1. Dieter Müller, Honeywell AES

Honeywell
Satellitengestütze Landesysteme
Ein Überblick !
GBAS, LAAS etc.
May, 2006
Dieter Müller, MBA
Defense & Space Systems
Honeywell Proprietary
Die Vision (GPS, EGNOS, Galileo)
Unabhängige
Dienste
GPS
Galileo
EGNOS
Anwender
Defense & Space Systems
Honeywell Proprietary
Gemeinsames
Management
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
Defense & Space Systems
Honeywell Proprietary
Umsetzung der Nutzung von GPS in der Luftfahrt
n 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)
Defense & Space Systems
Honeywell Proprietary
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
Defense & Space Systems
Honeywell Proprietary
EGNOS
Potenzial
•
•
•
•
•
•
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-Empfängers möglich
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
Defense & Space Systems
Honeywell Proprietary
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
Defense & Space Systems
Honeywell Proprietary
Navigationsanforderungen
n Navigations Anforderungen in regionalen Gebieten
– Genauigkeit
– Verfügbarkeit
– Integrität und
– Kontinuität der Funktion
n Aviation hat notwendige sog. “Levels of Performance”
– Oceanic
– In-Route
– Terminal
– Non-Precision Approach
– Precision Approach
Defense & Space Systems
Honeywell Proprietary
GNSS Charakteristika
n GNSS Leistung besteht aus 3 Faktoren:
– Messgenauigkeit
– Satellitengeometrie
– Satelliten Redundanz
n Weil die GNSS Konstellation sich verändert, variiert die
GNSS Leistung als eine Funktion von Zeit und Ort
n Die GPS Leistung ist signifikant besser in den äquatorialen
Regionen der Welt
n Die vertikale Leistung ist um den Faktor 1.6 schlechter als die
horizontale
Defense & Space Systems
Honeywell Proprietary
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.)
Defense & Space Systems
Honeywell Proprietary
GNSS Integrity
n 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)
n Systemkosten und -Verfügbarkeit hängen ab von der
selektierten Methode und vom geforderten Leistungsniveau
n Kein anderes System hat bisher die gleichen Vorteile wie
GNSS/GPS gezeigt, trotzdem ist es ein weiter Schritt bis zur
weltweiten “Sole Means” Nutzung
Defense & Space Systems
Honeywell Proprietary
GPS erfordert Augmentation für die
Luftfahrt
n 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.
Defense & Space Systems
Honeywell Proprietary
RAIM/FDE
Hintergrund
Wie viele Satelliten braucht man ?
Basis GPS Position
(Lat/Lon/Alt/Zeit)
Add
Receiver Autonomous
Integrity Monitor (RAIM)
Add
RAIM mit der Isolation
eines defekten Satelliten
Defense & Space Systems
Honeywell Proprietary
Mit Augmentation durch eine Referenz Station
Basis GPS Position
(Lat/Lon/Alt/Zeit)
Add
Defense & Space Systems
Integritäts Monitor
Höhere Verfügbarkeit
Differential Position
Fehlerkorrektur Übermittlung
Honeywell Proprietary
Ground Based Augmentation (GBAS)
n 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 diesem System ist Präzision Anflug möglich !!
n 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
n GBAS Einschränkungen:
– Störungsempfindlichkeit
– Beschränkte Reichweite
– Erfordert lokale Infrastruktur
Defense & Space Systems
Honeywell Proprietary
GBAS/LAAS System Elemente
VHF Sender
GPS Satelliten
GPS Empfänger
Flugzeug im Anflug
LAAS Bodenstation
Pseudolite
* future option
P7300-42-03¥
Defense & Space Systems
Honeywell Proprietary
Digital LAAS Approach
Glidepath
Angle γ
FPCP
Extended
Centerline
Glidepath
DCH
GPIP
RDP(lat, long, alt)
WGS-84 Ellipsoid
FPAP(lat, long)
Defense & Space Systems
Honeywell Proprietary
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:
Airport Traffic Control
Unit (ATCU)
Remote Satellite
Measurement Unit (RSMU)
Differential GPS (DGPS) Control &
• 3-4 RSMUs per Installation
• 12/24/48 Channel DGPS Receiver VHF Data Broadcast (VDB) Cabinets
• DGPS Reciever packaged in an
environmentally protective enclosure
• Dual Element Multi-path Limiting
Antenna
• Requires site survey and placement
against siting/installation criteria
•
•
•
•
•
•
• SLS Control Panel installed in
Air Traffic Control Tower
• Flat Panel Touch Screen
available in three configurations
Dual 19” Rack & Panel Cabinets
Differential Correction Processor (L)
FAA-certified DO-178B Software
Power Distribution & Local Status (L)
Single/Dual VHF Transmitter/Receiver (R)
Maintenance Data Terminal (MDT)
Defense & Space Systems
Honeywell Proprietary
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
LAAS Guidance Implementation
Cockpit
Displays
Aircraft
GPS Antenna
MMR
Aircraft
Surfaces
Pilot
Interface
Autopilot
VHF Antenna
DATALINK
GBAS/LAAS Ground Facility
Antenna
Differential Corrections,
Integrity Status and
Approach Coordinates
GPS
Defense & Space Systems
Data Broadcast
Monitor
Base Station
Computes
Differential
Corrections,
Provides Integrity
Check & Provides
Approach
Coordinates
Transmitter
Encoder
Broadcast Information
Honeywell Proprietary
Decoder
Receiver
“Provably Safe Prototype Configuration”
Differential Correction Processor (DCP)
rade (w/ Additional Memory)
NEW
Upgr
High Zenith Antenna &
Multi-Path Limiting (MLA)
GPS Antenna
“Provably Safe”
Safe” Integrity Algorithms
& PSP BetaBeta-LAAS Software
de
Upgra
Same
Elliptically Polarized (EPOL)
VDB Antenna
NEW
Same
VHF Data Broadcast (VDB) Radio
48-Channel GPS RR
GBAS Program Status
July
20th, 2005
Defense
& Space Systems
Honeywell Proprietary
Federal Aviation
Administration
20
Overall Honeywell LAAS/GBAS Roadmap
CY05
CY06
CY07
CY09
CY08
Integrity Algorithms
Hardware
CMC 48 Channel
Software
Level B
Level B
Level A
RSMU
DCP
Processor Upgrade
Hardware
DCP CPU - i960
Software
Level B
Hardware
Harris/Sinclair
Software
Level D
Level B
Level A
VDB (HPOL) Antenna – Polar Electronics
VDB Tx/Rx Telerad
CAT II/III Certification
Level D
MDT/DRU
ATCU
SLS-4000 Prototype GBAS
SLS-4000 GBAS (Cat 1)
SYD
CY12
Air
AirTraffic
TrafficControl
ControlUnit
Unit
Canadian
Marconi
Canadian MarconiCorporation
Corporation
Commercial
CommercialOff-The-Shelf
Off-The-Shelf
Central
CentralProcessing
ProcessingUnit
Unit
Differential
DifferentialCorrection
CorrectionProcessor
Processor
Data
DataRecording
RecordingUnit
Unit
Ground-Based
Ground-BasedAugmentation
AugmentationSystem
System
Horizontally
Polarized
Horizontally PolarizedAntenna
Antenna
Intel
Intel80960
80960Processor
Processor
International
InternationalCivil
CivilAviation
AviationOrganization
Organization
Local
Area
Augmentation
Local Area AugmentationSystem
System
Maintenance
MaintenanceDisplay
DisplayTerminal
Terminal
FAA’s
FAA’sProvably
ProvablySafe
SafePrototype
Prototype
Pre-Planned
Pre-PlannedProduct
ProductImprovement
Improvement
Remote
RemoteSatellite
SatelliteMonitoring
MonitoringUnit
Unit
Transmitter/Receiver
Transmitter/Receiver
VHF
VHFData
DataBroadcast
Broadcast
P3I
Data Recorder - COTS
P3I
MDT & D/R Level E
Hardware
COTS
Software
Level D
MEM
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
PP3I3I
RSMU
RSMU
Tx/Rx
Tx/Rx
VDB
VDB
SLS-4000 Prototype GBAS
VDB
Hardware
MDT - Dell
Software
Level E
CY11
CY10
P3I
CAT I Certification
P3I
MAL BRE
(PSP)
ICAO & Eurocae Certs
SLS-5000 Federal LAAS
[ Cat 1 à GSL D ]
Defense & Space Systems
Productionà
Non-Fed T/A
Production à
Configuration Upgrade & Fed Acquisition
Honeywell Proprietary
Productionà
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
AustralAsia
South America
Q ACJ Int’l Airport, Rio de Janeiro, Brazil
Q Norfolk Island Airport, New South Wales, Australia
Q Sydney Airport
Defense & Space Systems
Honeywell Proprietary
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
Defense & Space Systems
Honeywell Proprietary
Honeywell
Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit
May, 2006
Dieter Müller, MBA
Defense & Space Systems
Honeywell Proprietary