Ground Based Augmentation System (GBAS)



 GBAS Überblick
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 GBAS Demonstrationsplattform
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Forschungen und neuere Entwicklungen haben gezeigt dass globale Satellitennavigationssysteme (GNSS) zusammen mit bodengestützten Augementierungssysteme (GBAS) eine vielversprechende Perspektive bieten, um auch unter schlechten Sichtbedingungen bis hin zu CAT-III (keine Anforderungen an eine Mindestsicht) eine verlässliche Navigation für Anflug und Landung von Flugzeugen zu gewährleisten. In diesem Zusammenhang hat das DLR Institut für Kommunikation und Navigation eine GBAS Demonstrationsplattform aufgebaut, welche heute bereits CAT-I Anflüge (200ft Entscheidungshöhe) unterstützt. Diese wird derzeit erweitert um in naher Zukunft den Meilenstein eines GNSS-basierten Navigationssystems zu erreichen, welches für CAT-III Bedingungen, und damit für automatische Landungen verwendet werden kann.

Architektur des Bodensystems:

Das Bodensubsystem auf dem DLR Forschungsflughafen in Braunschweig besteht aus drei Multi-Frequenz/Multi-Konstellations-Empfängern welche ihre Messwerte kontinuierlich und in Echtzeit einem Zentralrechner zur Verfügung stellen. Dort werden Korrekturwerte erzeugt und die Satellitensignale mit zahlreichen Monitoring-Algorithmen überwacht und auf ihre Güte hin überprüft. Diese Korrekturen und Integritätsinformationen werden in einem standardisierten Nachrichtenformat (ICAO SARPS, EUROCAE ED-114) an anfliegende Flugzeuge gesendet.

Die GBAS Demonstrationsplattform bietet einzigartige Möglichkeiten zur Integration von Software-basierten Empfängern, zur Implementierung und Evaluierung von weiterentwickelten Signal-Qualitäts-Monitoren, sowie Verfahren zur Detektion und Unterdrückung von Mehrwege-Effekten und Interferenz.

Zusätzlich zu den Haupt-Algorithmen zur Erzeugung der Korrekturen und Parametern für die anfliegenden Flugzeuge ist es notwendig permanent eine Vielzahl an zusätzlichen Monitoren (insbesondere für ionosphärische Anomalien) zu betreiben um die Robustheit des Systems für sicherheitskritische Anwendungen garantieren zu können.

Architektur des Bordsystems in Flugzeugen:

Der Empfänger an Bord des anfliegenden Flugzeugs wendet die vom Bodensystem generierten Korrekturen auf seine eigenen Messungen an und berechnet sich dann eine Positions-, Geschwindigkeits- und Zeitlösung (sog. PVT). Parallel hierzu werden die zusätzlichen Integritätsparameter aus der Nachricht vom Bodensystem verwendet, um zusammen mit eigenen Monitoren an Bord obere Schranken für einen möglichen Positionsfehler zu berechnen. Während aus diesen Informationen für den Piloten Steueranweisungen generiert werden, werden die Rohdaten und die berechneten Werte per TCP/IP an eine GBAS Demonstrator Terminal am Boden gesendet.

Um die strengen Anforderungen für die Navigation im zivilen Luftverkehr für Landungen ohne Außensicht zu erfüllen, sind auch an Bord eine Vielzahl zusätzlicher Monitoring-Algorithmen implementiert. Besonderes Augenmerk liegt auch hier auf der Erkennung von Ionosphären-Gradienten. Hierfür werden zwei Trägerphasenglättungen mit unterschiedlichen Zeitkonstanten (30 und 100s) durchgeführt um zeitliche Gradienten detektieren zu können.

GBAS Demonstration:

 
 GBAS Terminal an Bord
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 GBAS Terminal am Boden
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Das GBAS Demonstrator Terminal befindet sich am DLR Standort in Oberpfaffenhofen. Es wird unter Linux auf einem acht-kernigen Computer betrieben. Vier Monitore ermöglichen eine Visualisierung aller relevanten Parameter. Grafisch werden dort in Echtzeit u.a. die folgenden gemessenen, erzeugten und berechneten Werte von Bord- und Bodensystem dargestellt:

  • PVT Lösung mit sog. Protection Levels (Fehlerschranken)
  • Dilution of Precision (DOP) Werte (Einfluss der Satellitengeometrie)
  • Pseudorange- und Range-Rate Korrekturen
  • B-Werte zur Fehlererkennung im Bodensystem
  • P-Werte als Maß für die Ephemeriden- Dekorrelation

Alle Parameter werden für Post-Processing und zur Validierung der Verfahren aufgezeichnet. In Entwicklung befindet sich derzeit eine Schnittstelle zum DLR MASTER Signal-Generator zur Hardware Validierung im Post-Processing.

Zukünftige GBAS Navigationskonzepte:

Unser derzeitig existierendes GBAS dient auch als Entwicklungsplattform für zukünftige Konzepte und Verfahren. Wichtige zukünftige Erweiterungen sind bereits in Entwicklung:

  • Multi-Konstellations und Mehr-Frequenz GBAS zur Ausschöpfung aller Möglichkeiten der Satellitennavigation
  • Trägerphasen-basierte Lösungen mit Garantie der Integrität um Rollführung am Boden und automatische Gate-zu-Gate Navigation zu ermöglichen
  • Hybridisierung mit Trägheitsnavigation zur Erhöhung der Robustheit
  • Gemeinsame Betrachtung von Autopilot und GBAS um eine Aussage über die Gesamtleistungsfähigkeit des Systems treffen zu können

Kontakt
Boubeker Belabbas
Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR)

Institut für Kommunikation und Navigation
, Navigation
Tel: +49 8153 28-1129

Fax: +49 8153 28-2328

E-Mail: Boubeker.Belabbas@dlr.de
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Texte zu diesem Artikel
Alternative Positioning Navigation and Time (APNT) (http://www.dlr.de/kn/desktopdefault.aspx/tabid-7571/12814_read-32122/usetemplate-print/)
Integrität (http://www.dlr.de/kn/desktopdefault.aspx/tabid-7521/12708_read-32090/usetemplate-print/)