Wettbewerbsfähiger Flughafen Abschlussveranstaltung Langen, 25.03.2010 Stefan Stanzel (stefan.stanzel@dfs.de) 2
Inhalt Überblick ADS-B DFS Positionierung Entwicklungsstand Systemübersicht Datenquellen ADS-B Datenuntersuchung Vorgehensweise Konzeption ADS-B Datenuntersuchungsprototyp Infrastruktur Prozess Untersuchungsschwerpunkte Erste Ergebnisse ADS-B Airborne Status Implementierung RTCA DO-260/A Standard Navigation Uncertainty Category (NUC P ) Ausblick ADS-B Datenanalyse ADS-B Positionsabweichungen und Verzögerung ADS-B Positionsgenauigkeit und integrität 3
Überblick - DFS Positionierung zu ADS-B ADS-B ist ein leistungsfähiges Ortungsverfahren mit Potenzial für zukünftige Surveillance Anwendungen (air-to-ground und air-to-air) und zur Optimierung der bestehenden Surveillance-Infrastruktur. Die DFS begleitet die Entwicklung von ADS-B pro-aktiv. Gleichzeitig wird die Einführung von Multilateration, wo nutz-bringend, vorangetrieben. Damit macht sich die DFS unabhängig von den ADS-B Ausrüstungsentscheidungen der Luftraumnutzer. Die dadurch entstehende Infrastruktur wird auch für ADS-B-Testzwecke und die Beobachtung der Bordausrüstung genutzt. Es werden die notwendigen Vorbereitungen getroffen, dass bei ausreichender Verfügbarkeit und positiver Kosten/Nutzen-bewertung ADS-B zeitnah eingeführt werden kann. 4
Überblick Entwicklungsstand ADS-B ADS-B wird in der nahen Zukunft zuerst in den wenig frequentierten und mit Radar nicht abgedeckten Gebieten in Europa Anwendung finden (ADS-B NRA). Die mögliche Nutzung von ADS-B für Air-Ground Surveillance Anwendungen ist im Zusammenhang mit anderen Lösungen (Mode-S, PSR, Wide-Area Multilateration) ganzheitlich zu betrachten. Es ist zu erwarten, dass die Surveillance-Technik in der näheren Zukunft (Transition) auf einer sinnvollen Kombination von PSR, SSR, Mode S, Multilateration und ADS-B basieren wird, mit einer Schwerpunktverlagerung von SSR u. Mode S hin zu ADS-B, und mit MLAT als wichtigem Transitionsschritt. Für die DFS bedeutet dies, sich rechtzeitig für die ADS-B Zukunft vorzubereiten, externe Entwicklungen und Fortschritte zu verfolgen und daraus eine für die eigene Lage optimale Surveillance-Roadmap zu entwickeln. Durchführung einer Untersuchung, ob bzw. wie ADS-B zur WAM- Validierung und später ggf. auch als ergänzender bzw. alternativer Ortungsdienst genutzt werden kann. 5
Übersicht: ADS-B Systemübersicht Transmit Aircraft Domain A1 B1 C Aircraft sensors (e.g. GNSS Receiver) Aircraft systems (e.g. FMS) Data Sources on Transmitting Aircraft Ownship Surveillance Transmit Processing (STP) ADS-B Transmit Function SSR Interrogation Reply D ADS-B Messages SSR Replies ADS-B Receive Subsystem and other Surveillance Inputs (e.g. radar) Ground Domain E2 F2 ADS-B, Surv. Reports ATC Processing System ATC Display G2 Air Traffic Controller Eigenortung Fremdortung 6
Übersicht: ADS-B Datenquellen Callsign Transponder Control Panel SPI-ES Extended Squitter (DF17) Barometric Altimeter FL Position Mode S Transponder ADS-B Data Analysis (via ADS-B GS R&D) GNSS Velocity HPL 24-bit address NUC-NIC/NAC/SIL Performance Analysis Consistency (Mode A/C/S) Correctness HFOM 7
ADS-B Datenuntersuchung - Vorgehensweise Datenuntersuchung und Validierung (Konzeptphase) Konzept Validierung WAM Erster Vergleich Radar- und ADS-B-Datenqualität, Festlegen von WAM-Qualitätsschwellwerten für eine potenzielle Nutzung in ATM- Systemen Erstellung erster Testszenarien für ATM Systeme Festlegung der Grenzwerte für ATM-System Nutzung Konzept ADS-B Datenuntersuchung Beschreibung einer möglichen ADS-B Datenuntersuchungsinfrastruktur Definition der ADS-B Untersuchungsparameter * EUROCAE ED-161 (Draft), RTCA DO-260A/242A * Konzepts Sicherheitsbetrachtung ADS-B Beschreibung der ADS-B Nutzungsszenarien (ADS-B) Datenuntersuchungsprototyp Beschreibung der Testszenarien Entwicklung der WAM & ADS-B Datenuntersuchungstools Aufbau und Test der Datenuntersuchungsinfrastruktur ADS-B Datenuntersuchung für Sicherheitsbetrachtung Durchführung der ADS-B Datenuntersuchung Durchführung der Sicherheitsbetrachtung (Phase 1+2) Durchführung Sicherheitsbetrachtung (Phase3) 8
ADS-B Datenuntersuchung - Konzeption Anforderungen an ADS-B Testumgebung - Ermittlung der Anforderungen an eine Untersuchungsplattform, die sich aus den ADS-B Datenuntersuchungsparametern und Qualitätsschwellwerten ergeben Auswahl und Bewertung der ADS-B Testumgebung - Untersuchung inwieweit die Infrastrukturanforderungen durch bereits existierende ADS-B Datenuntersuchungsinfrastruktur abgedeckt werden können - Identifizierung von ADS-B Datenuntersuchungslücken und Ableitung der erforderlichen Infrastrukturerweiterungen - Kriterien bei der Auswahl waren: o o o o Verwendbarkeit für die ADS-B Datenuntersuchung (Qualität, Verfügbarkeit), Kosten, zeitgerechte Bereitstellung, flexible Erweiterungsmöglichkeiten Beschreibung der ADS-B Datenuntersuchung High Level Test Cases 9
ADS-B Datenuntersuchungsprototyp Infrastruktur Radar z.b. FFS, GOT, NKH MLAT WAM/ADS-B Sensor ASTERIX 01,02,34,48 ASTERIX Cat. 20 ASTERIX Cat. 21 RADNET Surveillance Data Distribution (z.b. RAPS) Data Recording ADS-B AnalysisTools (Offline) Eurocontrol: SASS-C ADS-B R&D: ADS-B Suite ADS-B Analysis Tools (Online) ADS-B Ground Station (R&D) RawData ASTERIX Cat. 21 R&D: ADS-B Performance Surveillance Data Processing and Display z.b. PHOENIX 10
ADS-B Datenuntersuchungsprototyp Prozess Datenquellen Radar - Data FFS, NKH, PFW, GOT, MTB MLAT - Data PAM/FRA ADS-B - Data - PAM/FRA -ADS-B GS Datenaufzeichnung RAPS ASTERIX GENGATE ASTERIX PHOENIX ASXTRACER ADS-B Recorder Rawdata Flugzeugspezifische Daten Datenanalyse SASS-C ADS-B (EUROCONTROL) ADS-B Suite (DFS) Flugzeugdatenbank AVTool (EUROCONTROL) PHOENIX AWP (DFS) Ergebnisse Ergebnisdatenbank Berichte 11
ADS-B Datenuntersuchungsprototyp Untersuchungsschwerpunkte Flugzeug Funkfeld MLAT-System (n * ADS-B RX) Surveillance Netzwerk ATM-System Sensorik Transponder RMCDE RADNET Tracker Darstellungssysteme Funkfeld Monitoring 1090 Mhz GPS Tracker-Evaluierung: (Multisensor: Radar, MLAT, ADS-B) Airborne Monitoring Datenintegrität (Position, Altitude, Call sign, Velocity) Qualitätsparameter (NIC, NUC, NAC, SIL) Datenverfügbarkeit Ausrüstungsgrad (standortbezogen: AT, GA) Untersuchung von Anomalien Sensor-Datenvergleich (ADS-B Vs Radar, ADS-B vs MLAT) Untersuchung der Auswirkungen technische Systeme Arbeitsverfahren Neue Anwendungen Aktuelle Standardisierungen ESARR 6 AMC20/x ADS-B Anwendungen (RAD, APT) Input für Sicherheitsbetrachtungen Generierung von ADS-B Black/White - Listen ADS-B Netzwerk Anforderungen (Anpassung RMCDE, ADS-B Server) 12
Erste Ergebnisse ADS-B Airborne Status ADS-B Ausrüstungsrate Verhältnis zwischen Lfz. die ADS-B (DF17) und Mode S (DF11) übertragen 74 % ADS-B Meldungsverteilung Airborne Position (AIR_Pos) 92 % Ground Position (GND_Pos) 14 % Velocity (Vel) 92 % Identification (Id) 98 % modification of antenna configuration Implementierung der ADS-B DO-260/A Standards DO-260 97 % DO-260A 3% Navigation Uncertainty Category Verteilung Lfz. mit NUC 5 70 % Prozentsatz der mit ADS-B ausgerüsteten Lfz. im Verhätltnis zu den Mode S ausgerüsteten Lfz. die airborne position messages mit einem NUC P von wenigstens 5 bereitstellen ( ASAS capable ) 48 % Id AIR_Pos + GND_Pos + Vel + Id AIR_Pos + Vel + Id 13
Erste Ergebnisse Implementierung RTCA DO-260/A Standard 14
Erste Ergebnisse Navigation Uncertainty Category (NUC P ) NUC P = 0 NUC P = 5 NUC P = 6 NUC P = 7 NUC P Horizontal Protection Level (10-7 ) Horizontal Error (95%) Vertical Error (95%) Comment 0 No Integrity Unknown Unknown No Integrity 1 <20 NM <10 NM Baro Alt RNP-10 2 <10 NM <5 NM Baro Alt RNP-5 3 <2 NM <1 NM Baro Alt RNP-1 4 <1 NM <0.5 NM Baro Alt RNP-0.5 5 <0.5 NM <0.25 NM Baro Alt e.g. NPA, DME-DME 6 <0.2 NM <0.1 NM Baro Alt e.g. GPS-SPS 7 <0.1 NM <0.05 NM Baro Alt e.g. GNSS (no SA) 8 TBD <10 m <15 m e.g. SBAS 9 TBD <3 m <4 m e.g. GBAS Separation: 5NM 3NM 2.5NM ADS-B RAD APP ADS-B RAD TMA ADS-B NRA & ADS-B RAD ER 15
Erste Ergebnisse ADS-B Datenanalyse 1. plot analysis (radar, MLAT) 2. reference track generation 3. ADS-B to reference track association 4. position deviation calculation 5. accuracy and integrity monitoring Reference Track Reference Track position deviation more than indicated by transmitted navigation uncertainty category Reference Track X Reference Position Total Position Deviation (TPD) X X Across Position Deviation (ACPD) ADS-B Position Latency = Reference Position Along Position Deviation (ALPD) Along Position Deviation Ground Speed X X ADS-B Position X R C position deviation less than indicated by transmitted navigation uncertainty category 16
Erste Ergebnisse ADS-B Positionsabweichungen und Verzögerung 17
Erste Ergebnisse ADS-B Positionsgenauigkeit und -integrität 18
Ausblick Verwendung des ADS-B Datenuntersuchungsprototypen - DFS Projekt : ADS-B Datenuntersuchung (PAM-FRA WAM Sensor) - Eurocontrol CASCADE: CRISTAL ADS-B Out Ground Implementation Project ADS-B Datenanalyse mit Hilfe von WAM Systemen als Referenz - Performance Characteristics (Accuracy, Integrity und Reliability) - Probability of Detection - Coverage analysis Sicherheitsbetrachtungen basierend auf den Ergebnissen der ADS-B Datenuntersuchung Die ADS-B Datenuntersuchung wird mit Hilfe des ADS-B Datenuntersuchungsprototyps dazu beitragen die Frage zu beantworten, ob bzw. wie ADS-B zur WAM- Validierung und später ggf. auch als ergänzender bzw. alternativer Ortungsdienst genutzt werden kann. 19
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