Aktivierung der Hinderniskennzeichnung durch die Wahrnehmung von Transpondersignalen

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1 Aktivierung der Hinderniskennzeichnung durch die Wahrnehmung von Transpondersignalen Inhaltsverzeichnis 1 Einleitung Systemdarstellung Definition von Systemanforderungen Funktionale Anforderungen Relevante Luftfahrzeuge Detektion Signalerfassung und Auswertung Fail Save-Prinzipien Anlage 1: Darstellung des Erfassungsbereiches Abbildung 1: Erfassungsbereich im Querschnitt... 6 Abbildung 2: Dreidimensionale Darstellung eines Erfassungsbereichs um einen Windpark Version 1.1 Arbeitsgemeinschaft Transponder Lanthan Gesellschaft für technische Entwicklungen mbh & Co. KG D Bremen gerd.moeller@lanthan.eu T00008 Kurzbeschreibung

2 Einleitung Der Ausbau der Energieversorgung mit Windenergieanlagen erfordert die Vermeidung unnötiger Widerstände in der Bevölkerung. Ein bekannter Grund für Widerstände ist die lichttechnische Beeinträchtigung von Anwohnern durch die Hindernisbefeuerung der Windenergieanlagen. Durch die Windenergiebranche wird deshalb ein Befeuerungssystem für Windenergieanlagen angeregt, welches lediglich bei Bedarf aktiviert wird. Neben der Verringerung der lichtmäßigen Einflüsse kann hierdurch zudem die objektive Sicherheit des Luftverkehrs dadurch erhöht werden, dass nur noch die für den jeweiligen Luftfahrzeugführer relevanten Luftfahrthinderniskennzeichnungen aktiv sind. Hier soll nun das Konzept für das Transponder-System STHDS2.0 dargestellt werden. Bei diesem System werden die Hindernisbefeuerungen aktiviert, wenn relevante Transpondersignale wahrgenommen werden. Die Voraussetzung für dieses System ist die Transponderpflicht Systemdarstellung Die Hindernisbefeuerung dient der Warnung von niedrig fliegenden Luftfahrzeugen vor den Windkraftanlagen und muss daher bei Annäherung von Flugzeugen, Hubschraubern und anderen Luftfahrzeugen eingeschaltet sein. Um die Hindernisbefeuerung bedarfsgerecht zu steuern, sollen die Signale von SSR- Flugzeugtranspondern empfangen und ausgewertet werden. Hierzu steht ein Empfangsgerät zur Verfügung, dass die Signale der Transponder empfangen und die Inhalte in digitaler Form als Bitfolge ausgeben kann. Sämtliche Luftfahrzeuge im Umfeld des Empfängers mit ordnungsgemäß funktionierendem Transponder werden erfasst und mittels der Auswertesoftware als relevant oder nicht relevant eingestuft. Nicht relevant sind alle Luftfahrzeuge, welche identifiziert und als zu entfernt oder zu hoch lokalisiert werden. Relevant sind alle Luftfahrzeuge, deren Abstände zur Windenergieanlage die zu nah oder zu niedrig sind, und auch alle Luftfahrzeuge, die nicht identifiziert sind. In den Zeiträumen, in denen kein relevantes Luftfahrzeug wahrgenommen wird, soll die Befeuerung ausgeschaltet werden.

3 Definition von Systemanforderungen 3.1 Funktionale Anforderungen Das System zur Steuerung des Einschaltvorgangs der Befeuerung nach Bedarf geht nach Anlegen der Betriebsspannung selbsttätig in den Betriebszustand über Die Befeuerung wird nur unter folgenden Bedingungen ausgeschaltet: Es wird kein relevantes Luftfahrzeug detektiert Die Systemintegrität und eine ausreichende Detektionsleistung werden durch die Selbstdiagnose signalisiert Wenn die Bedingungen für ein Abschalten der Befeuerung nicht erfüllt werden, wird die Befeuerung sofort in Betrieb versetzt Der Systemzustand (Zustand der Steuereinheit und Zustand des Aktivierungsbefehls) wird für mindestens 30 Tage gespeichert; die Daten werden der zuständigen Luftfahrtbehörde oder sonstigen Berechtigten auf Anforderung zur Verfügung gestellt. 3.2 Relevante Luftfahrzeuge Relevante Luftfahrzeuge sind Luftfahrzeuge, die den Luftraum in allgemeiner Nähe zur Windenergieanlage nutzen dürfen. Zu berücksichtigen sind Luftfahrzeuge mit einer Geschwindigkeit der Luftfahrzeuge von 0 Knoten bis zu 300 Knoten Groundspeed (250 Knoten IAS + 50 Knoten Rückenwind). 3.3 Detektion Erfassungsbereiche Die Einschalttechnik der Hindernisbefeuerung der Windenergieanlage muss sicherstellen, dass die Befeuerung eingeschaltet wird, sobald ein Fluggerät sich aus einer beliebigen Richtung der Anlage nähert und in einen Erfassungsbereich um die Anlage herum eintritt Der Schutzbereich hat die Form eines Zylinders, wobei sich in der vertikalen Symmetrieachse die Windenergieanlage befindet. Der Radius des Zylinders soll mindestens 3900 m betragen. Die Höhe des Erfassungsbereiches soll mindestens 2500 Fuß, bezogen auf den Windenergieanlagen-Boden betragen. Befindet sich die Windenergieanlage auf einer Anhöhe, so ist der Erfassungsbereich im Radius von 3900 m nach unten bis zu der tatsächlichen Erdoberfläche zu erweitern.

4 Bei Ansammlungen von Windenergieanlagen ergibt sich der gesamte Erfassungsbereich aus der Kombination der Schutzbereiche der einzelnen Windenergieanlagen. Eine gesonderte Definition des Schutzbereichs eines gesamten Windenergieparks ist nicht erforderlich. Zu beachten ist lediglich, dass es im Inneren des Windparks nicht zu Lücken der Schutzbereiche der einzelnen Anlagen kommen darf (z.b. durch einen gemeinsamen peripheren Schutzbereich des gesamten Parks, wodurch Luftfahrzeuge, die von oben in den Windpark einfliegen nicht entdeckt werden könnten) Darstellung des Erfassungsbereiches: Anlage Signalerfassung und Auswertung Die in der Praxis übliche Sendeimpulsleistung eines Sekundärradars liegt zwischen 250 und maximal 2000 Watt. In der gleichen Größenordnung liegt auch die Sendeleistung der Transponder. Die maximal darstellbare Entfernung für die Übertragung von Transpondersignalen liegt bei 150 nautischen Meilen. Eine Beschränkung der maximalen Reichweite ergibt sich also eher aus der Erdkrümmung: Luftfahrzeuge in einer Höhe von 200 feet sind 35 nautische Meilen wahrnehmbar, und Luftfahrzeuge in einer Höhe von 1000 feet sind 54 nautische Meilen wahrnehmbar. Das System STHDS2.0 empfängt Transpondersignale von Luftfahrzeugen. Die Luftfahrzeuge senden Transpondersignale als Antwort auf Bodenstationsanfragen als Antwort auf TCAS-Anfragen eigenständig alle 0,8 bis 1,2 Sekunden als DF11-Squitter (Mode S) Das System STHDS2.0 nimmt sowohl Mode S als auch Mode AC Signale auf. TCAS kann mit Mode S und auch mit Mode C Transponder kommunizieren. Dies ermöglicht also auch grundsätzlich den Einsatz außerhalb der SSR- Radarabdeckung. Ergänzend wird der Sendepegel von dem System STHDS2.0 aufgenommen. Transpondersignale weit entfernter Luftfahrzeuge führen nicht zur Aktivierung der Feuer. Derart werden Airliner in feet Höhe die Hindernisbefeuerung nicht aktivieren. Bei ausschließlicher Verwendung von Mode AC-Transponder geben die Luftfahrzeuge keine selbständigen Squitter ab. Befindet sich der zu überwachende Luftraum unterhalb der SSR- Radarabdeckung, dann wird das Luftfahrzeug keine Signale absenden. Für diese Situation wird das System STHDS2.0 optional um einen Interrogator aus dem TCAS/ACAS-Bereich ergänzt. Dieser sendet Abfragen auf der Frequenz 1030 MHz mit schwacher Sendeleistung. Ähnlich wie die SSR Transpondertechnik arbeitet auch das quasi standardisierte FLARM System, welches viele Flugzeuge der allgemeinen Luftfahrt bereits freiwillig zur Erhöhung der Sicherheit mit

5 sich führen. Auch dieses System wird im Einsatz des STHDS2.0 zur zusätzlichen Erkennung derartig ausgerüsteter Flugzeuge in die bedarfsgerechte Steuerung der Befeuerung einbezogen und die SSR- Transpondertechnik ergänzen. 3.5 Fail Save-Prinzipien Die Schnittstelle des Transpondersignalempfangs- und Auswertesystem ist ein Relais, welches in Ruhestellung die Information Befeuerung aktivieren überträgt. Derart führt auch ein Ausfall der Energieversorgung des STHDS2.0 unmittelbar zur Aktivierung der Feuer. Ferner führen sämtliche Wahrnehmungen von Problemen und absichtliche Aktivierungsbefehle dazu, dass sich das Relais in Ruheposition befindet und somit die Befeuerung aktiviert Je ein Testsignalgenerator sendet in Intervallen je einer der zwei Antennen ein Testsignal. Der Testsignalgenerator sendet ein Mode S DF17-Signal aus. Das Testsignal könnte z.b. bei -90 dbw entsprechend - 70 dbm liegen und würde vom Empfänger noch deutlich wahrgenommen werden. Diese werden an einem Doppelempfänger mit zwei getrennten HF-Eingangsstrecken weitergeleitet. Die Funktion der Antennen, des Empfängers und der Übertragungswege bis einschließlich zum Panel- PC wird überprüft, in dem die zwei Testsignale überwacht werden. Fehlen ein oder beide Signale, so ist eine Deaktivierung der Feuer nicht möglich Das I-O-Modul überprüft die Verbindung zum Panel-PC und sich selbst. Im einwandfreien Betrieb signalisiert es in Intervallen ein Check-Signal. Fällt dieses Check-Signal aus, so ist eine Deaktivierung der Feuer nicht möglich Neben der Entscheidung anhand der genannten Flugzeugmeldungen (Transpondersignale) erfolgt grundsätzlich eine Einschaltentscheidung, wenn mindestens einer der folgenden Fehlerzustände erkannt wird: PLANE /NOPLANE: Sowie eine Meldung eines Flugzeugs vom Empfänger empfangen wird, wird dieser Zustand auf PLANE gesetzt. Danach läuft ein Timeout, während dessen die erneute Erkennung von Flugzeugmeldungen abgewartet wird. Läuft das Timeout ab, ohne dass erneute Flugzeugmeldungen empfangen werden, so wird der Zustand auf NOPLANE geschaltet. Das Timeout für die Noplane- Erkennung kann im Konfigurationsfile vorgegeben werden. CONNECTED/DISCONNECTED: Der Verbindungsstatus der Verbindung zum Empfänger wird kontinuierlich überwacht. INSYNC/UNSYNC: Bei hohen Datenmengen kann es vorkommen, dass der Datenstrom Unterbrechungen zeigt. Die Controllersoftware erkennt dies als Zustand UNSYNC. Sollte über eine längere Dauer keine Synchronität wieder hergestellt werden kann, so wird nach dem Ablauf des entsprechenden Timeouts der Zustand UNSYNC auch an den Status Controller gemeldet.

6 Anlage 1: Darstellung des Erfassungsbereiches Abbildung 1: Erfassungsbereich im Querschnitt Abbildung 2: Dreidimensionale Darstellung eines Erfassungsbereichs um einen Windpark (Windenergieanlagen sind nicht maßstabsgerecht)