Navigation TUD

System o./u. Pilot sollen Warnung ausgeben, sollte die Anforderung an die Genauigkeit (accuracy) nicht erfüllt werden oder die Wahrscheinlichkeit eines lateralen TSE von > 2 NM größer als 10–5 pro Flugstunde ist

▪ Signal-in-space: bei GNSS-Nutzung muss System warnen, wenn ein lateraler Positionsfehler von > 2NM aufgrund eines signal-in-space Fehlers häufiger als 10–7 pro Flugstunde auftritt

➢ Die bisher behandelten Navigationssysteme ermitteln je nur eine Art der navigatorischen Information. Abhängig von der Art der Sensoren können grundsätzlich folgende drei Arten von Navigationsdaten generiert werden:

▪ Entfernung und/oder Richtung zu einem Bezugspunkt (bezugspunktabhängige Navigation)

▪ Betrag und Richtung einer Beschleunigung

▪ Betrag und Richtung einer Geschwindigkeit

➢ Jedes dieser Verfahren hat seine spezifischen Vor- und Nachteile. Für jede Anwendung kann das jeweils günstigste Verfahren ausgewählt werden; zur Erhöhung von Genauigkeit, Zuverlässigkeit, Verfügbarkeit und Integrität Kombination der teilweise konventionellen Systeme zu einem integrierten Navigationssystem (Multisensorkonzept)

Bodensegment

Raumsegment

Nutzersegment

Kontrollsegment

▪ Direkte Kontrolle und Steuerung der Satelliten

▪ Erzeugung der für die Echtzeitnavigation benötigten Navigationsdaten

Erledigung der Aufgaben:

▪ Beobachtung der Satellitenorbits und Extrapolation der Bahndaten

▪ Beobachtung der Satellitenuhren und Extrapolation deren Verhaltens

▪ Übersendung der Vorhersagen über Bahndaten und Uhrenverhalten an die Satelliten zur Weitergabe an das Nutzersegment

alle Anwender, insbesondere bei der Positionsbestimmung in Echtzeit von:

▪ Luftfahrzeugen

▪ Seefahrzeugen

▪ Landfahrzeugen

▪ Militärischen Flugkörpern

- Mind. 24 aktive Satelliten auf sechs nahezu kreisförmigen Umlaufbahnen + Reservesatelliten; d.h. min. 4 Navigationssatelliten pro Umlaufbahn

- Zur Zeit 32 aktive Satelliten - Sechs Orbits A,B,C,D,E,F; Inklination der Orbits = 55°

- In Äquatorebene sind die Bahnen um 60° versetzt

- Höhe der Umlaufbahnen über EO beträgt ~ 20.200 km

. Im geplanten Endausbau 24 aktive Satelliten auf drei nahezu kreisförmigen Umlaufbahnen + 6 Reservesatelliten; d.h. min. 8 Navigationssatelliten pro Umlaufbahn im gleichen Abstand (45°) zueinander

- Zur Zeit 22 aktive Satelliten

- Seit Dez. 2016 GALILEO offiziell nutzbar, ab 2020 soll voller Funktionsumfang zur Verfügung stehen hohe weltweite Verfügbarkeit (> 90%) von mind. 4 Satelliten

- Drei Orbits; Inklination der Orbits = 56°

- Höhe der Umlaufbahnen über EO beträgt ~ 23.222 km

Die Lage des Satellitenorbits im Raum wird durch ein astronomischkartesisches Koordinatensystem beschrieben:

- Koordinatenursprung – Geozentrum

- Z-Achse ... Drehachse der Erde

- XZ-Ebene ... definiert durch die Z-Achse und Frühlingspunkt

- Y-Achse ... Drehung der X-Achse um 90° gegen den Uhrzeigersinn

➢ Form und Orientierung bzw. Lage der ungestörten Kepler-Ellipse als Satellitenorbit werden durch sechs Bahnelemente bestimmt

➢ Form der Bahnkurve wird beschrieben über:

- Länge der großen Halbachse a

- Numerische Exzentrität ε

- Punkt des Durchganges des Satelliten durch Perigäum

Laufzeitmessung von Signalen, welche von Satelliten mit bekannter Position ausgesendet werden, ergibt sog. Pseudoentfernungen

- Datensatz zur groben Bestimmung der Zeit und Position verfügbarer Satelliten → beschleunigte Signalsuche

- Wird von allen Satelliten für alle Satelliten des Systems alle 12,5 Minuten ausgesendet und ist in der Regel für eine Woche gültig

Datensatz zur:

-genauen Bestimmung der Satellitenpositionen durch Empfänger

-genauere Bahnbeschreibung  

-Korrekturdaten zur Berechnung der Laufzeiten und Daten (sind nach 2-6 Stunden veraltet)

Vier Einweglaufzeitmessungen zu vier Satelliten i ergeben:

\(\rho_i= {\sqrt{(x_i-x_p)²+(y_i-y_p)²+(z_i-z_p)²}} + c*\Delta t_u\)

Unterstützungssysteme

-Satellite Based Augmentation System (SBAS)

-Ground Based Augmentation System (GBAS)

Durch SBAS Berücksichtigung ionosphärischer Laufzeitfehler, Ephemeriden- und Uhrenfehlern;

verbesserte Korrekturdaten von Bodenstation an geostationäre Satelliten und

von diesen an Nutzer gesendet als „GPS look-alike signal“

▪ Genauigkeit der Zeitmessung besser als 10 Nanosekunden

▪ Horizontale Positionsgenauigkeit 1 – 2 m

▪ Vertikale Positionsgenauigkeit 2 – 4 m

Fehlerkomponenten

▪ Satellitenbahnfehler

▪ Standliniengeometrie (Satellitenkonstellation)

▪ Messrauschen

▪ Mehrwegeausbreitung (Multipath-Efekte)

▪ Satellitenuhrenfehler/ Zeitmessung

▪ Troposphärische/ionosphärische Refraktion

Fehlerklassen

▪ Fehler aufgrund Entfernungsmessverfahrens (UERE)

▪ Ortungsfehler aufgrund Geometrie Satellit – Empfänger (DOP-Faktor) Dilution of Precision = Abschwächung der Genauigkeit aufgrund ungünstiger Satellitenkonstellationen

GLS kann alle Aufgaben des ILS übernehmen ( Anflugwinkel, Anflughöhe)

--> bis zu 49 Anflugvarianten

--> größere Höhen möglich (Lärmschutz)

--> Sendeleistung und Vermessung deutlich geringer (Kosten und Lärmintensive Flugvermessung)

=> ABER wenn GBAS ausfällt und kein Redundanzsystem vorhanden, Ausfall betrifft gesamten Flughafen und alle SLB

Vorgänge, die für Führung von Land-, See-, Luft-, und Raumfahrzeugen wesentlich sind zur Klärung folgender Fragen:
- WO befindet sich das Fahrzeug?

- WOHIN gelangt das Fahrzeug, wenn keine Bewegungsänderung vorgenommen wird?

- WAS ist zu tun, um gewünschtes Ziel zu erreichen?

Das Führen eines Fahrzeuges von Ausgangspunkt A zu Zielort Z

Ermittlung von :

1) Standort

2) Bewegungszustand (v, a)

Navigation ist „Weg-gebunden“ → Weg von A – Z

Ortung ist „Ortsgebunden“ → Standort + Bewegungszustand

- Funknavigation* - Terrestrische Navigation

- Trägheitsnavigation* - Astronomische Navigation

- Satellitennavigation* - Koppelnavigation

*= vorrangig in ziviler Luftfahrt

→ in Praxis mindestens ZWEI Verfahren parallel

- Funknavigation*
- Trägheitsnavigation*
- Satellitennavigation*
- Koppelnavigation

- Terrestrische Navigation
- Astronomische Navigation

*= vorrangig in ziviler Luftfahrt

→ in Praxis mindestens ZWEI Verfahren parallel

A: Orts/Positionsbestimmung ohne Gegenseite

K: Zusammenwirken von LFZ ↔ Bodenstation oder LFZ ↔ Satellit

- Funkentfernungsmessungssystem

- Sekundärradar

- UKW- Drehfunkfeuer

- ungerichtete Funkfeuer (NDB)

- Primärradar

- Peileranlagen

- Funkhöhenmesser

- Trägheitsnavigationsanlagen

TN - True North

MN - Magnetic North

CN - Compass North

TN- True North = Orientierung am geografischen Nordpol

MN- Magnetic North = Orientierung am magnetischen Nordpol

CN- Compass North = Orientierung am magnetischen Nordpol, dessen Lage durch äußere Einflüsse gestört ist

ein in der horizontalen Ebene gemessener Winkel

(wird von einer anzugebenden Bezugsrichtung aus im Uhrzeigersinn von 000° bis 360° gezählt und dreistellig geschrieben)