Satellitengestütze Landesysteme Ein Überblick! GBAS, LAAS etc.

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1 Honeywell Satellitengestütze Landesysteme Ein Überblick! GBAS, LAAS etc. May, 2006 Dieter Müller, MBA

2 Die Vision (GPS, EGNOS, Galileo) Unabhängige Dienste GPS Galileo Gemeinsames Management EGNOS Anwender

3 Randbedingungen zur Nutzung von GPS in der Luftfahrt Bordempfänger entsprechend dem Standard FAA TSO- C129a ( Receiver Autonomous Integrity Monitoring ) für Streckennavigation und Nichtpräzisions-Anflug» 5 Satelliten: Fehlererkennung» 6 Satelliten: Fehlererkennung und Fehlerausschluss» Instrumentenanflug: Mindesthöhe geringer als 100m» Höhenführung aus Barometer (nicht GPS)» Verfügbarkeit in Deutschland > 97% (bei 24 Sat.)» Ein weiteres für die Flugphase zugelassenes Navigationssystem muss an Bord vorhanden sein.» Nutzung eines Ausweichflughafens ohne GPS ist möglich» Nutzung für Strecke (seit 04/98) und Anflug (seit 10/99)» Kein Abbau bestehender Bodenanlagen

4 Umsetzung der Nutzung von GPS in der Luftfahrt Aufgaben der DFS 23 Flugplätze in Deutschland (Stand 12/2005)» Entwicklung von Flugverfahren» Bodenvermessung und Flugvermessung» vor Einrichtung des Verfahrens» im jährlichen Abstand» Verifizieren der Datenbank durch den Betreiber (vorbehaltlich umfassender technischer Lösung)» Vorhersage der RAIM-Verfügbarkeit am Zielort (nur für Anflüge - nicht für Steckenflug erforderlich)

5 GPS Potenzial weltweit verfügbares System stabiler Betrieb keine direkten Nutzergebühren standardisiert Modernisierung und Weiterentwicklung geplant Einschränkungen national kontrolliertes, militärisches System (institutionelles Problem) Störbarkeit (Interferenz) durch geringe Signalpegel bei nur 1 ziv. Freq. Fehlerfreiheit (Integrität) und Kontinuität für manche Nutzung unzureichend Genauigkeit für Präzisionsanwendungen unzureichend Verfügbarkeit für höherwertige Dienste unzureichend

6 Potenzial EGNOS flächenhafte Abdeckung (regionales Ergänzungssystem) Interoperabilität mit WAAS (USA), MSAS (Japan), (weitere Systeme sind weltweit geplant) keine Probleme mit Frequenzverfügbarkeit (sendet auf GPS L1) verbessert insbesondere Genauigkeit, Verfügbarkeit, Integrität Upgrade eines vorhanden GPS-Empfängersmöglich wichtiger Schritt zu Galileo (Zertifizierung, Betrieb, ) Einschränkungen geostationäre Satelliten sind z.b. in Polregionen nicht zu sehen/empfangen traditionelle Architektur der Avionik erschwert die Nutzung höherwertiger Dienste (Integrität Borddatenbank) Bisher Ablehnung bei Airlines

7 Galileo Potenzial ziviles System ( Zulassung ) zweites, unabhängiges GNSS neben GPS Integrität, garantierter Service erhöhte Robustheit durch mehr Frequenzen, robustere Signale erhöhte Verfügbarkeit ( insb. bei GPS + Galileo ) höhere Leistungen ohne Ergänzungssysteme möglich Vorbehalte Servicekonzept, Finanzierung Verschlüsselung mancher Signale angedacht Kosten

8 Navigationsanforderungen Navigations Anforderungen in regionalen Gebieten Genauigkeit Verfügbarkeit Integrität und Kontinuität der Funktion Aviation hat notwendige sog. Levels of Performance Oceanic In-Route Terminal Non-Precision Approach Precision Approach

9 GNSS Charakteristika GNSS Leistung besteht aus 3 Faktoren: Messgenauigkeit Satellitengeometrie Satelliten Redundanz Weil die GNSS Konstellation sich verändert, variiert die GNSS Leistung als eine Funktion von Zeit und Ort Die GPS Leistung ist signifikant besser in den äquatorialen Regionen der Welt Die vertikale Leistung ist um den Faktor 1.6 schlechter als die horizontale

10 GNS Fehler Space Errors: Selective Availability = 0 Ephemeris Satellite clock errors Ionosphere refraction User receiver errors multipath thermal noise user clock errors Uncommon mode errors = Fehler, die zwischen den Boden-Empfängern und den Flugzeugempfängern auftreten. (diese Fehler werden in dem differential gestützten System nicht korrigert.)

11 GNSS Integrity GNSS Integrität wird hauptsächlich durch drei Systeme erreicht: Airborne Based Augmentation Systems (ABAS) Space Based Augmentation Systems (SBAS - WAAS) Ground Based Augmentation Systems (GBAS - LAAS) Systemkosten und -Verfügbarkeit hängen ab von der selektierten Methode und vom geforderten Leistungsniveau Kein anderes System hat bisher die gleichen Vorteile wie GNSS/GPS gezeigt, trotzdem ist es ein weiter Schritt bis zur weltweiten Sole Means Nutzung

12 GPS erfordert Augmentation für die Luftfahrt Eine unabhängige Studie der Johns Hopkins University über die Verwendung von GPS als alleiniges Navigationssystem im US Airspace sagt aus, dass: GPS mit LAAS/WAAS Augmentation kann die Erfordernisse als alleiniges Navigationssystem erfüllen. Risiken zurm GPS Empfang können minimiert werden wenn Schritte zur minimierung der Interferenzen eingeleitet werden. Ein Plan dazu ist zwingend erforderlich.

13 RAIM/FDE Hintergrund Wie viele Satelliten braucht man? Basis GPS Position (Lat/Lon/Alt/Zeit Zeit) Add Add Receiver Autonomous Integrity Monitor (RAIM) RAIM mit der Isolation eines defekten Satelliten

14 Mit Augmentation durch eine Referenz Station Basis GPS Position (Lat/Lon/Alt/Zeit Zeit) Add Integritäts ts Monitor Höhere Verfügbarkeit Differential Position Fehlerkorrektur Übermittlung

15 Ground Based Augmentation (GBAS) GBAS ist ein Augmentierungs System das nur Boden Komponenten nutzt und bereits verfügbar ist (SCAT I, Beta LAAS) Bodenseitige Empfänger überwachen die Satelliten und generieren Korrekturen Mit diesemsystem ist Präzision Anflug möglich!! GBAS Vorteile: Bessere System Leistung < 2.0m Vertikal Lokales Integritäts System für Präzisionsanflüge, Anflug, Landung, Fehlanflug- und Abflug Führung (das gleiche System kann auch eine Komponente eines regionalen Streckenflugsystemes sein) Benutzt lokale Koordinaten/ermöglicht lokale Kontrolle GBAS Einschränkungen: Störungsempfindlichkeit Beschränkte Reichweite Erfordert lokale Infrastruktur

16 GBAS/LAAS System Elemente VHF Sender GPS Satelliten GPS Empfänger Flugzeug im Anflug LAAS Bodenstation Pseudolite * future option P

17 Digital LAAS Approach Glidepath Angle g Extended Centerline DCH FPCP Glidepath GPIP WGS-84 Ellipsoid RDP(lat, long, alt) FPAP(lat, long)

18 What is a Satellite Landing System? Honeywell s Satellite Landing System (SLS) is a ground-based navigation aid used to provide CAT I/II/III precision approach and landing capability. The SLS consists of the following major components: Remote Satellite Measurement Unit (RSMU) 3-4 RSMUs per Installation Differential GPS (DGPS) Control & 12/24/48 Channel DGPS Receiver VHF Data Broadcast (VDB) Cabinets DGPS Reciever packaged in an Dual 19 Rack & Panel Cabinets environmentally protective enclosure Differential Correction Processor (L) Dual Element Multi-path Limiting FAA-certified DO-178B Software Antenna Power Distribution & Local Status (L) Requires site survey and placement Single/Dual VHF Transmitter/Receiver (R) against siting/installation criteria Maintenance Data Terminal (MDT) Airport Traffic Control Unit (ATCU) SLS Control Panel installed in Air Traffic Control Tower Flat Panel Touch Screen available in three configurations VHF Data Broadcast (VDB) Antenna Elliptically polarized antenna 3 Bay Lindenblad configuration Single/dual VDB configurations Secondary VHF Transmitter and Antenna may be remotely located

19 LAAS Guidance Implementation Cockpit Displays MMR GPS Antenna Aircraft Aircraft Surfaces Pilot Interface Autopilot VHF Antenna DATALINK Antenna GPS Differential Corrections, Integrity Status and Approach Coordinates Base Station Computes Differential Corrections, Provides Integrity Check & Provides Approach Coordinates GBAS/LAAS Ground Facility Encoder Transmitter Broadcast Information Data Broadcast Monitor Decoder Receiver

20 Provably Safe Prototype Configuration NEW Differential Correction Processor (DCP) (w/ Additional Memory) Upgrade High Zenith Antenna & Multi-Path Limiting (MLA) GPS Antenna Provably Safe Integrity Algorithms & PSP Beta-LAAS Software Upgrade Same Elliptically Polarized (EPOL) VDB Antenna NEW 48-Channel GPS RR VHF Data Broadcast (VDB) Radio Same GBAS Program Status July Defense 20 th, 2005 & Space Systems Federal Aviation Administration 20

21 Integrity Algorithms RSMU DCP VDB Overall Honeywell LAAS/GBAS Roadmap Hardware CMC 48 Channel Software Level B Hardware DCP CPU - i960 Software Level B Hardware Harris/Sinclair Software Level D CY05 CY06 CY07 CY08 CY09 CY10 CY11 CY12 Level B Level B Processor Upgrade VDB (HPOL) Antenna Polar Electronics VDB Tx/Rx Telerad Level D Level A Level A CAT II/III Certification ATCU ATCU CMC CMC COTS COTS CPU CPU DCP DCP DRU DRU GBAS GBAS HPOL HPOL i960 i960 ICAO ICAO LAAS LAAS MDT MDT PSP PSP P P 3 I 3 I RSMU RSMU Tx/Rx Tx/Rx VDB VDB Air Air Traffic Traffic Control Control Unit Unit Canadian Canadian Marconi Marconi Corporation Corporation Commercial Commercial Off-The-Shelf Off-The-Shelf Central Central Processing Processing Unit Unit Differential Differential Correction Correction Processor Processor Data Data Recording Recording Unit Unit Ground-Based Ground-Based Augmentation Augmentation System System Horizontally Horizontally Polarized Polarized Antenna Antenna Intel Intel Processor Processor International International Civil Civil Aviation Aviation Organization Organization Local Local Area Area Augmentation Augmentation System System Maintenance Maintenance Display Display Terminal Terminal FAA s FAA s Provably Provably Safe Safe Prototype Prototype Pre-Planned Pre-Planned Product Product Improvement Improvement Remote Remote Satellite Satellite Monitoring Monitoring Unit Unit Transmitter/Receiver Transmitter/Receiver VHF VHF Data Data Broadcast Broadcast SLS-4000 Prototype GBAS MDT/DRU Hardware MDT - Dell Software Level E Data Recorder - COTS MDT & D/R Level E P 3 I P 3 I Hardware COTS Software Level D ATCU MEM SLS-4000 Prototype GBAS SYD SLS-4000 GBAS (Cat 1) (PSP) CAT I Certification MAL BRE ICAO & Eurocae Certs Production P 3 I P 3 I SLS-5000 Federal LAAS [ Cat 1 GSL D ] Non-Fed T/A Production Configuration Upgrade & Fed Acquisition Production

22 SLS Deliveries & Installations North America Q Chicago O Hare Int l Airport, Chicago, IL Q Chicago Midway Airport, Chicago, IL Q Memphis International Airport, Memphis, TN Q Mpls-St Paul Int l Airport, Minneapolis, MN Q Newark International Airport, Newark, NJ Q Saskatoon Int l Airport, Saskatoon, SK, Canada Q SEATAC International Airport, Seattle, WA Q Eastern Iowa Airport, Cedar Rapids, IA Q Grant County Int l Airport, Moses Lake, WA Q Jackson Hole Airport, Jackson, WY Q Regina Airport, Regina, SK, Canada Q Kennedy Space Center, Florida Q Patuxent River Naval Air Station, MD Q White Sands Missile Range, NM Honeywell SLS-3000 installed at Memphis International Airport Europe Q Frankfurt International Airport, Frankfurt, Germany Q Aena Airport of Malaga, Malaga, Spain South America Q ACJ Int l Airport, Rio de Janeiro, Brazil AustralAsia Q Norfolk Island Airport, New South Wales, Australia Q Sydney Airport

23 Zusammenfassung Category I, II & III Approach & Landing - SLS provides precision approach capability for an extended range through all weather conditions Multiple Runway Coverage - One SLS will serve the entire airport (reduced equipment and maintenance costs) Tailored Approaches/Departures - SLS is used to avoid obstacles, noise sensitive areas, or congested airspace (helicopter urban access) Remote Coverage - SLS can operate as a Regional Augmentation System in various locations worldwide (terrain, traffic volume) Aircraft Surface Navigation - Aircraft can use SLS signal as a guide when taxiing in inclement weather

24 Honeywell Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit May, 2006 Dieter Müller, MBA