Post on 16-Mar-2022
J. Bredemeyer Welche Kalibrierungen braucht ein Dienstleister?
• Dienstleistung “Flugvermessung”
• Systeme und Frequenzen
• Flugvermessungssystem
• Antennenmessungen
• Zusammenfassung und Folgerungen
Gliederung
J. Bredemeyer Welche Kalibrierungen braucht ein Dienstleister?
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)
J. Bredemeyer Welche Kalibrierungen braucht ein Dienstleister?
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
J. Bredemeyer Welche Kalibrierungen braucht ein Dienstleister?
Ortungs- und Navigationsanlagen der Luftfahrt (2)
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
Systeme und Frequenzen
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Ortungs- und Navigationsanlagen der Luftfahrt (3)
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
Systeme und Frequenzen
J. Bredemeyer Welche Kalibrierungen braucht ein Dienstleister?
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“:
Systeme und Frequenzen
Messung der Feldstärke ( dBµV/m ) mit anlagenabhängigen Toleranzen(Beispiel ILS: 3dB)
Messung der Genauigkeit der Navigationsinformation innerhalbfestgelegter Toleranzen
J. Bredemeyer Welche Kalibrierungen braucht ein Dienstleister?
Messung der Feldstärke einer GBAS-Telemetrie mit CW-Signal (Zürich)
Systeme und Frequenzen
Differenz hervorgerufen durch Kabelverlusteund unbekannte Antennendiagramme
J. Bredemeyer Welche Kalibrierungen braucht ein Dienstleister?
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
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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
Flugvermessungssystem (FIS)
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Beispiel Flugzeugantenne: VHF/UHF Doppeldipol
Flugvermessungssystem (FIS)
Antenne als Bauteil, aerodynamisch günstige Form des Antennenträgers
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Beispiel Flugzeugantenne: VHF/UHF Doppeldipol
Flugvermessungssystem (FIS)
Montagepunkt am Flugzeug („Top-Antenne“)
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Beispiel Flugzeugantenne: VHF/UHF Doppeldipol
Flugvermessungssystem (FIS)
Messung des Horizontaldiagramms am Boden fehlerträchtig durch Reflexionen
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Probleme bei der Feldstärkemessung
Flugvermessungssystem (FIS)
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!
J. Bredemeyer Welche Kalibrierungen braucht ein Dienstleister?
Vermessung einer NDB-Antenne in TEM-Zelle der PTB
Antennenmessungen
J. Bredemeyer Welche Kalibrierungen braucht ein Dienstleister?
Vermessung einer NDB-Antenne in TEM-Zelle der PTB
Antennenmessungen
flacher Antennenkörperder Aktivantenne
J. Bredemeyer Welche Kalibrierungen braucht ein Dienstleister?
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)
J. Bredemeyer Welche Kalibrierungen braucht ein Dienstleister?
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