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GPS. GLOBAL POSITIONING SYSTEM. GPS. GLONASS. 3, gestaffelt 120°. 6, gestaffelt 60°. Umlaufbahnen. Satelliten pro Bahn. 4. 8. Bahninklination. 55°. 64,8°. Bahnradius. Ca. 20.200 km. Ca. 25.510 km. Umlaufzeit. 11:58 h. 11:16 h. Umlaufwiederholung. 1/pro Tag. Jeden 8. Tag.

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Presentation Transcript

  1. GPS GLOBAL POSITIONING SYSTEM G. Breu

  2. GPS GLONASS 3, gestaffelt 120° 6, gestaffelt 60° Umlaufbahnen Satelliten pro Bahn 4 8 Bahninklination 55° 64,8° Bahnradius Ca. 20.200 km Ca. 25.510 km Umlaufzeit 11:58 h 11:16 h Umlaufwiederholung 1/pro Tag Jeden 8. Tag Vergleich der Systeme G. Breu

  3. 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) -> Navigationsumsetzungsplan FAA WAAS = Wide Area Augmentation System LAAS = Local Area Augmentation System G. Breu

  4. Positionsgenauigkeit GPS: 1,5 - 80 m LORAN C: 200 m TACAN: 400 m INS: 1000 m G. Breu OMEGA: 2500m

  5. Benutzungsregelung 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 G. Breu

  6. Anforderung 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 G. Breu

  7. Qualifikation • Einweisung durch Flugschulen und deren Fluglehrer (einschl. Einweisungsberechtigte und Sachverständige) • Die Bestätigung kann über einen Eintrag im Flugbuch erfolgen G. Breu

  8. Empfehlung für Qualifizierungsinhalte • Theorie: • Funktionsweise von GPS • GPS Anflugverfahren • Datenbanken • Praktischer Teil • Gerätebedienung einschließlich Nutzung der Datenbank • Besonderheiten der Flugvorbereitung (RAIM-Prädiktion) • Flugdurchführung G. Breu

  9. 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 G. Breu

  10. Allwetterbetrieb Weltweite Navigation Navigation zu jeder Zeit Hohe Genauigkeit Präzise Zeit Satelliten auch für Kommunikation nutzbar Unbegrenzte Teilnehmerzahl Weltweit gemeinsames Nav.- Koordinatensystem Preiswertes Nutzersystem Vorteile von GNSS G. Breu

  11. Relativ geringe Aktualisierungsrate des GPS Neue Komponenten für Boden- Bord- und Raumsysteme erforderlich Keine Betriebsgarantie Genauigkeit für „nichtautorisierte“ Benutzer kann künstlich verschlechtert werden Nachteile von GNNS G. Breu

  12. Grenzen der GPS-Komponenten • Zur Zeit gelten die JAA-Übergangsrichtlinien • Kontinuität und Verfügbarkeit erfordern weitere Hilfsmittel • Warnungen bei Fehlanzeigen dauern zu lange G. Breu

  13. Sendeleistung 20 W Datastream 50 b/s S-Band Uplink 4000 b/s Systemkomponenten • Boden- • Raum- und • Bordsegment G. Breu

  14. Bodensegment • Hauptkontrollstation (Master Control Station) • Weltweit verteilte Überwachungs- und Datenübertragungsstationen (Monitor- und Uploading Station) • Aufgabe der MCS ist die Genauigkeit zu gewährleisten (Überwachen, Korrekturdaten senden) G. Breu

  15. Raumsegment • 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 G. Breu

  16. Bordsegment • Eigentlicher Empfänger an Bord eines Luftfahrzeuges • Primäre Aufgabe besteht aus der autom. Satellitenselektion, • Signalauflösung, • Signalverfolgung (Tracking) und • Laufzeitmessung G. Breu

  17. Anordnung der Satelliten • 24 Satelliten • 6 Umlaufbahnen • 20200 km Höhe • Bahninklination 55 ° zur Äquatorebene geneigt • Umlaufzeit ca. 12 h G. Breu

  18. Sendefrequenzen Frequenz Code L1 1.575,42 MHz C/A + P L2 1.227,6 MHz P G. Breu

  19. GPS - Bordanlage • Antenne • Installation nahe am Schwerpunkt • Abschattung und Abschirmung vermeiden • Hauptinformationen des GPS • Position • Richtung • Geschwindigkeit • Zeit G. Breu

  20. Bedienteil • NAV Navigationsseiten sind aktiviert • WPT Wegpunktseiten • RTE Streckenseitenanzeige • MSG GPS-Nachricht liegt vor • MORE Wahl zwischen mehreren Möglichkeiten • DATA Anzeige, wenn Satellitendaten gelesen werden • ACQ Zeigt Suche nach Satelliten an • 2D/3D Zeigt die Art der Positionsbestimmung an G. Breu

  21. Bedienteil-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 Grund G. Breu

  22. Bedienteilanzeigen • 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 G. Breu

  23. TN TN WPT 2 TO-WPT CTS BRG GS TRK DTK CMG DMG FROM-WPT 1 Navigationsterme RNG G. Breu

  24. 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. G. Breu

  25. Funktion wie ein DME, jedoch wird nur eine Wegstrecke vom Satelliten zum Lfz gemessen. Speed of light * time = DME-Dist. 2 Wie funktioniert GPS Satellit sendet eine Navigations-/ Zeitreferenz aus, anhand der Empfänger die Entfernung ermittelt. G. Breu

  26. Pseudoentfernungsmessung PRN-Code t Zeitverzögerung G. Breu

  27. Positionsbestimmung ohne Uhrenfehler 2 1 6 sek. A 4 sek. G. Breu

  28. Positionsbestimmung mit Uhrenfehler 2 1 4 sek. A 6 sek. B 5 sek. 7 sek. G. Breu

  29. Position an Punkt A bei genauer Empfängeruhr und 3 Satelliten 2 1 6 sek. A 4 sek. 8 sek. G. Breu

  30. SAT2 SAT1 C D 8 s 4 s 9 s 6 s B 5 s 7 s SAT3 Positionsbestimmung mit Uhrenfehler und 3. Satelliten A G. Breu

  31. Begriffe • 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 G. Breu

  32. Begriffe • 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) G. Breu

  33. 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 !). G. Breu

  34. Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit Gerhard Breu G. Breu

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