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NO COPY – www.fliegerbreu.de 1 Funknavigation Grundlagen Teil I Übersicht - Grundlagen - Frequenzbereiche, Eigenschaften, Ausbreitung, Nutzung - Funkpeilung.

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1 NO COPY – www.fliegerbreu.de 1 Funknavigation Grundlagen Teil I Übersicht - Grundlagen - Frequenzbereiche, Eigenschaften, Ausbreitung, Nutzung - Funkpeilung - Für CVFR und A-FCL relevante Verfahren: - NDB/ADF - VOR - Radar - GPS Einige der Abbildungen wurden aus folgenden Bänden entnommen: Schiffmann4A: "Der Privatflugzeugführer", Band 4A, Flugnavigation, 1979 Schiffmann4B:Der Privatflugzeugführer Band 4B, Flugnavigation, 1979 Mies:Flugnavigation Mies:Funknavigtion Hesse3: Flugnavigation, 1976 02.09.2012 G. Breu

2 NO COPY – www.fliegerbreu.de 2 f = c/λ c=λ * f λ=c/f f :Frequenz λ: Wellenlänge c: Ausbreitungsgeschwindigkeit : 3 x 10 m/s = 300.000 km/s (Lichtgeschwindigkeit) 8 Amplitude Phase Sinusschwingung 0° 90° 180° 270° 360° Zusammenhang von Frequenz und Wellenlänge: Wellenlänge 02.09.2012 G. Breu

3 NO COPY – www.fliegerbreu.de 3 Frequenz- und Wellenlängenbereiche (VO Funk, DIN 40015) 3... 30kHz 100... 10kmLängstwellen - very low frequencies VLF 30... 300kHz 10... 1kmLangwellen - low frequencies LF 300... 3000kHz 1...0.1kmMittelwellen - medium frequencies MF 3... 30MHz 100... 10mKurzwellen - high frequencies HF 30... 300MHz 10... 1mUltrakurzwellen - very high frequencies VHF 300... 3000MHz 1... 0.1mDezimeterwellen - ultra high frequencies UHF 3...30GHz 10...1cmMikrowellen - super high frequencies SHF 30... 300GHz 1... 0.1mmMillimeterwellen EHF - extremely high frequencies 02.09.2012 G. Breu

4 NO COPY – www.fliegerbreu.de 4 Ausbreitung elektromagnetischer Wellen in der Atmosphäre Absorbtion = Dämpfung und tritt auf durch Umwandlung elektr. Energie in Wärmeenergie, da die Ausstrahlung nicht im absoluten Vakuum erfolgt 02.09.2012 G. Breu

5 NO COPY – www.fliegerbreu.de 5 Reichweite bei quasioptischer Ausbreitung Faustformel für quasioptische Reichweite: Reichweite (NM) = 1.23 x V Flughöhe (ft) Die festgelegten Betriebsentfernungen von Funkfeuern sind veröffentlicht im AIP VFR-Teil ENR 02.09.2012 G. Breu

6 NO COPY – www.fliegerbreu.de 6 Ausbreitung elektromagnetischer Wellen Schwund (Fading) Überlagerungen von Boden- und Raumwellen, führen zu Intensitätsschwankungen 02.09.2012 G. Breu

7 NO COPY – www.fliegerbreu.de 7 Ausbreitung elektromagnetischer Wellen -Schwund (Fading) Fernschwund -Dämmerungseffekt (Twilight-Effect) -Gewittereffekt (Statics) -Bergeffekt (Mountain-Effect) -Küsteneffekt (Shoreline-Effect nur bei ADF) 02.09.2012 G. Breu

8 NO COPY – www.fliegerbreu.de 8 Modulationsarten - Kennbuchstabe A Unmoduliert, Tastung: A0/NON nicht modulierte Trägerwelle A0/A2 nur die Kennung ist moduliert, mit der Modulationsfreqenz 1020 Hz A1/A1A getastete Trägerwelle 02.09.2012 G. Breu

9 NO COPY – www.fliegerbreu.de 9 Modulationsarten - Kennbuchstabe A - Amplitudenmodulation: Modulationsfrequenz z. B. Ton (400Hz), Sprache Amplitudenmodulierte Hochfrequenz A2: Eine Tonmodulation liegt vor: A2/A2A: getastete Tonmodulation A3: Eine Sprachmodulation liegt vor: A3/A3E: Modulation durch Schallsignale (Sprache) A9/A9W: gemischte Übertragung (z. B. Kennung + ATIS) 02.09.2012 G. Breu

10 NO COPY – www.fliegerbreu.de 10 Modulationsarten - Kennbuchstabe F - Frequenzmodulation: Modulationsfrequenz z. B. Ton, Sprache Frequenzmodulierte Hochfrequenz 02.09.2012 G. Breu

11 NO COPY – www.fliegerbreu.de 11 Antennendiagramm Mittelbereichs Rundsicht Radarantenne (Horngespeiste Parabolantenne) Streckenrundsichtradar (RSR) Horizontaldiagramm in polarer Darstellung: Keulenförmiges Diagramm entsteht durch Normierung auf die maximale Abstrahlung (Abstrahlung = Empfangsempfindlichkeit) 02.09.2012 G. Breu

12 NO COPY – www.fliegerbreu.de 12 Sender Erzeugung hochfrequenter Schwingungen Erzeugung hochfrequenter Schwingungen Aufbringung der Information auf die Trägerschwingung (Modulation) Aufbringung der Information auf die Trägerschwingung (Modulation) Verstärkung Verstärkung Aussenden der modulierten Trägerschwingung über eine Sendeantenne als elektromagnetische Wellen Aussenden der modulierten Trägerschwingung über eine Sendeantenne als elektromagnetische Wellen 02.09.2012 G. Breu

13 NO COPY – www.fliegerbreu.de 13 Empfänger Empfang der modulierten Trägerwellen über eine Empfangsantenne und Erzeugung von entsprechenden Schwingungen Empfang der modulierten Trägerwellen über eine Empfangsantenne und Erzeugung von entsprechenden Schwingungen Verstärkung Verstärkung Trennung der Information von den Trägerschwingungen (Demodulation) Trennung der Information von den Trägerschwingungen (Demodulation) Darstellung bzw. Weiterverarbeitung der Informationen Darstellung bzw. Weiterverarbeitung der Informationen 02.09.2012 G. Breu

14 NO COPY – www.fliegerbreu.de 14 Funkwellen Elektromagnetische Wellen (Funkwellen) sind von der Sendeantenne sich in den Raum ausbreitende periodisch auf- und abbauende elektrische und magnetische Felder Elektromagnetische Wellen (Funkwellen) sind von der Sendeantenne sich in den Raum ausbreitende periodisch auf- und abbauende elektrische und magnetische Felder Ausbreitungsgeschwindigkeit von Funkwellen: 300.000 km/sec. Ausbreitungsgeschwindigkeit von Funkwellen: 300.000 km/sec. Frequenz = Schwingungen/Sekunde (Hertz, Hz) Frequenz = Schwingungen/Sekunde (Hertz, Hz) Je höher die Frequenz, desto geringer die Wellenlänge Je höher die Frequenz, desto geringer die Wellenlänge 02.09.2012 G. Breu

15 NO COPY – www.fliegerbreu.de 15 Frequenzbereiche Nur NDB-Anlagen senden im Lang- und Mittelwellenbereich. Alle anderen Funknavigationsanlagen arbeiten im UKW-Bereich bzw. in höheren Frequenzbereichen Nur NDB-Anlagen senden im Lang- und Mittelwellenbereich. Alle anderen Funknavigationsanlagen arbeiten im UKW-Bereich bzw. in höheren Frequenzbereichen Die Frequenzrasterung beträgt für NDB 0,5 kHz, für VOR 50 kHz (0,05 MHz) Die Frequenzrasterung beträgt für NDB 0,5 kHz, für VOR 50 kHz (0,05 MHz) 02.09.2012 G. Breu

16 NO COPY – www.fliegerbreu.de 16 Modulation und Sendeart In der Funknavigation wird vor allem die Amplitudenmodulation angewendet. Hier wird die Amplitude der Trägerwelle entsprechend dem Rhythmus der zu übertragenden niederfrequenten Schwingungen verändert In der Funknavigation wird vor allem die Amplitudenmodulation angewendet. Hier wird die Amplitude der Trägerwelle entsprechend dem Rhythmus der zu übertragenden niederfrequenten Schwingungen verändert Die gebräuchlichsten Sendearten bei Funknavigationsanlagen sind: Die gebräuchlichsten Sendearten bei Funknavigationsanlagen sind: NON/A2A (A0/A2), in der Morsekennung tonmodulierte Trägerwelle NON/A2A (A0/A2), in der Morsekennung tonmodulierte Trägerwelle A9W (A9), sprachmodulierte Trägerwelle mit Morsekennung A9W (A9), sprachmodulierte Trägerwelle mit Morsekennung 02.09.2012 G. Breu

17 NO COPY – www.fliegerbreu.de 17 Ausbreitung der Funkwellen Funkwellenausbreitung im Lang- und Mittelwellenbereich als boden- u. Raumwellen, im UKW und höheren Frequenzbereichen als direkte Welle (quasioptisch) Funkwellenausbreitung im Lang- und Mittelwellenbereich als boden- u. Raumwellen, im UKW und höheren Frequenzbereichen als direkte Welle (quasioptisch) Aufgrund der Ausbreitungsart unterliegen Lang- und Mittelwellen Störungen, hervorgerufen durch Aufgrund der Ausbreitungsart unterliegen Lang- und Mittelwellen Störungen, hervorgerufen durch -Wellenüberlagerung (Fading) -Wellenüberlagerung (Fading) -Atmosphärische Auf- und Entladungen (Gewitter)-Atmosphärische Auf- und Entladungen (Gewitter) -Ausbreitung über Land und Wasser (Küsteneffekt)-Ausbreitung über Land und Wasser (Küsteneffekt) -Reflexionen an Bergen (Gebirgseffekt)-Reflexionen an Bergen (Gebirgseffekt) 02.09.2012 G. Breu

18 NO COPY – www.fliegerbreu.de 18 Empfangsstörungen und Falschanzeigen Funkwellenablenkung im Gebirge und der Küste Funkwellenablenkung im Gebirge und der Küste Elektrische Entladungen bei Gewitter Elektrische Entladungen bei Gewitter Raumwellenempfang bei Nacht Raumwellenempfang bei Nacht Schräglage des Flugzeuges Schräglage des Flugzeuges 02.09.2012 G. Breu

19 NO COPY – www.fliegerbreu.de 19 Funknavigatorische Grundbegriffe TB – Rechtweisende Peilung (True Bearing) TB – Rechtweisende Peilung (True Bearing) MB – Missweisende Peilung (Magnetic Bearing) MB – Missweisende Peilung (Magnetic Bearing) RB – Funkseitenpeilung (Relativ Bearing) RB – Funkseitenpeilung (Relativ Bearing) QDM – Missweisende Peilung zur Bodenstation hin (MB to the station); QDM = MH + RBGPS:BRG QDM – Missweisende Peilung zur Bodenstation hin (MB to the station); QDM = MH + RBGPS:BRG QDR – Missweisende Peilung von der Bodenstation weg (MB from the station) QDR=QDM +/- 180° GPS: BRG From QDR – Missweisende Peilung von der Bodenstation weg (MB from the station) QDR=QDM +/- 180° GPS: BRG From QUJ – Rechtweisende Peilung zur Bodenstation hin (TB to the station); QUJ= TH+RB QUJ – Rechtweisende Peilung zur Bodenstation hin (TB to the station); QUJ= TH+RB QTE – Rechtweisende Peilung von der Bodenstation weg (TB from the station); QTE=QUJ +/- 180°GPS: LOP QTE – Rechtweisende Peilung von der Bodenstation weg (TB from the station); QTE=QUJ +/- 180°GPS: LOP 02.09.2012 G. Breu

20 NO COPY – www.fliegerbreu.de 20 QUIZ TB from station TB to station QDRQDMTHMHCHDEVVARRB 358°??????+003°044°W039° TB from station TB to station QDRQDMTHMHCHDEVVARRB?248°???243°240°?006°E? 02.09.2012 G. Breu

21 NO COPY – www.fliegerbreu.de 21 QUIZ - Auflösung TB from station TB to station QDRQDMTHMHCHDEVVARRB 358°178°042°222°139°183°180°+003°044°W039° TB from station TB to station QDRQDMTHMHCHDEVVARRB068°248°062°242°249°243°240°+003E006°E359° 02.09.2012 G. Breu

22 NO COPY – www.fliegerbreu.de 22 - + + Rahmenantenne Loop Rundstrahlende Antenne (Sense) (Hilfsantenne) Rahmen Kardioide* Maximum an ind. Spannung U Minimum an ind. Spannung *) Herzkurve entsteht, wenn Rahmen und Hilfsantenne überlagert werden 02.09.2012 G. Breu

23 NO COPY – www.fliegerbreu.de 23 Fremdpeilung Voraussetzungen - Boden: Peilempfänger - Bord: Funkgerät Wichtigste Informationen aus Fremdpeilung: für Zielflüge (homing) QDM: missweisender Kurs zum Peiler für Standortbestimmung: QTE: rechtweisende Funkstandlinie (LOP line of position) Funkstandort (radio fix): Schnittpunkt von (mindestens) 2 Standlinien Telefunken Peiler E374 (1930) 02.09.2012 G. Breu

24 NO COPY – www.fliegerbreu.de 24 UKW- Peiler VDF (VHF direction finder) Frequenzbereich: 118.00 - 137MHz (Flugfunksprechverkehr) Antennen der Bodenanlagen: H- Adcock Peilgenauigkeit: + 3...5° Großbasispeiler Peilgenauigkeit: + 1...2° 02.09.2012 G. Breu

25 NO COPY – www.fliegerbreu.de 25 - Eigenpeilung - Peilung bezüglich Flugzeuglängsachse -Funkseitenpeilung (Relative Bearing) Peilrahmen am Luftfahrzeug RB Flugzeuglängsachse Gepeilte Station (NDB) 02.09.2012 G. Breu

26 NO COPY – www.fliegerbreu.de 26 NDB (nondirectional beacon) Frequenzbereich (in Deutschland: 200...526 kHz), Sendeleistung 10... 200W, die meisten NDB-Anlagen senden im Frequenzbereich von 200-490 kHz) Streckenfunkfeuer (NDB): 3 Buchstaben- Kennung, Reichweite 25.... 100 NM Anflugfunkfeuer (L): 2 Buchstaben- Kennung, Reichweite 15.... 25 NM Bodenanlagen: Antennenmast T- Antenne Kartendarstellung 02.09.2012 G. Breu

27 NO COPY – www.fliegerbreu.de 27 ADF (automatic direction finder) Frequenzbereich für Empfang: 190.... 1750 kHz – Peilgenauigkeit +/- 6° Bordanlage: MDI-Moving Dial Indicator (man. drehbare Kompass- rose) RMI – Radio Magnetic Indicator (autom. nachgeführte Kompassrose) 02.09.2012 G. Breu

28 NO COPY – www.fliegerbreu.de 28 ADF - Störungen der Bodenwelle (Bergeffekt, Küsteneffekt) Verzerrung der Bodenwelle am Hügel Durch diese Verzerrung entstehende Fehlpeilung Anmerkung: An Küstenlinien können ähnliche Fehler auf- treten (Küsteneffekt) 02.09.2012 G. Breu

29 NO COPY – www.fliegerbreu.de 29 Dipol Rotierender Faltdipol Drehzahl 1800 U/min => Modulationsfrequenz 30 Hz Antennendiagramm Dipol + Käfigantenne VOR – Prinzip – VHF Omnidirectional Range (Omni=lat. für alle) Antennendiagramm Dipol - Amplitudenmoduliertes Umlaufsignal - Frequenzmoduliertes Bezugssignal 02.09.2012 G. Breu

30 NO COPY – www.fliegerbreu.de 30 VOR Frequenzbereich: 108 -117.975 MHz Bodenanlagen Sendeleistung ca. 200W (TVOR: 50W, auch ab 108MHz) Betriebsentfernungen siehe AIP VFR Teil ENR. VORDVOR Genauigkeit + 2°Genauigkeit + 0.5° 02.09.2012 G. Breu

31 NO COPY – www.fliegerbreu.de 31 VOR (VHF omnidirectional range) Frequenzbereich: 108... 117.975MHz Bordanlage: Bedieneinheit Anzeige: 02.09.2012 G. Breu

32 NO COPY – www.fliegerbreu.de 32 Antennen am Luftfahrzeug 02.09.2012 G. Breu

33 NO COPY – www.fliegerbreu.de 33 Funknavigationskarten Projektion: Lambertsche Schnittkegel- projektion 1:1.000.000 (1 cm=10 km in der Natur) Projektion: Lambertsche Schnittkegel- projektion 1:1.000.000 (1 cm=10 km in der Natur) Keine Angaben über Obergrenzen von CTRs Keine Angaben über Obergrenzen von CTRs Kartenkurs am Mittelmeridian abnehmen, da nur dieser Meridian dem wirklichen Meridianverlauf entspricht Kartenkurs am Mittelmeridian abnehmen, da nur dieser Meridian dem wirklichen Meridianverlauf entspricht 02.09.2012 G. Breu

34 NO COPY – www.fliegerbreu.de 34 Radar (Radio Detecting and Ranging) Frequenzbereiche: 1... 2 GHzStreckenrundsichtradar, SSR, DME, RSR=1300 MHzTACAN; Reichweite von 120 NM, Leistung: 1,4 MW 2... 4 GHzFlughafenrundsichtradar, ASR=Airport Surveillance Radar) 4... 8 GHzWetterradar (Bord) 8... 12.5 GHzPräzisionsanflugradar PAR, Wetterradar (Bord, Boden) 18... 26 GHzRollfeldüberwachungsradar ASDE Die max. Reichweite ist abhängig von dem Impulsfolgeintervall (0,6 Mikrosek.). Blindgeschwindigkeit: Zeit während weder gesendet noch empfangen wird. 02.09.2012 G. Breu

35 NO COPY – www.fliegerbreu.de 35 Radar - Sekundärradar (SSR) Antenne: Zwischen den Rahmenimpulsen eines Ant- wortsignales befinden sich max. 12 Infor- mationsimpulse Prinzip: Anrufbeantworter; die Identität (Flugzeugkennung) und die baro- metrische Flughöhe wird übermittelt. 02.09.2012 G. Breu

36 NO COPY – www.fliegerbreu.de 36 Prinzip: Positionsbestimmung durch Zeitmessung Frequenzen: 1.57 GHz (L1) 1.28 GHZ (L2) L1: C/A Code = Coarse Aquisition / Civil Access L2: P- Code = Precise Code Wichtigste Fehlerquellen: - Ungünstige Satellitengeometrie - Fehler in Uhren und Signalverarbeitung – S/A*) - Bedienungsfehler und Falscheingaben des Benutzers *) Künstliche Verschlechterung der Ephemeriden und der Uhrenfrequenzen. Die Satellitenfrequenzen und die Bahndaten können manipuliert werden. GPS - Satellitennavigationssystem 02.09.2012 G. Breu

37 NO COPY – www.fliegerbreu.de 37 Systemkomponenten Datastream 50 b/s S-Band Uplink 4000 b/s Sendeleistung 20 W Umlaufzeit: ca. 12 h Höhe: ca. 20.200 km Boden- Boden- Raum- und Raum- und Bordsegment Bordsegment Die Aufgabe des Bodensegmentes ist die Über- wachung der Satellitenfunktionen. Die Aufgabe des Raumsegmentes ist die Über- mittlung von Daten für die Zeit, Positions- und Geschwindigkeitsermittlung. 02.09.2012 G. Breu

38 NO COPY – www.fliegerbreu.de 38 GPS Höchste Genauigkeit entsteht, wenn 3 Satelliten um je 120° versetzt am Horizont stehen und ein weiterer Satellit senkrecht über dem Empfänger steht. Die Einflüsse der Ionosphäre auf die Genauig- keit werden im Empfänger mit einem Atmos- phärenmodell unter Einbeziehung aktueller Daten minimiert Die Bahnebenen sind zur Äquatorebene um 55° geneigt. 02.09.2012 G. Breu

39 NO COPY – www.fliegerbreu.de 39 Wie funktioniert ein GPS Speed of light * time 2 = DME DIST Funktion wie ein DME, jedoch wird nur eine Wegstrecke vom Satelliten zum Lfz gemessen. Satellit sendet Bahndaten, eine Navigations-/ Zeitreferenz und Satelliteninformationen aus, anhand der Empfänger die Entfernung*) ermittelt. Die Almanachdaten werden zur schnellen Identifikation der Signale der sichtbaren Satelliten benötigt. *) Pseudo-Range entsteht durch Uhrenfehler 02.09.2012 G. Breu

40 NO COPY – www.fliegerbreu.de 40 GPS-Receiver Beispielgerät Garmin 430 GPS/NAV Ein Schalter muss im Cockpit für den Betriebsmodus und die aktuelle Aufschaltung des GPS-Gerätes vorhanden sein (A/P). Die Database-Speicherkarte ist 28 Tage gültig. Aufgabe des Bordsegmentes: Automatische Satellitenselektion, Signalerfassung und Laufzeitmessung Nach der Inbetriebnahme des Empfängers des NAVSTAR-GPS kann die Betriebsbereit- schaft durch die Eingabe der ungefähren Position, der Uhrzeit und des Datums beschleunigt werden (Einlesen der Almanachdaten dauert ca. 12,5 Minuten) RAIM ist eine Methode zur Überprüfung der Zuverlässigkeit der Satellitensignale durch den Bordempfänger. Beim Differenzialverfahren (D-GPS) werden von festgelegten Bodenstationen Positions- fehler ermittelt und Korrekturwerte ausgestrahlt. 02.09.2012 G. Breu

41 NO COPY – www.fliegerbreu.de Begriffe: 41 GIBS=GPS Informations- und Beobachtungssystem WGS84=Eine die ganze Erde abdeckende Kartengrundlage als Basis für die GPS-Navigation Map Data=Eine für eine bestimmte Region durchgeführte möglichst genaue Übereinstimmung von Geoid und Ellipsoid (Geodätisches Datum) POOR COVERAGE=Es besteht eine Unterbrechung zwischen Empfänger und Satellit RAIM=Receiver Autonomous Integrity Modus; die Genauigkeit bei der GPS-Navigation kann durch den Empfang eines 5. Satelliten zur Kontrolle der berechneten Position überwacht werden 02.09.2012 G. Breu

42 NO COPY – www.fliegerbreu.de 42 Danke für Ihre Aufmerksamkeit Fortsetzung mit Funknavigation II - Verfahren - - Verfahren - 02.09.2012 G. Breu


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