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GPS GPS
GLOBAL POSITIONING SYSTEM
02.09.2012 G. Breu 1
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Vergleich der Systeme Vergleich der Systeme
GPS GLONASS
Umlaufbahnen
Satelliten pro Bahn
Bahninklination
Bahnradius
Umlaufzeit
Umlaufwiederholung
6, gestaffelt 60°
4
55°
Ca. 20.200 km
11:58 h
1/pro Tag
3, gestaffelt 120°
8
64,8°
Ca. 25.510 km
11:16 h
Jeden 8. Tag
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Navigationsumsetzungsplan FAANavigationsumsetzungsplan FAA
OMEGA bis 1997 LORAN bis 2000 NDB bis 2006 VOR bis 2010 TACAN bis 2005 DME bis 2009
ILS (CAT I) bis 2010 ILS (CAT II) bis 2010 GPS (WAAS) -> GPS (LAAS) ->
WAAS = Wide Area Augmentation SystemLAAS = Local Area Augmentation System02.09.2012 G. Breu 3
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Positionsgenauigkeit Positionsgenauigkeit
GPS: 1,5 - 80 m
LORAN C: 200 m
TACAN: 400 m
INS: 1000 m
OMEGA: 2500m02.09.2012 G. Breu 4
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Benutzungsregelung in der BRDBenutzungsregelung in der BRD
GPS Erprobungsphase abgeschlossen
Mit Wirkung vom 02.12.1999 können die
von der DFS veröffentlichten Anflug-
verfahren von hierfür qualifizierten
Luftfahrern genutzt werden
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Anforderung an die QualifikationAnforderung an die Qualifikation
Ausreichende theoretische und praktische Kenntnisse
Die Qualifikation in der Anwendung der GPS-Verfahren und der Verwendung von GPS-Empfängern ist nachzuweisen: Als Nachweis gilt die Bestätigung von
Geräteherstellern oder von anerkannten Trainingseinrichtungen
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QualifikationQualifikation
Einweisung durch Flugschulen und deren Fluglehrer (einschl. Einweisungsberechtigte und Sachverständige)
Die Bestätigung kann über einen Eintrag im Flugbuch erfolgen
02.09.2012 G. Breu 7
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Empfehlung für QualifizierungsinhalteEmpfehlung für Qualifizierungsinhalte
Theorie: Funktionsweise von GPS GPS Anflugverfahren Datenbanken
Praktischer Teil Gerätebedienung einschließlich Nutzung der
Datenbank Besonderheiten der Flugvorbereitung (RAIM-
Prädiktion) Flugdurchführung
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Mindestanforderungen Mindestanforderungen
Vollständige Preflight-Checks mit Eingabe der erforderlichen Daten
Ein GPS-Approach als PF und ein Approach als PNF; ein Anflug muss mit einem Fehlanflugsverfahren durchgeführt werden
Dokumentation des Verfahrens im Formblatt und im Flugbuch
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Vorteile von GNSSVorteile von GNSS
Allwetterbetrieb Weltweite Navigation Navigation zu jeder Zeit Hohe Genauigkeit Präzise Zeit Satelliten auch für Kommunikation nutzbar
Unbegrenzte Teilnehmerzahl Weltweit gemeinsames Nav.-
Koordinatensystem Preiswertes Nutzersystem
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Nachteile von GNNSNachteile von GNNS
Relativ geringe Aktualisierungsrate des GPS
Neue Komponenten für Boden- Bord- und Raumsysteme erforderlich
Keine Betriebsgarantie Genauigkeit für „nichtautorisierte“
Benutzer kann künstlich verschlechtert werden
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Grenzen der GPS-KomponentenGrenzen der GPS-Komponenten
Zur Zeit gelten die JAA-Übergangsrichtlinien
Kontinuität und Verfügbarkeit erfordern weitere Hilfsmittel
Warnungen bei Fehlanzeigen dauern zu lange
02.09.2012 G. Breu 12
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SystemkomponentenSystemkomponenten
Boden- Raum- und Bordsegment
Datastream 50 b/s
S-Band Uplink4000 b/s
Sendeleistung20 W
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BodensegmentBodensegment
Hauptkontrollstation (Master Control Station)
Weltweit verteilte Überwachungs- und Datenübertragungsstationen (Monitor- und Uploading Station)
Aufgabe der MCS ist die Genauigkeit zu gewährleisten (Überwachen, Korrekturdaten senden)
02.09.2012 G. Breu 14
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RaumsegmentRaumsegment
Alle auf 6 untersch. Bahnen umlaufende Satelliten, je Bahn kreisen 4 Satelliten
NAVSTAR/GPS besteht aus 24 Satelliten, davon 21 regulär und 3 als Reserve
Betriebsdauer ist auf 7,5 Jahre ausgelegt Hauptbestandteil sind zwei Rubidium- und
zwei Cäsiumatomuhren
02.09.2012 G. Breu 15
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BordsegmentBordsegment
Eigentlicher Empfänger an Bord eines Luftfahrzeuges
Primäre Aufgabe besteht aus der autom. Satellitenselektion, Signalauflösung, Signalverfolgung (Tracking) und Laufzeitmessung
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Anordnung der SatellitenAnordnung der Satelliten
24 Satelliten 6 Umlaufbahnen 20200 km Höhe Bahninklination 55 °
zur Äquatorebene geneigt
Umlaufzeit ca. 12 h
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SendefrequenzenSendefrequenzen
Frequenz Code
L1
L2
1.575,42 MHz C/A + P
1.227,6 MHz P
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GPS - BordanlageGPS - Bordanlage
Antenne Installation nahe am Schwerpunkt Abschattung und Abschirmung vermeiden
Hauptinformationen des GPS Position Richtung Geschwindigkeit Zeit
02.09.2012 G. Breu 19
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BedienteilBedienteil
NAV Navigationsseiten sind aktiviert WPT Wegpunktseiten RTE Streckenseitenanzeige MSG GPS-Nachricht liegt vor MOREWahl zwischen mehreren Möglichkeiten DATA Anzeige, wenn Satellitendaten
gelesen werden ACQ Zeigt Suche nach Satelliten an 2D/3D Zeigt die Art der Positionsbestimmung an
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Bedienteil-AnzeigenBedienteil-Anzeigen
DTK Desired Track-Bezeichnet den rechtweisenden Kurs in Grad zwischen FROM und TO WPT
BRG Bearing (Richtung, Peilung) Winkel zwischen geogr. N und dem anzusteuernden WPT
CTS Course To Steer - Steuerkurs RNG Range - Entfernung zum nächsten WPT DMG Distance Made Good - zurückgelegte
Entfernung CMG Course Made Good - Peilung vom FROM-WPT TRK Winkel zwischen geo. N und der
Bewegungsrichtung über Grund02.09.2012 G. Breu 21
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BedienteilanzeigenBedienteilanzeigen
TRN Turn Instruction-Winkelunterschied zwischen BRG und CTS
ETE Estimated Time Enroute-Zeit bis zum nächsten Wegpunkt
GS Ground Speed - Tatsächliche Geschwindigkeit über Grund
VMG Velocitiy Made Good (GPS zeigt die errechnete Durchschnittsgeschwindigkeit an
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TN
TRK
BRG
Navigationsterme Navigationsterme
CTS
CMG
DMG
GSDTK
TN
FROM-WPT 1
WPT 2TO-WPT
RNG
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Wie funktioniert ein GPS Wie funktioniert ein GPS
Die Position wird bestimmt (3 Koordinaten) indem man die Positionen und die Schrägentfernungen zu drei Satelliten gleichzeitig bestimmt
Die Schrägentfernung wird bestimmt durch Zeitmessung, wie lange ein Signal benötigt, um vom Satelliten zum Bodenempfänger zu gelangen
Die Laufzeit wird bestimmt durch Vergleich des von gleichzeitig am Boden und im Satelliten erzeugten Pseudo-Random Codes
Mit Kenntnis der GPS-Systemzeit und der Laufzeit kennt man die Satellitenposition, da sich die Satelliten auf festen, bekannten Orbits bewegen.
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Wie funktioniert GPS Wie funktioniert GPS
Speed of light * time
2= DME-Dist.
Funktion wie ein DME, jedochwird nur eine Wegstrecke vomSatelliten zum Lfz gemessen.
Satellit sendet eine Navigations-/Zeitreferenz aus, anhand der Empfänger die Entfernung ermittelt.
02.09.2012 G. Breu 25
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Pseudoentfernungsmessung Pseudoentfernungsmessung
Zeitverzögerung t
PRN-Code
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Positionsbestimmung ohne Uhrenfehler Positionsbestimmung ohne Uhrenfehler
A4 sek.6 sek.
12
02.09.2012 G. Breu 27
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Positionsbestimmung mit Uhrenfehler Positionsbestimmung mit Uhrenfehler
4 sek.6 sek.
12
A
B
5 sek.
7 sek.02.09.2012 G. Breu 28
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Position an Punkt A bei genauer Empfängeruhr und 3 SatellitenPosition an Punkt A bei genauer Empfängeruhr und 3 Satelliten
A4 sek.
6 sek.
12
8 sek.
02.09.2012 G. Breu 29
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Positionsbestimmung mit Uhrenfehler und 3. SatellitenPositionsbestimmung mit Uhrenfehler und 3. Satelliten
A
7 s
6 s
SAT2
B
8 s
SAT3
9 s
C D
4 s
SAT1
5 s
02.09.2012 G. Breu 30
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BegriffeBegriffe
Pseudo-Range - Die im Empfänger inst. einfache Uhr ist mit einem Fehler behaftet. Die Entfernung zwischen Satellit und Empfänger entspricht nicht exakt der geometrischen Entfernung
Integrity (RAIM) - System teilt dem Benutzer mit, ob es innerhalb der spezifizierten Genauigkeit arbeitet bzw. warnt rechtzeitig - Für RAIM muß ein 5. Satellit in Sicht sein.
SA - Selective Availability - Künstliche Verschlechterung des Systems auf 100 - 300 m; nur der ungenauere C/A Code kann empfangen werden
02.09.2012 G. Breu 31
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BegriffeBegriffe
GDOP - Geometric Dilution of Precision - Die Genauigkeit der Orts- Geschwindigkeits- und Zeitermittlung ist im großen Maße von der geometrischen Konstellation der Satelliten relativ zum Beobachter abhängig
DGPS - Differenzialverfahren - Verfahren um die nur mittelmäßige Genauigkeit der Positionsbestimmung für bestimmte Flugabschnitte mit Werten einer Referenzbodenstation zu verbessern (Präzisionsanflüge)
02.09.2012 G. Breu 32
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Wie geht es weiter ? Wie geht es weiter ?
GPS auch in den nächsten 2 - 4 Jahren nicht alleiniges Navigationsmittel
VOR/DME/ILS bleiben weiterhin erforderlich Wenn sich eine konv. Navigationsausrüstung an Bord
befindet, können IFR-taugliche GPS-Empfänger für IFR-Direktstrecken benutzt werden
GPS kann ein DME oder NDB ersetzen, wenn das DME- oder NDB-Fix in der DB des Empfängers gespeichert ist (nicht jedoch auf dem ILS !).
02.09.2012 G. Breu 33
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Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit
Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit
Gerhard Breu
02.09.2012 G. Breu 34
