Welche Kalibrierungen braucht ein Dienstleister?

Welche Kalibrierungen braucht einDienstleister?

Dr. Jochen Bredemeyer

J. Bredemeyer Welche Kalibrierungen braucht ein Dienstleister?

• Dienstleistung “Flugvermessung”

• Systeme und Frequenzen

• Flugvermessungssystem

• Antennenmessungen

• Zusammenfassung und Folgerungen

Gliederung


Dienstleistung “Flugvermessung”

Was ist Flugvermessung und wer beauftragt?

Flugvermessung bezeichnet die Kalibration von Ortungs- undNavigationsanlagen in der Luft aus Sicht eines Flugzeugs mit autonomerReferenz

Flugsicherung ist in Deutschland hoheitliche Aufgabe im Geschäftsbereichdes Bundesverkehrsministeriums (BVBW)

DFS Deutsche Flugsicherung nimmt Aufgabe wahr im Auftrag des BVBW

DFS beauftragt ihrerseits Flugvermessungsunternehmen

Historie: Flugvermessung war früher Teil der vormaligen BFS undLuftwaffe, heute als FCS Gemeinschaftsunternehmen von DFS, Skyguideund Austrocontrol, weiterer Kunde Bundeswehr

Eigenschaften von allen Anlagen der Flugsicherung sind internationalfestgelegt in Regelwerken der ICAO (Intern. Zivilluftfahrtorganisation)


Systeme und Frequenzen

Ortungs- und Navigationsanlagen der Luftfahrt (1)

Bodengebundene Navigationsanlagen liefern als Navigationshilfen inder Strecke Winkel- und Richtungsinformation:

• VOR (VHF Omnidirectional Ranging): Drehfunkfeuer und liefert Kursals Winkel Richtung Nord, f = 108 …118MHz

• DME (Distance Measurement Equipment):Enfernungsbestimmung, f = 962 … 1213MHz

• TACAN (Tactical Air Navigation, militärisch): basiert auf DME undliefert zusätzlich Winkel (genauer als VOR)

• NDB (Nondirectional Beacon):Standlinie zu Flugzeuglängsachse, f = 190 – 600kHz



Genaueste und kritischste Navigationshilfe ist die bei der Landung:ILS (Instrumentenlandesystem) liefert Abweichung in Elevation undAzimut und bildet Ideallinie zum Aufsetzpunkt auf Landebahnf (Localizer, Landekurs) = 108 ... 112MHzf (Gleitweg) = 328 ... 336MHz3 Kategorien der Präzision: CAT I, II, III

Warum ist GPS keine Universallösung für alle Navigationsaufgaben?Fehlende Integrität und keine Einflussnahme der zivilen Flugsicherung!

Satellitennavigation mit Korrektur (DGPS) als Hilfsmittel bei der Landungzukünftig für CAT I (1500m hor., 120m vertikale Sicht) zugelassen:GBAS (Ground Based Augmentation System) mit VHF-Telemetrie, f = 112 – 118MHz




Sekundärradar (SSR) bildet zusammen mit Primärradar das Rückgrat derFlugsicherung:Ortung von Flugzeugen in Entfernung (Primärradar) sowie Kennung undFlughöhe (SSR) erlaubt Steuerung des Luftverkehrs durch FluglotsenFlugvermessung: Reichweitenbestimmung (Coverage) beim SSR,f = 1030/1090MHz

Präzisionsanflugradar (PAR) der BundeswehrPassive Flugvermessung als Zieldarstellung im Anflug, f = 10 GHz



SenderSignalformat

Bodenantenne BordantenneDiagramm,Polarisation,räumlicheModulation

Diagramm,Polarisation

Funkfeld

Mehrwegeausbreitung

Empfänger

Signalauswertung

Flugzeug

Der Übertragungskanal in Abhängigkeit seiner Komponenten

Forderungen der ICAO im Regelwerk „DOC 8071“:


Messung der Feldstärke ( dBµV/m ) mit anlagenabhängigen Toleranzen(Beispiel ILS: 3dB)

Messung der Genauigkeit der Navigationsinformation innerhalbfestgelegter Toleranzen


Messung der Feldstärke einer GBAS-Telemetrie mit CW-Signal (Zürich)


Differenz hervorgerufen durch Kabelverlusteund unbekannte Antennendiagramme


Zwei Beech Super King Air 350;

Flugvermessungssysteme (FIS) der Firma Aerodata,2 Offline-Auswertesysteme, weitereSystemkomponenten, insbesondere Laser Tracker

Radarflugvermessung mit LearJet - Flugzeugen imSubcharter

Flugvermessungssystem (FIS)

Flugzeug als Träger des Flugvermessungssystems


Aufbau eines Flugvermessungssystems

DISPLAYKEYBOARD

DIRECTOR +AUTOPILOT

FLIGHT

DATAACQUISITION +PROCESSING UNIT

ILS / VOR

DME

TACAN

MARKER

ADF

MLS

SSR

COM

RECEIVER

COLORPRINTER

DATASTORAGE

COCKPITSPECIAL

MISSION DISPL.

INS BARO. ALT.

LASERTRACKER

GPS DGPS

MULTI-DME

PositionReference

OSCILLOSCOPESPECTR.ANALYZER ,

FIS equipment in aircraftAircraft Antennas

Receivers

Phase Ambiguity

Calibration in regular intervals

DGPS



Beispiel Flugzeugantenne: VHF/UHF Doppeldipol


Antenne als Bauteil, aerodynamisch günstige Form des Antennenträgers




Montagepunkt am Flugzeug („Top-Antenne“)




Messung des Horizontaldiagramms am Boden fehlerträchtig durch Reflexionen


Probleme bei der Feldstärkemessung


Verhalten der Antennen in ihrer Umgebung ist weitestgehend unbekannt

Bei großen Wellenlängen (>> Flugzeuggröße) wie NDB (>500m) kannAntenne allein vermessen werden unter Vernachlässigung desFlugzeuges, Vermessung in TEM-Zelle

Bei Wellenlängen von 3m oder kleiner (alle anderen Navigationsanlagen)muss Flugzeugkörper mit einbezogen werden

Lösung: Räumliche Freifeldvermessung der Antennen oder ihreSimulation, Erfassung der Flugzeuggeometrie und Berechnung derAntenne mit Flugzeug (z.B. mit Momentenmethode), sehr aufwändig!


Vermessung einer NDB-Antenne in TEM-Zelle der PTB

Antennenmessungen


Vermessung einer NDB-Antenne in TEM-Zelle der PTB

Antennenmessungen

flacher Antennenkörperder Aktivantenne


Bestimmung des frequenzabhängigen K-Faktors alsZusammenhang Feldstärke / Antennenspannung

Antenne 1

Antennenmessungen

Antenne 2

200 240 280 320 360 400 440 480 52037.2

37.4

37.6

37.8

38

38.2

38.4

38.6ANT-462A

Frequenz / kHz200 240 280 320 360 400 440 480 520

36.5

36.6

36.7

36.8

36.9

37

37.1

37.2

37.3

37.4ANT-462A

Frequenz / kHz

K = 38dB (1/m) K = 37dB (1/m)


Zusammenfassung und Folgerungen

Eines der Hauptprobleme der Flugvermessung ist die Ungenauigkeit derrichtungsabhängigen Feldstärkemessung im Raum

Freifeldmesseinrichtung ist hilfreich bei kleinen Wellenlängen zurValidation von Rechnungen

Ansatz zur Verbesserung ist zunächst getrennte Vermessung oderBerechnung von Antenne sowie Flugzeug und spätere Fusion

Die gegenwärtig geforderten Genauigkeiten sind bisher von keinerFlugvermessung weltweit exakt nachgewiesen worden

Unsichere Reichweitenbestimmung führt zu vorgeschriebenenEinschränkungen der Nutzung von Anlagen

Kalibration von Antennen in TEM-Zellen ist bedingt möglich

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