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Wie navigieren Flugzeuge von morgen?

GeoWerkstatt-Projekt des Monats August 2015

Projekt: Bürgernahes Flugzeug (automatisierte und autonome Flugsysteme)

Forschende: Christian Bischof und Franziska Kube

Projektidee: Optimierung von GNSS gestützten An- und Abflugverfahren durch Kopplung von zwei Antennen und zwei Empfänger zu einem „virtuellen“ Empfänger

Abbildung 1: Airbus A320 Flugzeugemodell mit untersuchten Antennenpositionen.

Was sind die Herausforderungen?

Bei gekurvten Landeanflügen treten Unterbrechungen der  empfangenen Navigationssignale auf, die oftmals in Querrichtung zum Flugzeugrumpf vorhanden sind. Diese Unterbrechungen sind abhängig von der aktuellen Fluglage im Bezug zu den sichtbaren Navigationssatelliten. Durch die Signalunterbrechungen können die hohen Anforderungen an den zivilen - aber auch an den Frachtluftverkehr -  nicht zu allen Zeiten erfüllt werden. 

Abbildung 2: Abschattungsdiagramme von untersuchten Antennenpositionen auf einem Airbus A320.

Wie sieht die Lösung aus?

Eine Verbesserung der Sichtbarkeit, eine kontinuierliche Positionierung und gleichzeitige Steigerung der Präzision der Navigationslösung kann durch die Kombination zweier, am Flugzeugrumpf vorhandener Antennen erreicht werden. Die optimalen Positionen sind vorher zunächst zu bestimmen, um abschließend ein maximales Sichtfeld auf dem Flugzeugrumpf gewährleisten zu können. Durch die Kombination wird ein erweitertes Sichtfeld realisiert, das dann als „virtueller Empfänger“ bezeichnet wird. Da der Luftverkehr eine sicherheitskritische Anwendung darstellt, muss das Navigationssignal ununterbrochen zur Verfügung stehen bzw. darf direkt nach einem Signalabbruch das Signal nicht sofort wiederverwendet werden, sondern unterliegt dann einer Sperre von ca. 150 Sekunden, um die Integrität und Unverfälschtheit zu verifizieren. Die Herausforderung der Forscher besteht nun in der korrekten Zusammenfassung und Kombination der Messdaten zweier oder mehrerer individueller Antennen zu einem „virtuellen Empfänger“. Da die Navigation in Echtzeit durchgeführt wird, muss auch die Kombination der Daten in Echtzeit erfolgen.

Abbildung 3: Satellitenspuren sichtbarer Satelliten mit Abschattungsbereich (grau) (links) und erweiterter Sichtbereich für den virtuellen Empfänger (rechts).
Abbildung 4: Forschungsflugzeug Do128 D-IBUF des Instituts für Flugführung (IFF) der TU Braunschweig mit Antennenpositionen und -bezeichnern.