GPS Global Positioning System

●   Satelliten und System:

Ziel ist es, die für die Luftfahrt heute noch verwendeten und partiell auch unentbehrlichen Bodenstationen für navigatorische Zwecke zu ersetzen (Bodenstationen müssen aufwändig gewartet werden und erreichen niemals die Flächendeckung eines Satellitensystems).

Für die GPS-Navigation im Flugzeug stehen dem Piloten Gegenwärtig zur Verfügung:
Mindestens 24 Navigations-Satelliten in vorbestimmten Umlaufbahnen (in ca. 20.200 km Höhe, je 2 Umläufe in 24 Std.). Signale von 4 bis 5 Satelliten für Positionsbestimmungen können durch diese Anordnung gleichzeitig an jedem Punkt der Erde empfangen werden.

Ein Empfänger am Boden oder im Flugzeug kommuniziert mit einem Satelliten, so dass zeitgleich je ein definiert kodiertes Signal gesendet wird. Die nötige Zeitsynchronisation wird mit Atomuhrgenauigkeit sichergestellt. Das Satellitensignal kommt aufgrund Entfernung und (bekannter) Wellenausbreitungsgeschwindigkeit am Empfänger verzögert an. Beide Signale werden zur Feststellung der Distanz gegeneinander verschoben, bis sie deckungsgleich sind. Aus der Größe der Verschiebung ergibt sich die Distanz zum Satelliten.

Durch fest auf der Erde befindliche Überwachungsstationen sind die Standorte der Satelliten zu jeder Zeit bekannt. Das für Koordinatenangaben vorgesehene Koordinatensystem ist das WGS 84 (World Geodetic System).

Die Anzahl, Winkelkonstellation und Funktionsfähigkeit der zu einem betimmten Zeitpunkt an einem definierten Ort verfügbaren Satellitensignale beeinflussen die so genannte geometrische Güte. Diese ist im Grunde ein Maß für die temporäre Genauigkeit. Durch diverse Korrekturen, wie z.B. den Ionosphäreneffekt, kann die Genauigkeit des Systems von +/– 12 m auf 3 bis 5 m verbessert werden. Damit lassen sich CAT III-Anflüge (ohne Sicht) noch nicht realisieren. Die Präzision einiger Empfänger beträgt nur 20 bis 30 m.


●   Ergebnisse und Berechnungen:

Nicht nur die Position, sondern auch die Höhe über einer definierten Bezugsebene kann errechnet werden.

Die Richtung und Entfernung vom gegenwärtigen Standort eines Flugzeugs (GPS-Empfängers) zu einem anderen Bezugspunkt im gleichen Koordinatensystem ist selbstverständlich berechenbar. Allerdings muss jeder dieser Bezugspunkte der GPS-Datenbank bekannt sein.

Die Koordinaten von Flugplätzen, Bodenstationen und anderen Orten entnimmt der Rechner seiner Datenbank. Sind dort für einen vom Benutzer gewünschten Punkt keine Koordinaten abgelegt, genügt die Eingabe von Richtung und Entfernung zu einem in der Datenbank vorhandenen Ort. Wenn in dieser Weise verfahren wird, werden bei vielen GPS-Empfängern die Koordinaten dieses neuen Ortes automatisch in die Datenbank übernommen.

Mit der Bewegung eines Flugzeugs (GPS-Empfängers) in bestimmter Zeit in Richtung und Entfernung wird die GS Grundgeschwindigkeit ermittelt. Daraus folgt, dass nun Flugzeiten und Ankunftszeiten für vorgegebene Zielpunkte ebenfalls berechnet werden können.


●   Sicherheit und Genauigkeit:

Die Präzision der Ortsbestimmung, welche mit diesem System bei Überlandflügen weltweit erreicht wird, ist unübertroffen. Allerdings sollte man bei der Verfügbarkeit von GPS zur Sicherheit demnächst von etwa 90% ausgehen.


●   Anwendung VFR:

Bei Überlandflügen, dem Auffinden der Zielflugplätze und anderer Ziele bedeutet die Satellitennavigation für den Piloten eine enorme Erleichterung. Stets die Position zu kennen, den Kurs vorgegeben zu bekommen, jederzeit sehr genau zu wissen, wann das Ziel erreicht ist und das alles fast ohne Arbeit, ist sehr hilfreich und nützlich. Selbstverständlich muss davon ausgegangen werden, dass immer mitgekoppelt wird und evtl. auch mit anderen Navigationsverfahren die Richtigkeit der Satellitennavigation überprüft wird. Eine sorgfältige Flugvorbereitung ist auch hier unumgänglich.


●   Anwendung IFR:

Für en route navigation geradezu ideal. Auch im An- und Abflugbereich hat das Satellitensystem durch neue mögliche und annehmbare Flugwege gegenüber der Navigation nach konventionellen Bodensystemen klare Vorteile. Dies bedeutet: Neben größerer zu bewältigender Verkehrsdichte Energieeinsparung, Zeitgewinn und infolgedessen Umweltentlastung. GPS ist derzeit für Nicht-Präzisionsanflüge geeignet. Allerdings sind (mit Ausnahmen) keine Präzisionsanflüge bis hin zur Landung (Ceiling ‹ 200 m, RVR 800 m) möglich. In diesem Bereich hat das ILS-System mit seiner Präzision auch bei der Gleitwegführung noch einen Vorteil.

Für GPS-IFR-Flüge ist RAIM-Alarm (Ausrüstung des Empfängers) vorgeschrieben. Ein zusätzlicher Satellit wird zur Überwachung benötigt, so dass bei nicht mehr ausreichenden Empfangsbedingungen ein Alarm ausgegeben werden kann. Bei Stand-Alone-Betrieb, wenn sich also keine konventionellen NAV-Empfänger für Bodenstationen mehr an Bord befinden, gelten für Ausweich- Flughäfen besondere Bestimmungen. (Datenbanken müssen alle 28 Tage erneuert werden).


●   Ausblick:

An GALILEO, dem Europäischen Globalen Navigations-Satellitensystem wurde viel geforscht und an Wellenausbreitung, Zeitverteilung, Korrekturen, Antennen, Rechenmodellen und mehr gearbeitet. Es ist daher zu erwarten, dass dieses System bedeutend präziser arbeiten wird, als das GPS, das US-Militärische System. EU und ESA erteilten Im Jahr 2010 einem Deutschen Unternehmen den Auftrag zum Bau der ersten 14 von 30 Satelliten. In 2012 sollen diese in die Umlaufbahn (23.000 km Höhe) gebracht werden. Das System soll 2014 starten. Man erwartet eine Positionsgenauigkeit von 10 cm.