionen unverzichtbare Technologie dar.

Eine der größten Herausforderung in der Umsetzung von FSO zur Satellitenkommunikation sind atmosphärische Aberrationen, welche die Signalqualität signifikant reduzieren. Dieses Problem kann jedoch effizient durch den Einsatz von adaptiver Optik (AO) gelöst werden. High-end astronomische Teleskope, wie das E-ELT, benützen komplexe AO-Systeme mit hunderten Aktuatoren, um die Bildqualität zu verbessern, wobei AO sein Potential schon eindrücklich unter Beweis gestellt hat.

Derzeit steht AO an der Schwelle auch in anderen Bereichen eingesetzt zu werden, wie der Mikroskopie sowie in mittelgroßen und kleineren Teleskopen für den kommerziellen und privaten Sektor. In FSO ermöglichen AO-Systeme ein verbessertes Fokussieren des empfangenen Signals auf den Detektor und erhöhen so die Intensität und reduzieren Szintillation, wodurch die Bit Error Rate (BER) verbessert wird.

Inhalte und Zielsetzungen

Das vorliegende Projekt zielt auf die Entwicklung und Integration von AO-Systemen in die Teleskope des Industriepartners, ASA Astrosysteme GmbH, ab. Dabei soll durch ein integriertes mechatronisches Systemdesign sowohl eine hohe Bandbreite als auch eine kosteneffiziente Lösung, bevorzugt mit OEM-Komponenten, erzielt werden.

Dieses Ziel wird durch eine optimale Systemintegration erreicht, welche insbesondere das Zusammenspiel der Systemkomponeten, den vorherrschenden Systemanforderungen sowie des Echtzeit-Regelungssystems berücksichtigt. Dies ermöglicht ASA, ihr Produktportfolio und Marktposition auf diesen neuen und aufstrebenden Markt für FSO Satellitenkommunikation zu erweitern. Somit werden die österreichische High-Tech Industrie, insbesondere die Region Mühlviertel, gestärkt und neue, hochwertige Arbeitsplätze in Österreich geschaffen.

Satelliten zur Erdbeobachtung, beispielsweise ESAs Sentinel Satelliten, zeichnen mit hochauflösenden Detektoren große Datenmengen auf. Diese Daten müssen vom Satelliten an eine Bodenstation übertragen werden. Derzeit wird dies über eine Funkübertragung gelöst, wobei die Datenrate pro Kanal auf etwa 10 Gbit/s limitiert ist und Lizenzen für das, zusehends überfüllte, Frequenzspektrum benötigt werden.

Erwartete Ergebnisse

Das resultierende Teleskopsystem wird einen stabileren Laserlink zwischen Satelliten und der vorgeschlagenen optischer Bodenstation ermöglichen. Dieser Laserlink soll für FSO eingesetzt werden, um bisher unerreichte Datenübertragungsraten zu ermöglichen. Zusätzlich kann ohne Lizenzierung von Frequenzbändern gearbeitet werden, und der Energieverbrauch am Satelliten wird reduziert.

Projektleitung

Technische Universität Wien - Institut für Automatisierungs- und Regelungstechnik

Projektpartner:innen

ASA Astrosysteme Austria

Technische Universität Wien
Institut für Automatisierungs- und Regelungstechnik
Univ.-Prof. DI Dr. Georg Schitter
Gußhausstraße 27-29/E376
A-1040 Wien