Multi-Konstellations-GBAS für gekrümmte Steilanflüge

Abstract

Moderne Satellitennavigation erlaubt die freie Positionierung von Wegpunkten im Raum. Darüber hinaus ermöglicht die erreichbare Genauigkeit und Integrität durch den Einsatz eines Ground Based Augmentation Systems (GBAS) Präzisionsanflüge sogar bei schlechten Sichtbedingungen. Dies bildet die Grundlage für lärmarme und lärmvermeidende Anflugverfahren, die ein gekrümmtes und/oder steileres Profil als Standardanflüge aufweisen. In dieser Arbeit wird auf die Fliegbarkeit solcher Anflugverfahren und technische Aspekte auf der Empfängerseite bei diesen Verfahren eingegangen. Bei einem GBAS werden Korrektursignale für alle aktuell an dem jeweiligen Flughafen sichtbaren Satelliten vom Boden an die Luftfahrzeuge im Empfangsbereich verschickt. Mit diesen Korrektursignalen können die Luftfahrzeuge ihre Position sehr genau und verlässlich bestimmen. Außerdem wird über ein GBAS der Sollanflugweg (oder mehrere mögliche Anflugwege) an die Luftfahrzeuge verschickt. Diese Kombination erlaubt komplexe Anflugverfahren, die durch gekrümmte Anflugwege bewohnte Gebiete im Flughafennahbereich vermeiden oder durch leicht steilere Profile ein längeres Fliegen in größerer Höhe ermöglichen und so den Abstand zum Boden vergrößern, was eine Verringerung des Wahrgenommenen Lärms am Boden zur Folge hat. Um zu gewährleisen, dass ein höchstes Maß an betrieblicher Sicherheit bei solch komplexen Verfahren gewährleistet werden kann, wurde in dieser Arbeit zunächst die Durchführbarkeit solcher Verfahren untersucht. Daneben wurden einige technische Aspekte der Satellitennavigation bei diesen Verfahren beleuchtet. Ein Problem, welches bei gekrümmten Anflügen auftreten kann, besteht im möglichen Verlust von Satelliten niedriger Elevationen. Durch die in den Kurven auftretenden Rollwinkel wird die Wahrscheinlichkeit, dass der Kontakt zu einem Navigationssatelliten verloren geht gegenüber geraden Anflugpfaden deutlich erhöht. Dies ist einerseits bedingt durch die Änderung der Satellitenelevation in Bezug auf die Antenne selbst, andererseits treten insbesondere durch die Tragflächen auch Abschattungen auf, welche zu Signalverlusten oder Cycle-Slips führen können. Auch nach erfolgreicher Reakquise der Navigationssignale steht ein Satellit erst nach der Konvergenz der Smoothing-Filter zur Verfügung. Bei dynamischen Anflugverfahren ist deshalb von einer Degradation der Satellitengeometrie auszugehen, während gleichzeitig die höchsten Anforderungen bezüglich Genauigkeit und Integrität an das Navigationssystem gestellt werden. Aus diesem Grund ist in diesem Fall die Verwendung einer zweiten Konstellation von Navigationssatelliten besonders hilfreich. In dieser Arbeit stellen wir die Ergebnisse aus Flugversuchen zu GBAS-basierten gekrümmten Anflügen dar und zeigen beispielhaft die Vorteile der Verwendung einer Kombination von GPS und Galileo Satelliten. Durch die deutlich größere Anzahl an zur Verfügung stehenden Navigationssignalen lassen sich deutlich höhere Elevationsmasken realisieren, sodass die Auswirkungen von Rollwinkeln im Anflug deutlich reduziert werden können. Aufgrund der typischerweise größeren Messfehler bei Satelliten niedriger Elevation lassen sich zusätzlich auch noch Mehrwegeeffekte reduzieren, sodass in dieser kritischen Flugphase stets die strikten Anforderungen an die Genauigkeit und Zuverlässigkeit der Navigation erfüllt werden können.