Augmentation Systeme

Augmentation Systeme

Mit Hilfe von Augmentation Systemen kann die Genauigkeit, Kontinuität, sowie die Integrität globaler Satellitennavigationssystemen enorm gesteigert werden. Man unterscheidet hierbei prinzipiell zwei Klassen von Augmentation Systemen. Zum Einem gibt es die Space-Based-Systeme und zum Anderen die Ground-Based-Systeme.


Space-Based-Augmentation-Systeme kurz SBAS bestehen im Wesentlichen aus einer beliebigen Anzahl von Basisstationen, die über eine große Fläche am Boden verteilt sind und die mit Hilfe von Masterstationen Korrekturdaten für einzelne Region erzeugen. Diese werden dann von Verbindungstationen an einen oder mehrere geostationäre Satelliten übertragen, welche die Korrekturdaten den Nutzern zur Verfügung stellen. Diese Datenübertragung findet in der Regel über die GPS L1 Frequenz statt und kann somit direkt von den Empfängern verarbeitet werden.


Zu den zur Zeit im Aufbau befindlichen Space-Based-Augmentation-Systemen zählen das Wide Area Augmentation System in den USA (WAAS), der European Geostationary Navigation Overlay Service (EGNOS) und das japanische Multi-Function Transport Satellite Augmentation System (MSAS). Alle drei Systeme decken nach ihrer geplanten Fertigstellung verschiedene Regionen der Erde ab. Die Umschaltgrenzen zwischen den Systemen bzw. den Regionen liegen dabei fest auf vorgegebenen Längengraden.


Im Folgenden wird kurz der grobe Aufbau der einzelnen Systeme und deren Komponenten erläutert:


•    WAAS
Das vollständige Wide Area Augmentation System soll nach seiner Fertigstellung aus 25 Referenzstationen, 2 Masterstationen, sowie 3 Uplink-Stationen bestehen, welche als Verbindung zu zwei geostationären INMARSAT III Kommunikationssatelliten dienen. Darüber hinaus soll es einen zertifizierten Service für oceanic, en-route, non-precision und precision approach in den USA, sowie in Teilen Kanadas und Mexicos bieten. Die angestrebte Positionsgenauigkeit soll bei ca. 7m vertikal (LEP95) und horizontal (CEP95) liegen.


•    EGNOS
Der European Geostationary Navigation Overlay Service soll bei seiner Fertigstellung aus insgesamt 44 Bodenstationen bestehen, von denen die meisten sich in Europa befinden. Darüber hinaus wird er über drei geostationäre Satelliten verfügen und kompatibel, sowie interoperabel zu WAAS und MSAS sein. Wie bei WAAS wird ebenfalls eine horizontale Positionsgenauigkeit von besser als 7m gefordert. In der Praxis wird allerdings eine weitaus höhere Genauigkeit im Meterbereich erwartet. Der experimentelle Betrieb wurde bereits im Juli 2005 begonnen und zeigte eine herausragende Leistungsfähigkeit bezüglich der erreichten Genauigkeit (geringer als 2 m) und Verfügbarkeit (über 99%). Eine Zertifizierung und Zulassung des EGNOS-Systems für die Nutzung in sicherheitskritischen Anwendungen (Safety of Life) fand im März 2011 statt.

Ein Informationsportal zu EGNOS, sowie eine aktuelle Karte zur Leistungsfähigkeit des Systems sind unter EGNOS-Portal und EGNOS-Leistungsfähigkeit  zu finden.


•    MSAS
Das japanische Multi-Function Transport Satellite Augmentaion System wird nach seiner Fertigstellung über ein bis zwei geostationäre Kommunikationssatelliten und über insgesamt acht Bodenstationen verfügen, von denen sich sechs in Japan befinden. Darüber hinaus wird eine Station in Australien, sowie in Hawaii platziert werden.


Als wichtiges zukünftiges Element der Satellitennavigation, insbesondere im Luftverkehr, hat sich mittlerweile das Verfahren des Bodengestützten Ergänzungssystems etabliert, engl. Ground Based Augmentation System (GBAS). Im Gegensatz zu SBAS verfügt GBAS über keine geostationären Satelliten, um die Korrekturdaten an den Nutzer zu übertragen. Die Übertragung findet bei GBAS hauptsächlich über Radiosignale statt.


Funktionsprinzip GBAS (Quelle: Eurocontrol)

Eine besondere Bedeutung kommt GBAS im Bereich der satellitengestützten Präzisionsanflüge mit anschließender Landung zu. Es soll zukünftig als Ersatz für das zur Zeit verwendete ILS (Instrument Landing System) dienen, da erhebliche Kosteneinsparungen  hinsichtlich Anschaffung, Wartung und Flugvermessung erwartet werden. Darüber hinaus wird durch GBAS die Möglichkeit geschaffen satellitengestützte Anflüge nach CATII und CATIII durchzuführen (siehe untenstehende Tabelle). Hierfür werden in der Nähe von Flughäfen am Boden lokale Monitor-Stationen installiert, deren Daten dann per Funk an die Flugzeuge übermittelt werden.

Die Kategorie der Präzisionsanflüge (PA) wird in Betriebsstufen, engl. Category of Operation (CAT), eingeteilt. Diese sind festgelegt in Abhängigkeit der Entscheidungshöhe, engl. Decision Height (DH), und der Sicht entlang bzw. auf der Höhe der Landebahn, Runway Visual Range (RVR). Die Entscheidungshöhe bezeichnet eine spezifische Höhe während eines Präzisionsanfluges, bei welcher ein Fehlanflug eingeleitet werden muss, wenn die für eine Fortsetzung des Anfluges geforderten Sichtverhältnisse unterschritten werden.

Betriebsstufe / Kategorie

Entscheidungshöhe (DH)

Landebahnsicht (RVR)

CAT I

DH > 60m

RVR > 550m

CAT II

30m < DH < 60m

RVR > 350m

CAT IIIa

0m < DH < 30m

RVR > 200m

CAT IIIb

0m < DH < 15m

50m < RVR < 200m

CAT IIIc

no DH

no RVR limitation


Entscheidungshöhen für CAT Anflugverfahren

 

Die nachstehende Abbildung zeigt noch einmal eine Einordnung der Verfahren der Satellitennavigation im Hinblick auf Verfügbarkeit und Anwendbarkeit auf verschiedene Bereiche der Flugführung.

 

Systeme und Anforderungen