Globales Positionsbestimmungssystem (GPS) – Satellitennavigation

Das Global Positioning System (GPS) ist ein weltraumgestütztes Funknavigationssystem, das aus einer Konstellation von Satelliten besteht, die Navigationssignale aussenden, sowie aus einem Netz von Bodenstationen und Satellitenkontrollstationen, die der Überwachung und Steuerung dienen. Derzeit umkreisen 31 GPS-Satelliten die Erde in einer Höhe von ca. 11.000 Meilen und versorgen die Nutzer mit genauen Informationen über Position, Geschwindigkeit und Zeit überall auf der Welt und unter allen Wetterbedingungen.

GPS wird vom Verteidigungsministerium (Department of Defense – DoD) betrieben und gewartet. Das National Space-Based Positioning, Navigation, and Timing (PNT) Executive Committee (EXCOM) berät das Verteidigungsministerium in GPS-bezogenen Angelegenheiten, die Bundesbehörden betreffen, um sicherzustellen, dass das System sowohl nationalen Prioritäten als auch militärischen Anforderungen gerecht wird. Das Verteidigungsministerium und das Verkehrsministerium führen gemeinsam den Vorsitz im EXCOM. Die US-Küstenwache fungiert als zivile Schnittstelle zur Öffentlichkeit für GPS-Angelegenheiten und nimmt Problemberichte von zivilen Nutzern entgegen. Die Federal Aviation Administration beaufsichtigt die Verwendung von GPS in der zivilen Luftfahrt und nimmt Problemberichte von Luftfahrtnutzern entgegen.

 (GBAS) Satellitennavigation – Bodengestütztes Erweiterungssystem (Ground Based Augmentation System) 

Das GBAS-Programm (Ground Based Augmentation System) wird von der FAA Technical Operations, Operations Support, NAS Modernization Group, Advanced Systems Design Service (ASDS)-Team beaufsichtigt.

Satellitennavigation – GBAS – Wie es funktioniert

Ein bodengestütztes Erweiterungssystem (Ground Based Augmentation System, GBAS) ergänzt das bestehende Global Positioning System (GPS), das im amerikanischen Luftraum eingesetzt wird, indem es Korrekturen für Flugzeuge in der Nähe eines Flughafens bereitstellt, um die Genauigkeit der GPS-Navigationsposition dieser Flugzeuge zu verbessern und ihre Integrität zu gewährleisten. Ziel der Einführung von GBAS ist es, eine Alternative zum Instrumentenlandesystem (ILS) zu schaffen, die das gesamte Spektrum des Anflug- und Landebetriebs unterstützt. Derzeitige nicht-bundesweite GBAS-Installationen bieten Präzisionsanflugdienste der Kategorie I (CAT-I). CAT-I-Präzisionsanflugdienste werden durch eine Reihe von ICAO-Normen ermöglicht, die international als GBAS Approach Service Type-C (GAST-C) bezeichnet werden. Die Federal Aviation Administration (FAA) hat zur Validierung der ICAO SARPS für GAST-D GBAS beigetragen, die GBAS-Anflüge auf CAT-III-Minima ermöglichen werden. Diese Standards traten 2018 in Kraft und bilden die Grundlage für jeden Anbieter, der eine FAA-Systemdesigngenehmigung für ein GAST-D GBAS anstrebt.

Eine GBAS-Bodenanlage verfügt in der Regel über drei oder mehr GPS-Antennen, ein zentrales Verarbeitungssystem (d. h. einen Computer) und einen VHF-Datensender (VDB), die sich alle lokal auf oder in der Nähe eines Flughafens befinden. Die GBAS-Bordausrüstung besteht aus einer GPS-Antenne, einer VHF-Antenne (Very High Frequency) und der zugehörigen Verarbeitungsausrüstung. An Bord des Flugzeugs ermöglicht die GBAS-Avionik im Rahmen der Multi-Mode-Receiver (MMR)-Technologie die gleichzeitige Implementierung von GPS, GBAS und ILS unter Verwendung gemeinsamer Antennen und Hardware. Die GBAS-Bodeneinrichtung nutzt die VHF-Funkverbindung, um das Flugzeug mit GPS-Korrekturen, Integrität und Anflugweginformationen zu versorgen.

Das GBAS empfängt mit Referenzantennen an bekannten vermessenen Positionen Signale von GPS-Satelliten. Die Referenzempfänger messen die Übertragungszeit zwischen dem GPS-Satelliten und den Referenzantennen, um die Entfernung zu schätzen, die das Signal zurückgelegt hat. Die GBAS-Bodenstation vergleicht dann die gemessene/geschätzte Entfernung mit der tatsächlichen Entfernung, die auf der Position des ausgestrahlten Satelliten und der tatsächlichen Position des GPS-Referenzempfängers beruht, und ermittelt den Fehler der Messung. Der von allen betriebsbereiten Referenzempfängern gemessene durchschnittliche Fehler stellt den Korrekturterm dar, den die GBAS-Avionik auf die von der GBAS-Avionik gemessenen Satellitenentfernungen anwenden muss.

Die GBAS-Bodenanlage überwacht auch die allgemeine Leistung der GPS-Satelliten. Die GBAS-Avionik nutzt nur GPS-Satelliten, für die sie gültige Bodenkorrekturen erhält. Wenn die GBAS-Bodenstation feststellt, dass es ein potenzielles Problem mit einem GPS-Satelliten gibt oder wenn sie einen GPS-Satelliten nicht überwachen kann, stellt sie die Übertragung von Korrekturen für diesen bestimmten Satelliten ein und verhindert damit, dass die GBAS-Avionik den Satelliten nutzt.

Die GBAS-Bodenstation sendet auch Integritätsparameter, die es der GBAS-Avionik ermöglichen, vertikale und laterale Fehlergrenzen für ihre berechnete GPS-Position zu berechnen. Diese Grenzen werden gemeinhin als Schutzniveau bezeichnet. Die Integritätswerte der Übertragung werden so festgelegt, dass die Wahrscheinlichkeit, dass der tatsächliche Fehler größer ist als der berechnete Schutzpegel, weniger als 1 zu 10 Millionen beträgt. Die Avionik vergleicht diese berechneten vertikalen und lateralen Grenzen mit einem entsprechenden Satz von Warnstufen. Ist eine der berechneten Grenzen größer als die entsprechenden Warnschwellen, stellt die Avionik fest, dass die Positionierungsgenauigkeit des Flugzeugs für den Betrieb nicht geeignet ist. Die Warngrenzen sind in den ICAO-Normen definiert und basieren auf der Höhe des zulässigen Fehlers für einen bestimmten Betrieb.

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