Sensoren, Effektoren, Kommunikationssysteme und Gegenmaßnahmen bilden gemeinsam ein eng gekoppeltes, hochdynamisches Wirkverbundsystem. Mit der zunehmenden Vernetzung, der stetigen Verdichtung des elektromagnetischen Umfelds und der Geschwindigkeit technologischer Zyklen wächst jedoch auch das Risiko von Komplexitätsfallen in Entwicklung, Integration und Test.

Vor diesem Hintergrund gewinnt ein Ansatz massiv an Bedeutung, der aus anderen Hochtechnologiesektoren bereits bekannt ist: Software-Defined Rapid Prototyping, gestützt durch digitale Zwillinge und ein modellbasiertes Systemverständnis. Dieser Beitrag zeigt, warum diese Methodik einen Paradigmenwechsel für die Entwicklung von EMSO-fähigen Systemen darstellt und welche Rolle sie in der Test- und Evaluierungslandschaft der Zukunft spielen kann.

Die EMSO-Herausforderung: komplex, vernetzt, beschleunigt

Moderne Operationen im elektromagnetischen Spektrum (EMS) umfassen weit mehr als klassische elektromagnetische Aufklärung oder die elektromagnetische Kampfführung (EloKa). Sie verbinden SIGINT-, Radar-, Kommunikations-, Navigations- und Cyber-Fähigkeiten zu einem koordinierten System-of-Systems. In einem zunehmend überlagerten EMSO-Raum müssen Sensoren und Effektoren nicht nur performant und funktional sein, sondern vor allem integrationsfähig, vernetzbar und resilient.

Konventionelle Systementwicklung und entsprechende Modelle – etwa streng sequentielle V-Modelle – stoßen dabei an strukturelle Grenzen. Sie erzeugen hohe Hardware-Abhängigkeiten, lange Rückkopplungszyklen und eine geringe Flexibilität bei Änderungen. Software-Defined Rapid Prototyping adressiert genau diese Herausforderungen.

Software-Defined Rapid Prototyping als Schlüsseltechnologie

Das Rapid-Prototyping-Modell basiert auf einem generativen, modellbasierten Ansatz, der die Systementwicklung vom ersten Entwurf bis zur frühen Validierung begleitet. Gleichzeitig werden Funktionen und Konfigurationen primär durch Software definiert und ersetzt dadurch starre Hardware. Dies erlaubt es, erste Funktionalitäten früh und auch parallel zu implementieren, sie iterativ zu verfeinern und in unterschiedlichen Szenarien zu testen.

Die Architektur der Systeme ist modular aufgebaut, wobei einzelne Komponenten wie Sensorlogiken, Bedrohungsmodelle oder Kommunikationsschnittstellen wiederverwendbar gestaltet sind. Diese Wiederverwendbarkeit beschleunigt die Erstellung neuer Prototypen und sorgt für Konsistenz über verschiedene Systemvarianten hinweg. Zudem erlaubt die Architektur eine skalierbare und parallele Entwicklung von unterschiedlichen Technologien die zu experimentellen Verbünden vernetzt werden können.

Virtuelle Systemmodelle bilden das Gesamtsystem strukturiert ab – von einzelnen Funktionen über Units und Komponenten bis hin zu Plattformen und Netzwerken. Sie dienen als Referenzrahmen für die Integration, machen Abhängigkeiten zwischen Modulen transparent und ermöglichen es, Schnittstellen systematisch zu prüfen.

Der große Vorteil dieses Ansatzes liegt darin, dass die Wirkung und Funktionsfähigkeit eines Systems bereits sichtbar werden, bevor physische Hardware überhaupt existiert. Damit können Schnittstellen, Abhängigkeiten und Anwendungsfälle früh bewertet und, falls notwendig, rechtzeitig Anpassungen vorgenommen werden. Entwicklungszeiten werden verkürzt, Risiken reduziert und die Grundlage für eine fundierte, datengetriebene Entscheidungsfindung geschaffen.

Digitale Zwillinge als Enabler

Digitale Zwillinge bilden reale Sensoren, Effektoren und sogar gesamte Gefechtsszenarien virtuell ab. Ihre Eigenschaften werden modelliert, parametrisiert und mit Echt- oder Testdaten angereichert. Für EMSO-Systeme bedeutet dies, dass Wellenformen realistisch emuliert, dynamische Radar-, Kommunikations- und Störstrategien abgebildet und Verhaltensmodelle von Bedrohungen und Plattformen simuliert werden können. Auch hochauflösende 3D-Modelle von Umgebungen und Bewegungen lassen sich erstellen.

Digitale Zwillinge können nahezu in allen Domänen der elektromagnetischen Kampfführung genutzt werden: Sie unterstützen die Optimierung von Radarsystemen, analysieren Störwirkungen und Bedrohungsreaktionen bei elektromagnetischen Gegenmaßnahmen, verbessern die Signalverarbeitung in der elektromagnetischen Aufklärung, prüfen die Robustheit und Interoperabilität von Kommunikationssystemen und ermöglichen die Simulation komplexer Plattformbewegungen sowie System-of-Systems (SoS)-Netzwerke.

Auf diese Weise ermöglichen digitale Zwillinge Tests, Training und Evaluierungen (T&E), noch bevor ein System physisch existiert und begleiten es über den gesamten Lebenszyklus. Sie erlauben schnelle Iterationen in der Entwicklung, unterstützen die funktionale Validierung und reduzieren Risiken. Gleichzeitig können Schnittstellen und System-of-Systems-Effekte frühzeitig geprüft werden, während T&E-Maßnahmen Leistungsparameter und Effektivität zuverlässig messen. Auch im Betrieb und für Ausbildungszwecke schaffen digitale Zwillinge realitätsnahe Trainingsumgebungen. Durch diese gemeinsame virtuelle Bezugsbasis können Hersteller und Nutzer Systeme unter identischen Bedingungen evaluieren und kontinuierlich verbessern, ohne teure Feldtests durchführen zu müssen.

Der Einsatz digitaler Zwillinge erfordert sorgfältige Berücksichtigung von Realitätsnähe, Cybersicherheit, Interoperabilität und Kompetenzaufbau. Modelle müssen Verhalten und Reaktionslogiken realistisch abbilden, Metadaten dürfen kein Einfallstor für Angriffe sein, gemeinsame Standards für Schnittstellen und Metadaten sind essenziell, und Entwickler wie Nutzer müssen mit modellbasierten Methoden vertraut sein. Ein übergreifender Architekturansatz, der einzelne Plattformen überschreitet, ist hierbei entscheidend.

Test und Evaluation neu gedacht

Mit ewTISS bietet die Elettronica GmbH aus Meckenheim bei Bonn die Lösung für eine virtuelle EMSO-Umgebung an, um die Wirksamkeit und Resilienz in zukünftigen System-of-Systems-Architekturen sicherzustellen. ewTISS ermöglicht die realitätsnahe Simulation des elektromagnetischen Spektrums als Operationsraum, in dem digitale Zwillinge vernetzt und gegen emulierte Bedrohungen getestet, validiert und zu Ausbildungs- und Instandsetzungs/-haltungszwecken in den operationellen Einsatz gebracht werden.

Traditionelle Feldtests in der elektromagnetischen Kampfführung sind wertvoll, jedoch teuer, schwer reproduzierbar und in ihrem Umfang begrenzt. Digitale Zwillinge in einer ewTISS™-Umgebung erweitern diese Testlandschaft, indem sie sowohl theoretische HF-Validierungen und Kalibrierungen im Labor als auch die Bewertung der Einsatzfähigkeit im realistischen EMSO-Kontext ermöglichen. Sie helfen, Interoperabilität in komplexen SoS-Netzwerken zu überprüfen, Bedrohungseinflüsse zu simulieren und Go/No-Go-Checks sowie EMI/EMV-Tests durchzuführen. Auf diese Weise verbinden digitale Zwillinge die Vorteile theoretischer Simulationen mit realitätsnahen Einsatzszenarien und erlauben reproduzierbare, datenbasierte Entscheidungen ohne zwingende physische Tests.

Software-Defined Defense: Ein neuer Entwicklungsmodus

Mit software-definierten Komponenten verschiebt sich das Verhältnis zwischen Hardware und Software. Systemverhalten wird primär algorithmisch abgebildet: Radarwellenformen, Antennencharakteristiken, Scan-Strategien, Störlogiken, Kommunikationsprotokolle – alles reproduzierbar und testbar in einem digitalen Modell. ewTISS bietet die Umgebung, um diesen neuen Entwicklungsmodus auch für EMSO-Systeme anzuwenden. Dabei ergeben sich entscheidende Vorteile:

• Hohe Flexibilität: Updates und Varianten ohne Hardwaretausch
• Geringe Kosten pro Iteration: Simulation statt Neuentwicklung
• Schnellere Entwicklungsschleifen: kurze Feedback-Loops
• Einheitliche Modellbasis: gleiche Metadaten für OEM, Zulieferer und Nutzer

Dies ermöglicht nicht nur technische Fortschritte, sondern schafft zugleich Transparenz und eine gemeinsame Sprache zwischen Ingenieuren, Operateuren und Beschaffern.

Ausblick der elektromagnetischen Kampfführung

Die Anwendung von Software-Defined Rapid Prototyping und digitale Zwillinge markieren einen strukturellen Wendepunkt für EMSO-fähige Systeme. Modellbasierte Entwicklung, früh sichtbare Systemwirkung und virtuelle Testumgebungen verschmelzen zu einem durchgängigen Engineering-Ansatz, der Innovationszyklen verkürzt und Risiken in allen Entwicklungsphasen reduziert. Für Streitkräfte wie Industrie entsteht damit die Möglichkeit, Komplexität nicht nur zu bewältigen, sondern aktiv zu gestalten.

In diesem Kontext setzt ewTISS einen besonderen Akzent für alle Beteiligten – Entwickler, Integratoren, Nutzer und Beschaffer. Die Plattform erlaubt es, softwaredefiniertes Prototyping konsequent auf Systeme anzuwenden, die im elektromagnetischen Spektrum wirken. Funktionen lassen sich parallel entwickeln, wieder- und weiterverwenden sowie in unterschiedlichen Abstraktionsebenen abbilden – von einzelnen Signalverarbeitungsblöcken bis hin zu vollständigen SoS-Architekturen. Digitale Zwillinge werden nahtlos eingebunden, sodass Szenarien nicht nur simuliert, sondern als „Versuche“ durchgespielt werden können, inklusive realistischer Interaktionen zwischen Komponenten, Plattformen und Bedrohungen. Auf diese Weise ermöglicht ewTISS die Validierung von Wirksamkeit, Resilienz, Effektivität und Effizienz unter reproduzierbaren, kontrollierten Bedingungen, lange bevor physische Systeme verfügbar sind.

Autor: Dr. Marcello Mariucci, Managing Director der Elettronica GmbH

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