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Wissen & Umwelt

Passiv-Radar für sichere Häfen

Radar ohne Radar - Bonner Forscher arbeiten an einer Technologie, die Mobilfunksignale zur Überwachung von Küsten und Flugraum nutzt. Das wäre sicher, billig und praktisch zugleich.

Das Gerät ist erstaunlich einfach gebaut, dafür dass es ganze Hafenanlagen überwachen soll - ja sogar einen Umkreis von etwa 40 Kilometern auf See: Ein Metallkasten, vielleicht einen Kubikmeter groß. Unzählige Anschlüsse. Oben, auf dem Kopfteil flache, blattförmige Antennen.

Das Besondere an am Passiv-Radar ist, dass im Gegensatz zum klassischen Radar die Signale nicht selbst erzeugt werden, sondern die von Mobilfunk-Basisstationen genutzt werden. An dieser Technologie arbeiten Forscher im Fraunhofer-Institut für Kommunikation, Informationsverarbeitung und Ergonomie (FKIE) in Wachtberg bei Bonn. "Die Antenne empfängt zwei Arten von Signalen", erklärt der Leiter der Forschungsgruppe, Wolfgang Koch, "das Signal von der Basisstation und das Signal, das von einem Schiff, von einem Flugzeug und dergleichen reflektiert wird".

Aus der Zeitdifferenz zwischen dem direkten Signal und dem reflektierten Signal könnten die Wissenschaftler Rückschlüssen auf die Entfernung eines Objektes ziehen. Anhand des Winkels lässt sich die Richtung ermitteln, die Frequenzen geben Aufschluss etwas über die Geschwindigkeit des Objektes.

Mobilfunknetze als Signal-Quelle

Hinter der scheinbar so unspektakulären Apparatur steckt eine komplexe Technologie. "Normales Radar sendet eine Welle aus, die reflektiert wird, und dann weiß man, wo das Ziel ist," erläutert Koch. "Ein Passiv-Radar dagegen nutzt nicht vom Sensor selbst ausgestrahlte Signale, sondern gewissermaßen den Elektro-Smog, der sowieso in der Luft ist. Eine besonders attraktive Quelle sind dabei die Mobilfunk-Basis-Stationen."

Fraunhofer-Institut für Kommunikation, Informationsverarbeitung und Ergonomie Passiv-Radar-Gerät Echse2

Das Passiv-Radar-Gerät "Echse2"

Hierbei nutzen die Erfinder das Grundrauschen der Mobilfunknetze, das unabhängig vom Telefonverkehr durchgehend ausgestrahlt wird. "Die Mobilfunk-Basis-Station sendet permanent ein Signal aus, das "Broadcast-Signal", erklärt Wolfgang Koch. "Das ist ein Signal, über das keine Kundengespräche laufen. Es dient einfach nur dazu, die technische Funktion des Mobilfunknetzes zu gewährleisten. Also liefert es ständig, 24 Stunden am Tag, sieben Tage die Woche, ein konstantes Signal schwacher Leistung. Und dieses Mobilfunksignal 'beleuchtet' die Umgebung." "Beleuchtung" im Sinne elektromagnetischer Signale, die Objekte für die Radar-Wahrnehmung erfassbar machen.

Ortung von kleinen und "versteckten" Booten

In den "Lichtkegel" der Ortung können so auch Schiffe kommen, die eine potenzielle Gefahr für Küsten und Hafenanlagen sein können oder solche, die Verstöße gegen Umweltschutzregeln begehen. Besonders schwierig zu orten und somit auch besonders gefährlich sind kleine, schnelle Boote, die sich Hafenanlagen blitzschnell nähern, sagt Wolfgang Koch: "Ich war ganz überrascht, wie schnell diese Boote sich bewegen können - Geschwindigkeiten von 70, 80 Kilometer pro Stunde sind da möglich. Sie können quasi auf dem Stiefelabsatz drehen, sie sind hochagil. Das ist natürlich eine Herausforderung."

Auch solche Boote kann ein Passiv-Radar noch aufspüren - zwar nicht so gut wie ein richtiges Radar, aber das gibt es eben auch nicht überall. Selbst wenn ein Schiff versucht sich zu verstecken, indem es das Kennungssignal, das sogenannte AIS (Automatic Identification System), ausschaltet, könne das Passiv-Radar sie noch orten, wie der Ingenieur Matthias Mandt von Tests in Küstenbereichen bei Fehmarn und Eckernförde von einem Zufall berichtet: "Bei einem Schiff war der AIS-Transponder ausgefallen. Wir konnten das Schiff mit unserem System trotzdem weiterverfolgen und damit zeigen, wie leistungsfähig unser System ist".

Perspektiven des Passiv-Radars

Ein mögliches Einsatzgebiet des Passiv-Radars könnte zum Beispiel die Nord-West-Schiffspassage nördlich von Kanada werden, meint Wolfgang Koch. Diese Wasserstraße werde immer eisfreier und somit interessanter für die kommerzielle Schifffahrt: "Den Schiffsverkehr geschickt zu überwachen ist in so einer arktischen Umgebung außerordentlich schwierig. Dort gibt es nur wenige Sensoren und Radar-Stationen. Schiffe müssen Eisbergen ausweichen können. Da kann man Prinzipien des Passiv-Radars anwenden, weil es ja durchaus an verschiedenen Stellen in der Arktis Sendeanlagen gibt, die man als Beleuchter-Anlagen benutzen kann."

Fraunhofer-Institut für Kommunikation, Informationsverarbeitung und Ergonomie Antenne zum Empfang elektromagnetischer Signale

Blattförmige Antenne eines Passiv-Radar-Geräts

Auch um Offshore-Windkraftanlagen herum könne das Passiv-Radar gut zum Einsatz kommen. Und sogar im niedrigen Luftraum und über Land wäre es anwendbar, etwa zur Luftraumkontrolle an kleinen Flughäfen - vorausgesetzt das Mobilfunknetzt ist dicht genug, wie Wolfgang Koch erklärt: "Überall, wo das Mobilfunk-Telefon funktioniert, hat man diese Beleuchtung. Vor der Küste Somalias gibt es in großen Gebieten Mobilfunk-Kontakt, mitten in Afghanistan hat man tausende GSM-Basis-Stationen."

Je besser das Mobilfunknetz ausgebaut ist, desto besser funktioniert das Passiv-Radar-System. Und es ließe sich dabei auch noch viel Geld sparen: "Das Teure am Radar ist die Abstrahlung von elektromagnetischer Strahlung, und das fällt hier weg", sagt Wolfgang Koch. "Wir nutzen eine Infrastruktur, in die Mobilfunk-Betreiber sehr viel Intelligenz und Geld gesteckt haben und die sie fast global zur Verfügung gestellt haben. Das heißt, wir können preiswerte, kompakte Empfänger bauen, mit denen man an sehr vielen Stellen der Welt die Schifffahrtslage im küstennahen Bereich beobachten kann."