Satellitennavigation für Züge: DLR entwickelt präzise Ortung trotz Tunnel und Städte

Satelliten sind längst mehr als bloß stille Beobachter im All – sie spielen eine immer größere Rolle für unser tägliches Leben auf der Erde. Ob Schiffscontainer, Frachter auf hoher See oder Flugzeuge über den Wolken – sie alle verraten ihren Standort dank der Hilfe aus dem Orbit. Und bald könnten auch Züge in den Genuss dieser himmlischen Navigation kommen.

Denn obwohl man meinen könnte, dass sich Lokomotiven auf Schienen ja nun wirklich leicht orten lassen, sieht die Realität anders aus: Es ist erstaunlich kompliziert, einen Zug exakt und verlässlich zu lokalisieren. Doch genau diese Präzision braucht es, wenn der Bahnverkehr fit für die Zukunft gemacht werden soll – digitaler, dichter getaktet, automatisiert.

Im Auftrag eines EU-Projekts hat das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt untersucht, wie GPS & Co. den Zugverkehr smarter machen könnten. Denn nur wenn klar ist, wo welcher Zug gerade rollt, lässt sich das vorhandene Streckennetz optimal nutzen – und vielleicht schon bald mehr Verkehr auf die Schiene bringen, ohne neue Gleise zu verlegen.

Die Spezialisten vom DLR-Institut für Kommunikation und Navigation in Oberpfaffenhofen haben bereits langjährige Erfahrung aus der zivilen Luftfahrt. „Dieses Wissen und Vorgehen lässt sich allerdings nicht eins zu eins auf den Schienenverkehr übertragen“, sagt Wissenschaftlerin Anja Grosch, die das Projekt beim DLR betreut hat. Denn rund um die Flugzeuge ist in der Regel freier Raum. Anders an Bahnstrecken: „Sie führen durch Wälder und mitten durch Städte. Strecken verlaufen auch unterirdisch oder in Tunneln“, sagt Grosch. 

In der Realität ist Satellitennavigation alles andere als ein Kinderspiel. Gebäude, Zugwaggons aus Metall – sie alle werfen das Signal wie ein Pingpongball zurück. Das Ergebnis: Reflexionen treffen fast gleichzeitig mit dem Originalsignal beim Empfänger ein, ein Phänomen, das Fachleute als Mehrwegausbreitung kennen. Das klingt harmlos, sorgt aber dafür, dass ein Zug plötzlich zig Meter von seinem eigentlichen Standort „springt“ – und zwar nicht nur ein paar Zentimeter, sondern mitunter um hundert Meter daneben.

Das große Problem daran: Diese Störfaktoren ließen sich bislang kaum berechnen oder vorhersagen. Also hat man beim Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) einen neuen Ansatz gewagt. Züge in Spanien und Italien wurden mit spezieller Empfangstechnik ausgestattet – nicht nur, um das Signal zu empfangen, sondern auch um Daten über die störenden Reflexionen zu sammeln. Aus diesem Datenschatz entstand ein Computermodell, das nun ziemlich genau vorhersagen kann, wo das Satellitensignal zuverlässig ist – und wo es schlappmacht.

Wenn das passiert – zum Beispiel im Tunnel – springen andere Helfer ein: Sensoren, wie sie auch in Smartphones stecken. Sie liefern Bewegungsdaten, aus denen sich ebenfalls die Position eines Zuges berechnen lässt. Ergänzt wurde das Ganze noch durch ein eigenes Multisensorsystem des DLR, das bei Tests eine beeindruckende Genauigkeit von bis zu einem Meter erreichte. Ein wichtiger Schritt hin zur punktgenauen Zuglokalisierung – auch dort, wo Satelliten nicht durchdringen.