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NO COPY – www.fliegerbreu.de GPS GLOBAL POSITIONING SYSTEM 02.09.2012G. Breu1.

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Präsentation zum Thema: "NO COPY – www.fliegerbreu.de GPS GLOBAL POSITIONING SYSTEM 02.09.2012G. Breu1."—  Präsentation transkript:

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2 NO COPY – GPS GLOBAL POSITIONING SYSTEM G. Breu1

3 NO COPY – Vergleich der Systeme GPSGLONASSUmlaufbahnen Satelliten pro Bahn Bahninklination Bahnradius Umlaufzeit Umlaufwiederholung 6, gestaffelt 60° 4 55° Ca km 11:58 h 1/pro Tag 3, gestaffelt 120° 8 64,8° Ca km 11:16 h Jeden 8. Tag G. Breu2

4 NO COPY – Navigationsumsetzungsplan FAA ä OMEGA bis 1997 ä LORAN bis 2000 ä NDB bis 2006 ä VOR bis 2010 ä TACAN bis 2005 ä DME bis 2009 ä ILS (CAT I) bis 2010 ä ILS (CAT II) bis 2010 ä GPS (WAAS) -> ä GPS (LAAS) -> WAAS=Wide Area Augmentation System LAAS =Local Area Augmentation System G. Breu3

5 NO COPY – Positionsgenauigkeit GPS: 1, m LORAN C: 200 m TACAN: 400 m INS: 1000 m OMEGA: 2500m G. Breu4

6 NO COPY – Benutzungsregelung in der BRD ä GPS Erprobungsphase abgeschlossen ä Mit Wirkung vom können die von der DFS veröffentlichten Anflug- verfahren von hierfür qualifizierten Luftfahrern genutzt werden G. Breu5

7 NO COPY – Anforderung an die Qualifikation ä Ausreichende theoretische und praktische Kenntnisse ä Die Qualifikation in der Anwendung der GPS-Verfahren und der Verwendung von GPS-Empfängern ist nachzuweisen: ä Als Nachweis gilt die Bestätigung von Geräteherstellern oder von anerkannten Trainingseinrichtungen G. Breu6

8 NO COPY – Qualifikation ä Einweisung durch Flugschulen und deren Fluglehrer (einschl. Einweisungsberechtigte und Sachverständige) ä Die Bestätigung kann über einen Eintrag im Flugbuch erfolgen G. Breu7

9 NO COPY – Empfehlung für Qualifizierungsinhalte ä Theorie: ä Funktionsweise von GPS ä GPS Anflugverfahren ä Datenbanken ä Praktischer Teil ä Gerätebedienung einschließlich Nutzung der Datenbank ä Besonderheiten der Flugvorbereitung (RAIM- Prädiktion) ä Flugdurchführung G. Breu8

10 NO COPY – Mindestanforderungen ä Vollständige Preflight-Checks mit Eingabe der erforderlichen Daten ä Ein GPS-Approach als PF und ein Approach als PNF; ein Anflug muss mit einem Fehlanflugsverfahren durchgeführt werden ä Dokumentation des Verfahrens im Formblatt und im Flugbuch G. Breu9

11 NO COPY – Vorteile von GNSS ä Allwetterbetrieb ä Weltweite Navigation ä Navigation zu jeder Zeit ä Hohe Genauigkeit ä Präzise Zeit ä Satelliten auch für Kommunikation nutzbar ä Unbegrenzte Teilnehmerzahl ä Weltweit gemeinsames Nav.- Koordinatensystem ä Preiswertes Nutzersystem G. Breu10

12 NO COPY – Nachteile von GNNS ä Relativ geringe Aktualisierungsrate des GPS ä Neue Komponenten für Boden- Bord- und Raumsysteme erforderlich ä Keine Betriebsgarantie ä Genauigkeit für nichtautorisierte Benutzer kann künstlich verschlechtert werden G. Breu11

13 NO COPY – Grenzen der GPS-Komponenten ä Zur Zeit gelten die JAA- Übergangsrichtlinien ä Kontinuität und Verfügbarkeit erfordern weitere Hilfsmittel ä Warnungen bei Fehlanzeigen dauern zu lange G. Breu12

14 NO COPY – Systemkomponenten ä Boden- ä Raum- und ä Bordsegment Datastream 50 b/s S-Band Uplink 4000 b/s Sendeleistung 20 W G. Breu13

15 NO COPY – Bodensegment ä Hauptkontrollstation (Master Control Station) ä Weltweit verteilte Überwachungs- und Datenübertragungsstationen (Monitor- und Uploading Station) ä Aufgabe der MCS ist die Genauigkeit zu gewährleisten (Überwachen, Korrekturdaten senden) G. Breu14

16 NO COPY – Raumsegment ä Alle auf 6 untersch. Bahnen umlaufende Satelliten, je Bahn kreisen 4 Satelliten ä NAVSTAR/GPS besteht aus 24 Satelliten, davon 21 regulär und 3 als Reserve ä Betriebsdauer ist auf 7,5 Jahre ausgelegt ä Hauptbestandteil sind zwei Rubidium- und zwei Cäsiumatomuhren G. Breu15

17 NO COPY – Bordsegment ä Eigentlicher Empfänger an Bord eines Luftfahrzeuges ä Primäre Aufgabe besteht aus der autom. Satellitenselektion, ä Signalauflösung, ä Signalverfolgung (Tracking) und ä Laufzeitmessung G. Breu16

18 NO COPY – Anordnung der Satelliten ä 24 Satelliten ä 6 Umlaufbahnen ä km Höhe ä Bahninklination 55 ° zur Äquatorebene geneigt ä Umlaufzeit ca. 12 h G. Breu17

19 NO COPY – Sendefrequenzen FrequenzCode L1 L ,42 MHz C/A + P 1.227,6 MHz P G. Breu18

20 NO COPY – GPS - Bordanlage ä Antenne ä Installation nahe am Schwerpunkt ä Abschattung und Abschirmung vermeiden ä Hauptinformationen des GPS ä Position ä Richtung ä Geschwindigkeit ä Zeit G. Breu19

21 NO COPY – Bedienteil ä NAVNavigationsseiten sind aktiviert ä WPTWegpunktseiten ä RTEStreckenseitenanzeige ä MSGGPS-Nachricht liegt vor ä MOREWahl zwischen mehreren Möglichkeiten ä DATAAnzeige, wenn Satellitendaten gelesen werden ä ACQZeigt Suche nach Satelliten an ä 2D/3DZeigt die Art der Positionsbestimmung an G. Breu20

22 NO COPY – Bedienteil-Anzeigen ä DTKDesired Track-Bezeichnet den rechtweisenden Kurs in Grad zwischen FROM und TO WPT ä BRGBearing (Richtung, Peilung) Winkel zwischen geogr. N und dem anzusteuernden WPT ä CTSCourse To Steer - Steuerkurs ä RNGRange - Entfernung zum nächsten WPT ä DMGDistance Made Good - zurückgelegte Entfernung ä CMGCourse Made Good - Peilung vom FROM-WPT ä TRKWinkel zwischen geo. N und der Bewegungsrichtung über Grund G. Breu21

23 NO COPY – Bedienteilanzeigen ä TRNTurn Instruction-Winkelunterschied zwischen BRG und CTS ä ETEEstimated Time Enroute-Zeit bis zum nächsten Wegpunkt ä GSGround Speed - Tatsächliche Geschwindigkeit über Grund ä VMGVelocitiy Made Good (GPS zeigt die errechnete Durchschnittsgeschwindigkeit an G. Breu22

24 NO COPY – TNTRK BRG Navigationsterme CTS CMG DMG GS DTKTN FROM-WPT 1 WPT 2 TO-WPTRNG G. Breu23

25 NO COPY – Wie funktioniert ein GPS ä Die Position wird bestimmt (3 Koordinaten) indem man die Positionen und die Schrägentfernungen zu drei Satelliten gleichzeitig bestimmt ä Die Schrägentfernung wird bestimmt durch Zeitmessung, wie lange ein Signal benötigt, um vom Satelliten zum Bodenempfänger zu gelangen ä Die Laufzeit wird bestimmt durch Vergleich des von gleichzeitig am Boden und im Satelliten erzeugten Pseudo- Random Codes ä Mit Kenntnis der GPS-Systemzeit und der Laufzeit kennt man die Satellitenposition, da sich die Satelliten auf festen, bekannten Orbits bewegen G. Breu24

26 NO COPY – Wie funktioniert GPS Speed of light * time 2 = DME-Dist. Funktion wie ein DME, jedoch wird nur eine Wegstrecke vom Satelliten zum Lfz gemessen. Satellit sendet eine Navigations-/ Zeitreferenz aus, anhand der Empfänger die Entfernung ermittelt G. Breu25

27 NO COPY – Pseudoentfernungsmessung Zeitverzögerungt PRN-Code G. Breu26

28 NO COPY – Positionsbestimmung ohne Uhrenfehler A 4 sek. 6 sek G. Breu27

29 NO COPY – Positionsbestimmung mit Uhrenfehler 4 sek. 6 sek. 1 2 A B 5 sek. 7 sek G. Breu28

30 NO COPY – Position an Punkt A bei genauer Empfängeruhr und 3 Satelliten A 4 sek. 6 sek sek G. Breu29

31 NO COPY – Positionsbestimmung mit Uhrenfehler und 3. Satelliten A 7 s 6 s SAT2 B 8 s SAT3 9 s C D 4 s SAT1 5 s G. Breu30

32 NO COPY – Begriffe ä Pseudo-Range - Die im Empfänger inst. einfache Uhr ist mit einem Fehler behaftet. Die Entfernung zwischen Satellit und Empfänger entspricht nicht exakt der geometrischen Entfernung ä Integrity (RAIM) - System teilt dem Benutzer mit, ob es innerhalb der spezifizierten Genauigkeit arbeitet bzw. warnt rechtzeitig - Für RAIM muß ein 5. Satellit in Sicht sein. ä SA - Selective Availability - Künstliche Verschlechterung des Systems auf m; nur der ungenauere C/A Code kann empfangen werden G. Breu31

33 NO COPY – Begriffe ä GDOP - Geometric Dilution of Precision - Die Genauigkeit der Orts- Geschwindigkeits- und Zeitermittlung ist im großen Maße von der geometrischen Konstellation der Satelliten relativ zum Beobachter abhängig ä DGPS - Differenzialverfahren - Verfahren um die nur mittelmäßige Genauigkeit der Positionsbestimmung für bestimmte Flugabschnitte mit Werten einer Referenzbodenstation zu verbessern (Präzisionsanflüge) G. Breu32

34 NO COPY – Wie geht es weiter ? ä GPS auch in den nächsten Jahren nicht alleiniges Navigationsmittel ä VOR/DME/ILS bleiben weiterhin erforderlich ä Wenn sich eine konv. Navigationsausrüstung an Bord befindet, können IFR-taugliche GPS-Empfänger für IFR- Direktstrecken benutzt werden ä GPS kann ein DME oder NDB ersetzen, wenn das DME- oder NDB-Fix in der DB des Empfängers gespeichert ist (nicht jedoch auf dem ILS !) G. Breu33

35 NO COPY – Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit Gerhard Breu G. Breu34


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