Zuverlässige Navigation auch ohne Satelliten: Alternativen und Ergänzungen zu GNSS
Globale Satellitennavigationssysteme (GNSS) sind ein essenzieller Bestandteil der modernen Luftfahrt. GNSS Störungen oder Ausfälle können die Sicherheit und Effizienz des Luftverkehrs daher erheblich beeinträchtigen. Das Forschungsprojekt PEAC - Performance Enhanced Alternatives and Complements to GNSS entwickelte bodengestützte Alternativen und Ergänzungen zu GNSS weiter, um die Luftraumnavigation unabhängiger und robuster zu gestalten.
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Laufzeit: Januar 2022 bis Dezember 2024
Navigieren ohne GPS
Satellitensysteme wie GPS oder Galileo können ausfallen – sei es durch technische Störungen oder natürliche Einflüsse wie Sonnenstürme. Ein Ausfall kann Folgen für die Luftfahrt haben, da eine präzise Positionsbestimmung essenziell für sichere Flugrouten und effizientes Luftverkehrsmanagement ist. PEAC (Performance Enhanced Alternatives and Complements to GNSS) entwickelte daher bodengestützte Verfahren wie das LDACS-Funkverfahren weiter, das unabhängig von Satelliten arbeitet und neben der Datenübertragung auch zur Navigation genutzt werden kann. Damit wurde eine Alternative zu GNSS Systemen geschaffen.
Das LDACS-Funkverfahren (L-band Digital Aeronautical Communications System) ist ein digitales Kommunikationssystem für die Luftfahrt. Es wurde entwickelt, um analoge Funkkommunikationssysteme zu ersetzen und eine zuverlässige, schnelle Datenverbindung zwischen Flugzeugen und Bodenstationen bereitzustellen.
Wie funktioniert alternative Navigation ohne GNSS?
Während GNSS die Signale unterschiedlicher Satelliten benötigt, nutzt die alternative Navigation (z.B. LDACS oder Distance Measuring Equipment – DME) bodengebundene Sender, um Entfernungen zu messen und daraus die Position eines Flugzeugs zu bestimmen. Dieses Prinzip ähnelt klassischen Funknavigationssystemen, ist aber durch moderne Technologien wesentlich präziser. Zudem kann das System zur Zeitsynchronisation verwendet werden. Im Projekt PEAC wurden Methoden entwickelt, um die Messgenauigkeit des Verfahrens weiter zu verbessern und Störungen durch atmosphärische Effekte oder Mehrwegeausbreitung zu minimieren. Das Ziel war es, eine Positionsgenauigkeit von unter 40 Metern für 95 Prozent der Zeit und eine Zeitsynchronisierung mit Abweichungen von nicht mehr als 50 ns bereitzustellen – selbst unter schwierigen Bedingungen.
Sicherheitsgewinn durch alternative Navigationssysteme
Ein zentraler Forschungsaspekt in PEAC war die Prüfung, wie sich die Verfügbarkeit eines alternativen Navigationssystems auf die Sicherheit im Luftraum auswirkt. Besonders im Falle eines GNSS-Ausfalls stellt sich die Frage, ob alternative Systeme bei gleichem Verkehrsaufkommen das gleiche Sicherheitsniveau aufrechterhalten können. Ein wichtiges Ziel des Projekts war daher die Entwicklung von Methoden zur technisch-operationellen Bewertung alternativer Navigationslösungen im Luftverkehrskontext.
Das Institut für Luftverkehr analysierte hierzu im Rahmen des Projekts, welche Auswirkungen verschiedene APNT-Systeme auf das Sicherheitsniveau im Luftraum haben. Dazu wurde eine Vergleichsmetrik auf Basis des horizontalen Kollisionsrisikos von Luftfahrzeugen erarbeitet, die einen Vergleich verschiedener Systeme ermöglicht. Grundlage dieser Analysen waren reale Flugdaten, Profile für die räumliche Verteilung der Navigationsleistung und Simulationen, in denen das Kollisionsrisiko für verschiedene Navigationsszenarien berechnet wurde.
Die Ergebnisse zeigen das Potential alternativer Navigationslösungen auf, in kontinentalen Lufträumen bei GNSS-Ausfällen das kollisionsbezogene Sicherheitsniveau beibehalten zu können.
Das Projekt PEAC – Zuverlässige Navigation in der Luftfahrt
Beteiligte DLR-Institute: DLR-Institut für Kommunikation und Navigation, DLR-Institut für Luftverkehr
Weiterentwicklung von Bodenstationsnetzwerken und APNT-Technologien
Zukünftige Arbeiten fokussieren sich auf die Auslegung der Bodenstationsnetzwerke, den Vergleich verschiedener APNT-Technologien sowie die langfristige Bewertung der Auswirkungen auf den Luftraum und neue Flugverfahren.
