Manfred Dieroff

Endziel Galileo (?) –

Navigationsplanung und

Anwendungen bei der Flugsicherung

____________________________________________________________________ Manfred Dieroff DFS - Deutsche Flugsicherung

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Inhaltsverzeichnis

2 Internationale Planungen und Anforderungen ................................. 91

Aufgaben der Flugsicherung ................................................................. 91

Internationale Verpflichtungen.............................................................. 92

Europäische Planung von Navigationsdiensten .................................... 93

3 Umsetzung der Planungen................................................................... 95

BRNAV ................................................................................................. 95

Free Routes ............................................................................................ 96

Sektorverkleinerung, Reduzierte Vertikalstaffelung............................. 97

4 Gegenwärtige Navigations-Infrastruktur .......................................... 98

Instrumentenlandesysteme .................................................................... 99

5 Transition ............................................................................................ 100

Transitionsplanung für Anflug und Landung...................................... 101

Satellitennavigation in Deutschland.................................................... 102

6 Entwicklung von GALILEO ............................................................. 104

Europäischer Rahmen.......................................................................... 104

GALILEO Dienste............................................................................... 105

Systemkombinationen ......................................................................... 106

Integrität .............................................................................................. 108

Frequenz-Schutz .................................................................................. 109

GALILEO Weltraumsegment ............................................................. 110

7 GALILEO und Deutsche Flugsicherung.......................................... 110

8 Abkürzungsverzeichnis ...................................................................... 113

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1 Übersicht

Die internationalen Strategien und die daraus resultierenden Planungen innerhalb Europas und bei der DFS zielen auf eine Einführung der Satelli-tennavigation als Ersatz für herkömmliche klassische Navigationsverfah-ren ab. Im Rahmen des Vortrages werden die Rahmenbedingungen einer solchen Entwicklung dargestellt. Die Anforderungen an das europäische Satellitennavigationssystem GALILEO werden durch den Vergleich mit bereits bestehenden Systemen und Diensten beschrieben und die Position der Deutschen Flugsicherung zu GALILEO wird erläutert.

2 Internationale Planungen und Anforderungen

Aufgaben der Flugsicherung Flugsicherung dient der sicheren, geordneten und flüssigen Abwicklung des Luftverkehrs. Diese im § 27c des Luftverkehrsgesetzes festgelegte Aufgabe wird von der DFS Deutsche Flugsicherung GmbH wahrgenom-men. Die DFS berücksichtigt bei der Abwicklung des Lufverkehrsaufkommens die Wirtschaftlichkeit, wobei gleichzeitig die Schonung der Umwelt durch die Vermeidung unnötigen Fluglärms sowie durch die Minimierung des Schadstoffausstosses berücksichtigt werden.

Die DFS ist in ihrer Grundstruktur in einen betrieblichen Teil und einen technischen Teil untergliedert. Dabei hat der betriebliche Bereich die konkrete Abwicklung des Luftverkehrs zur Aufgabe, während der technische Bereich die zur Aufgabenerfüllung nötige

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technische Infrastruktur wie z. B. Kommunikations-, Navigations- und Ortungsanlagen bereitstellt. Die erwähnten Anforderungen an die Abwicklung des Luftverkehrs sind teilweise widersprechend, und es müssen je nach Aufgabenstellung Kom-promisse bei der Aufgabenerfüllung eingegangen werden.

Internationale Verpflichtungen Bei der Erfüllung ihrer Aufgaben ist die DFS in ein Netzwerk aus interna-tionalen Verpflichtungen und Vereinbarungen eingebunden, die letztend-lich im nationalen Bereich ihre Umsetzung finden. Bezogen auf die in die-sem Vortrag angesprochene Navigationsplanung steht die International Civil Aviation Organisation (ICAO) an erster Stelle. Im Annex 10 zum Chicagoer Abkommen der ICAO finden sich die so genannten „SARPs“ (Standards and Recommended Practices) zu den in der Luftfahrt verwen-deten Navigationssystemen. Diese SARPs sind Voraussetzung für die Nutzung des entsprechenden Systems in Deutschland und werden bei-spielsweise derzeit für das europäische Satellitennavigationssystem GALILEO erarbeitet. Neben den in den erwähnten Annexes veröffentlichten SARPs der ICAO gibt es eine Reihe von Unterlagen (so genannten „Manuals“), welche die Grundlage für die Abwicklung des Luftverkehrs in Deutschland bilden. Erwähnenswert ist das Manual „Procedures for Air Navigation Services, Aircraft Operations“ („PANS OPS“), in dem u. a. Regeln für die Planung von Flugverfahren aufgestellt sind. Auf europäischer Ebene bilden die

• ATM 2000+ Strategie von Eurocontrol sowie die • ECAC (European Civil Aviation Conference) Navigation Strategy

den strategischen Hintergrund für die Infrastruktur-Planungen der DFS. In Europa spielt die Flächennavigation (Area Navigation, RNAV) inzwi-schen eine dominierende Rolle. Hierfür bildet der Eurocontrol RNAV Standard eine der Grundlagen und dient der Harmonisierung der betriebli-chen Anwendung.

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Auf nationaler Ebene existiert der Deutsche Funknavigationsplan (DFNP), der die internationalen Planungen bezogen auf die nationalen Bedürfnisse berücksichtigt. Die DFS bringt ihre eigenen, an den internationalen Rah-menbedingungen ausgerichteten Infrastrukturplanungen in diesen Deut-schen Funknavigationsplan ein. Die strategischen Ziele von Eurocontrol ergeben sich aus der Notwendig-keit zur Erhöhung der Kapazität (als Resultat des gestiegenen Luftver-kehrsaufkommens) bei gleichzeitig mindestens gleich bleibender Sicher-heit. Zur Umsetzung der Forderung an gleich bleibende Sicherheit bei anwach-sendem Luftverkehr wird das Konzept des Target Level of Safety (TLS) verwendet. Hierbei wird festgelegt, dass der flugsicherungsseitig bedingte Risikoanteil einen festgelegten Wert nicht übersteigen darf. Bei der Ein-führung neuer Navigationssysteme wird dieses Navigationssystem als Be-standteil des Air Traffic Managements betrachtet und damit im Hinblick auf das mögliche Risiko nach dem TLS bewertet. Aus dem TLS und der Betrachtung von Navigationsanlagen als Bestandteil des ATM ergeben sich direkt Integritätsanforderungen für Navigationssysteme. Diese Anfor-derungen gelten selbstverständlich auch für GALILEO.

Europäische Planung von Navigationsdiensten Löst man sich von der technischen Sichtweise und betrachtet die in den nächsten 10-15 Jahren auf die Flugsicherung zukommenden betrieblichen Anforderungen, dann sind grundsätzlich 3 Entwicklungsschritte bis 2015 durch die europäischen Planungen vorgezeichnet:

1. Die Einführung von RNAV An- und Abflugverfahren parallel zum bestehenden Streckenangebot (basierend auf bodengestützten Navi-gationsanlagen) sowie RNAV im Streckenbereich. Dabei werden die an das Navigationssystem gestellten Anforderungen hinsichtlich der Genauigkeit schrittweise erhöht (von +/-5 NM (Basic Area Na-vigation, BRNAV) auf +/-1 NM (Precision Area Navigation, PRNAV)

2. Die verpflichtende Einführung von RNAV An- und Abflugverfah-ren in ausgewählten Flughafennahbereichen sowie Einführung von „Free Routes“ im Streckenbereich.

3. RNAV als verbindliches Navigationskonzept in allen Flugphasen

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RNAV wird dabei in den Schritten 1 und 2 als zusätzliches Navigations-konzept angeboten; die konventionelle Infrastruktur bleibt erhalten. Die Anforderungen an die Integrität der RNAV-Ausrüstung sind in diesem Fall eingeschränkt. Im Schritt 3 ist die Reduzierung der als Rückfalllösung vorgehaltenen konventionellen Infrastruktur vorgesehen. Daraus ergeben sich zwangsläufig höhere Anforderungen an die Integrität der RNAV-Ausrüstung. Ziel dieser auf RNAV zielenden Entwicklung ist die Erhöhung der Kapa-zität bei gleichzeitigem Abbau konventioneller bodengestützter Infrastruk-tur und damit reduzierten Kosten. Es ist vorgesehen, dass GALILEO von seinem Konzept her hierzu einen entscheidenden Beitrag leistet. Europaweit ist Schritt 1 dieser eben beschriebenen Transition hin zu RNAV vollzogen. Seit April 1998 ist die sogenannte „Basic Area Naviga-tion“ (BRNAV, Genauigkeit 5 Nautische Meilen in 95 % der Zeit) einge-führt. Dabei stehen ausreichende Rückfallmöglichkeiten von RNAV hin zur konventionellen Navigation zur Verfügung. Seitens Eurocontrol ist in der strategischen Planung das Entfernungsmeßsystem DME (Distance Measurement Equipment) als bevorzugter RNAV-Sensor und als Rück-fallmöglichkeit für GNSS gestützte RNAV Operationen vorgesehen. Eine Entscheidung über die Einführung der so genannten „Precision Area“ Navigation (PRNAV) mit gegenüber BRNAV höheren Genauigkeitsforde-rungen (1 Nautische Meile in 95% der Zeit) fällt im Jahr 2003. Dabei bil-det PRNAV den Harmonisierungsstandard für den Flughafennahbereich (Terminal Area, TMA). Konsequenterweise wäre der nächste dann folgende Schritt die über die reine Genauigkeit hinausgehende Erhöhung der Anforderungen an die Ausrüstung, damit eine Integritätsstufe erreicht wird, die unter Berück-sichtigung der Sicherheitsaspekte (TLS) den Abbau konventioneller Infra-struktur ermöglicht. Neben der bereits angesprochenen Integrität und der Genauigkeit sind dabei zusätzlich erhöhte Anforderungen an Kontinuität und Verfügbarkeit des Navigationssystems zu erfüllen. Die hiermit ver-bundene Einführung des sogenannten RNP-Konzeptes (Required Naviga-tion Performance) soll schrittweise ab 2005 erfolgen und ab 2010 verbind-lich eingeführt werden. Berücksichtigt man einen Zeitraum von 7 Jahren zwischen offizieller Ankündigung und faktischer Umsetzung, wie er in der zivilen Luftfahrt angewendet wird, dann bedeutet dies, dass die Entschei-

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dung über die Einführung des RNP-Konzeptes im Jahre 2003 erfolgen muss.

3 Umsetzung der Planungen

Die Steigerung der Kapazität ist treibender Faktor bei den Bemühungen um Verbesserung der Navigations-Infrastruktur und neuen Navi-gationskonzepten.

BRNAV Betrachtet man die Realität im deutschen Luftraum nach Ein-führung der Flächennavigation, so wird erkennbar, dass der Luftraum über Deutsch-land von einem dicht gespannten Netz aus An-, Ab- und Überflugstrecken durchzogen ist. In der gewählten Darstellung ist nur ein Teil dieses Stre-ckensystems sichtbar.

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In der Realität ist die Situation sogar noch komplexer, und die Bemühun-gen um eine konfliktfreie und ressourcenschonende Abwicklung des Luft-verkehrs führen zu einer flächendeckenden Ausnutzung des Luftraums über Deutschland, wobei die Hauptverkehrsströme deutlich sichtbar sind.

Free Routes Eine weitere Entzerrung der Verkehrsströme scheint durch die Verwen-dung des sogenannten „Free Routes“ Konzeptes möglich, bei dem in ei-nem festgelegten Bereich keine definierte Streckenführung mehr vorgege-ben ist. Ein derartiges Konzept ist selbstverständlich nur in einer extrem zuverlässigen RNAV-Umgebung denkbar.

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Sektorverkleinerung, Reduzierte Vertikalstaffelung

Auch in der Vertikalen ist die Flugsicherung bemüht, durch die Einfüh-rung neuer Technologien zu einer Kapazitätssteigerung beizutragen. Im Prinzip lässt sich durch die Aufteilung des Luftraums in kleinere Zellen die Anzahl der insgesamt kontrollierbaren Luftfahrzeuge erhöhen. Aller-dings stößt diese Methode der Sektorverkleinerung schnell an ihre Gren-zen. Der erforderliche personelle Aufwand, die beschränkte Verfügbarkeit erforderlicher Kommunikationsfrequenzen sowie der anwachsende Koor-dinationsaufwand zwischen den einzelnen Sektoren wirken dem Kapa-zitätsgewinn entgegen. Eine andere Form der „Zellenverkleinerung“ stellt die Reduktion der ver-tikalen Staffelung („Reduced Vertical Separation Minima“, RVSM) dar. Dieses Konzept wurde inzwischen realisiert; die Reduktion der Vertikal-staffelung von 2.000ft auf 1.000ft brachte einen effektiven Kapazitätsge-winn.

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4 Gegenwärtige Navigations-Infrastruktur

In den vorangegangen Darstellungen wurden neue Betriebskonzepte vor-gestellt und bezüglich ihres erwarteten Nutzens bewertet. Alle diese neuen Konzepte haben gemeinsam, dass sie zwingend die konsequente Weiter-entwicklung der Flächennavigation voraussetzen. Während der Peiler (VDF) für die IFR-Navigation eine untergeordnete Rolle spielt, gehören die Systeme NDB, VOR und DME zur Streckenna-vigation nach wie vor zur Standardausrüstung im Flugzeug (TACAN als militärisches Funknavigationssystem, dessen Komponente der Entfer-nungsmessung zivil mitgenutzt werden kann). Diese Funknavigationsan-lagen werden typischerweise zusätzlich bzw. parallel zu GPS verwendet. ILS und MLS dienen ausschließlich der Führung im Landeanflug. Von den aufgezählten Systemen sind nur GPS und MLS echte Flächenna-vigationssysteme. Über diese Systeme hinaus wird in Deutschland Flä-

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chennavigation über die Kombination von Sensoren (z. B. DME-DME) realisiert. Die Nutzung der VORs erfolgt häufig in Verbindung mit DMEs oder TA-CANs, was über die gleichzeitige Bestimmung von Winkel und Entfer-nung zur beobachteten Station ebenfalls eine Standortbestimmung ermög-licht. Mit der Einführung der Flächennavigation verliert diese Art der Po-sitionsbestimmung allerdings ihre Bedeutung; zugunsten der sogenanten DME/DME-Navigation, bei der über die Entfernungsmessung zu ver-schiedenen DME-Anlagen aus der Schnittbildung der ermittelten Kreis-segmente ebenfalls eine Positionsbestimmung möglich wird. Beide Navi-gationsarten kommen im Streckenbereich zur Anwendung.

Instrumentenlandesysteme

Für den Landeanflug und hier speziell bei Präzisionsanflugverfahren wird in Deutschland ausschließlich das Instrumentenlandesystem ILS ( „In-strument Landing System“ eingesetzt. Das ILS basiert, ähnlich wie die VOR, auf dem Prinzip der Winkelbestimmung relativ zum Sender. Die Nachfolgetechnologie des Mikrowellenlandesystems MLS (Microwave

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Landing System) steht zwar zur Verfügung, wird aber zur Zeit nicht ge-nutzt.

Die DFS verfügt über 48 ILS-Systeme an 17 Flughäfen. Davon enspre-chen 32 Systeme der Betriebsstufe CAT II oder CAT III und sind damit für Landungen unter extrem schlechten Sichtbedingungen geeignet. Derzeit existiert kein zugelassenes neues System als Ersatz für diese Technologie.

5 Transition

Der zu Beginn aufgeführte Eurocontrol RNAV-Standard sieht vor, dass als Sensoren für die Nutzung von RNAV-Strecken die Systeme DME/DME, VOR/DME, Inertialnavigation (Inertial Navigation System, INS), LORAN-C oder das amerikanische Satellitennavigationssystem GPS (Global Positioning System) genutzt werden dürfen. Da bei der ge-genwärtigen Nutzung der RNAV-Strecken Zugeständnisse insbesondere an Integrität und Verfügbarkeit der zugelassenen Systeme gemacht wur-den, existieren betriebliche Einschränkungen. Damit wird die Sicherheit

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bei der Nutzung von RNAV-Strecken gewährleistet. Wesentliches Ele-ment dieser Einschränkungen ist der Zwang zur Bereitstellung konventio-neller Navigations- oder Ortungsmethoden (also RADAR und/oder z. B. VOR). Dies widerspricht allerdings dem Ansatz zur Vereinfachung und damit Kostenreduktion der Infrastruktur. In der gegenwärtig vorgesehenen RNP-Umgebung spielen nur noch die Systeme DME/DME, INS und Satellitennavigation (d. h. GNSS, Global Navigation Satellite System) eine Rolle. Eurocontrol führt hierzu die Transitionsplanung durch, wobei das System GALILEO als Ziel vorgege-ben ist und GPS die Realität darstellt.

Transitionsplanung für Anflug und Landung

Es ist bereits erwähnt worden, dass gegenwärtig kein Ersatzsystem für ILS-Anlagen der Betriebsstufe CAT II/III existiert. Für CAT I gibt es in-zwischen das MLS, auch wenn es in Deutschland nicht eingesetzt wird; GPS mit Ergänzungen (Ground Based Augmentation System, GBAS) wird ab ca. 2006 für CAT I genutzt werden können. Das System EGNOS wird ca. 2005 operationell, allerdings ist eine Nutzung für Präzisionsan-

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flüge nach CAT I nicht vorgesehen. EGNOS wird später zu einem Be-standteil von GALILEO. GPS und GALILEO haben das technologische Potential zur Realisierung von CAT II/III, allerdings sind hierzu noch weitreichende Arbeiten erforderlich und eine betriebliche Umsetzung ist nicht vor 2010 zu erwarten, während diese Art der Umsetzung für MLS eher möglich sein dürfte. Aus dem Gesagten ergibt sich, dass die Entscheidung über Nachfolgesys-teme für das ILS oder auch das Beharren an dieser Technologie von Ein-flussfaktoren abhängig ist, die gegenwärtig nur mit großen Unsicherheiten einschätzbar sind.

Satellitennavigation in Deutschland Grundsätzlich ist aber in allen Navigationsstrategien, von ICAO über Eu-rocontrol bis hin zur DFS die Transition zur Satellitennavigation erklärtes Ziel. Beschränkt man sich auf die Situation in Deutschland, dann sieht die gegenwärtige Planung die (technische) Bereitstellung des GALILEO-Vorläufers EGNOS ab 2004 vor; mit GALILEO ist ab 2008 zu rechnen.

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Die Transition zur Satellitennavigation hat in Deutschland im Jahre 1995 mit der Einführung sogenannter „GPS-overlay“ Anflugverfahren begonnen, also satellitengestützte Verfahren, die deckungsgleich zu konventionellen Verfahren geplant und nur in Verbindung mit diesen genutzt werden dürfen. Diese Verfahren werden seit 1998 schrittweise durch „stand alone“ Verfahren ersetzt, die ausschließlich auf Satellitennavigation basieren. GLONASS wird in Deutschland nicht genutzt, aber in SBAS/EGNOS integriert. Mit der Einführung satellitengestützter Präzisionsanflugverfahren (GBAS) ist ab 2005 zu rechnen. Theoretisch ist bei all diesen Diensten unerheblich, ob sie von GPS, in Verbindung mit

EGNOS oder mit GALILEO angeboten werden, da bei der Standardisie-rung durch die SARPs der ICAO sichergestellt werden soll, dass die Sys-teme untereinander kompatibel sind. Zusammenfassend lässt sich zum Status quo feststellen, dass die gegen-wärtige Nutzung basierend auf GPS, dass das gegenwärtig verfügbare Sa-tellitennavigationssystem GPS in Deutschland die Nutzung im Strecken-bereich (BRNAV) sowie im An- und Abflug (NPA, SID) ermöglicht. Die Einführung der GPS-standalone Nichtpräzionsanflugverfahren (bzeichnet als „RNAV/GPS“) ist bei den Kunden der DFS auf große Zustimmung gestoßen und ermöglicht eine gegenüber konventionellen Navigationsver-fahren erheblich flexiblere und auch übersichtlichere Gestaltung des An-flugverfahrens bei hoher Präzision. Die bisher erzielten Ergebnisse, Erfahrungen und die Unterstützung der Luftraumnutzer geben den Rückhalt für die Planung der nächsten Schritte der Transition zur Satellitennavigation.

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6 Entwicklung von GALILEO

Die heutige Ausgestaltung der Planung von GALILEO geht zurück auf Überlegungen aus dem Anfang der 90er Jahre, in denen ein von den USA unabhängiges Satellitennavigationssystem in Europa diskutiert wurde. Der damalige Arbeitsbegriff lautete „GNSS2“, während das heute fast fertig gestellte EGNOS zu der damaligen Zeit unter dem Begriff „GNSS1“ ge-führt wurde. Aus diesen beiden Begriffen wird bereits erkennbar, dass GALILEO und EGNOS zwei aufeinander folgende Schritte in der europä-ischen Satellitennavigationsstrategie darstellen. Gemeinsam ist beiden System der Zwang zur Zulassungsfähigkeit für sicherheitskritische An-wendungen und die Nutzbarkeit in Verbindung mit GPS/GLONASS.

Europäischer Rahmen Treibender Faktor bei der Einführung des Systems GALILEO ist der Wunsch nach garantierten Diensten, Souveränität und damit Unabhängig-keit von den USA bei der Nutzung der Satellitennavigation in Europa. Darüber hinaus wird von der GALILEO-Entwicklung und dem späteren Betrieb ein ökonomischer Nutzen für den europäischen Raum erwartet.

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Die Entscheidung zum Start der konkreten Arbeiten am GALILEO-Programm gehen auf das Jahr 2001 zurück, in dem insbesondere seitens der European Space Agency (ESA) erhebliche Mittel für die Entwicklung bewilligt wurden (Phasen B2 bzw. C/D mit 550 M€). Die Zustimmung des EU Ministerrates für die Phase C/D (450 M€) fand im März 2002 statt, im Dezember 2002 wurde vom EU Ministerrat be-schlossen, dass 5 Dienste Bestandteil der Ausschreibung zu GALILEO werden:

GALILEO Dienste 1. Die sogenannten „Core Services“, dazu gehören

a. Navigationsdienstleistungen in verschiedenen Abstufungen • Open service (OS) • Commercial service (CS) • Safety-of life service (SoL) • Public Regulated Service (PRS)

b. Unterstützung für Such- und Rettungsdienste • SAR

2. Die sogenannten “Augmentation Services”, dazu gehören a. Locally assisted service b. EGNOS service c. Combines services (GPS, UMTS)

Die Definitionsphase von GALILEO ist inzwischen abgeschlossen; ge-genwärtig befinden wir uns in der Entwicklungs- und Validierungsphase, die bis Ende 2005 abgeschlossen sein soll. Zu dieser Phase gehören erste Satellitenstarts, die die zur Validierung und der Bereitstellung einer Test-umgebung dienen. Die Jahre 2006 und 2007 sollen für die Bereitstellung der vollständigen Konstellation von 30 Satelliten genutzt werden, so dass ab 2008 mit dem eigentlichen Betrieb und der regulären Nutzung des Sys-tems begonnen werden kann. Für die Flugsicherung ist der Safety-of-Life Service bei GALILEO Schlüsselelement der angebotenen Dienste. Dieser Dienst ist gleichzeitig aufgrund der hohen Anforderungen neben den vorgesehenen Anwendun-gen im Schienenverkehr Technologietreiber. Die von der ICAO festgeleg-ten Anforderungen für Präzisionsanflugverfahren der Stufe CAT I bilden die Eckwerte zur Definition dieses speziellen GALILEO-Dienstes. Ob

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GALILEO die geforderten Genauigkeiten (16m horizontal und 4-6m ver-tikal, 95%) mit der geforderten Integrität (1-2.107) und Verfügbarkeit (0,99 – 0,99999) liefern kann, bleibt Bestandteil der späteren Validierung und auch Zulassung. Die Zielsetzung ist auf jeden Fall anspruchsvoll.

Systemkombinationen Grundsätzlich lassen sich technologisches Risiko und Kosten begrenzen, wenn die geschilderten Anforderungen nicht mit GALILEO alleine, son-dern möglicherweise durch eine Kombination mit anderen Systemen er-füllt werden.

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Als denkbare Zusatzdienste sind gegenwärtig • Bordautonome Integritätsprüfung (Receiver Autonomous Integrity

Monitoring with Fault Detection, RAIM FD) • GPS (zusätzlich zu GALILEO) • Integrity Channel in der Diskussion. Zur Klarstellung sei erwähnt, dass es sich hierbei um die Erfüllung von Anforderungen für Präzisionsanflugverfahren (CAT I) ohne zusätzliche, bodengestützte Ergänzungen (wie z. B. GBAS) handelt. Die Kategorien APV I und II („Approach with Vertical Guidance“) gelten zwar streng genommen nicht als Präzisionsanflugverfahren, ermöglichen aber ebenfalls eine vertikale Führung des Luftfahrzeuges und werden da-her in die Überlegungen mit einbezogen. Insbesondere APV II erscheint nach gegenwärtigem Kenntnisstand mit GALILEO alleine bzw. in Ver-bindung mit dem Integrity Channel umsetzbar und gibt damit die Gewähr für eine Unabhängigkeit vom GPS.

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Integrität Die bei sicherheitskritischen Anwendungen erforderliche Integrität des Satellitensignals wird über das sogenannte „Integrity shelter concept“ ge-währleistet. Dabei wird für jeden Flugabschnitt ein Schutzbereich um den Satellitenempfänger herum definiert, der über zwei Parameter (HAL, Ho-rizontal Alarm Level und VAL, Vertical Alarm Level) beschrieben wird. Die Integritätsprüfung stellt sicher, dass die immer vorhandene tatsächli-che Unsicherheit der Positionsbestimmung (HPL, Horizontal Protection Level und VPL, Vertical Protection Level nicht über diesen festgelegten Schutzbereich hinaus ansteigt bzw. dass in einem solchen Fall ein Alarm über die Nichtverfügbarkeit des Navigationssystems ausgelöst wird.

Die beiden Parameter HPL und VPL, welche die tatsächlich vorhandene Unsicherheit der Positionsbestimmung beschreiben, sind variabel und ab-hängig von Satellitenkonstellation und Messfehlern in der Schrägentfer-nungsbestimmung zu den Satelliten. Der typische und wünschenswerte Fall dieses Integritätskonzeptes ist dann gegeben, wenn der Positionsfehler kleiner als das Protection Level ist und

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das Protection Level ebenfalls unter dem Alarm Level liegt. Der für die Luftfahrt schlimmste Fall tritt dann ein, wenn das Protection Level kleiner als das Alarm Level ist und dieses wiederum unter dem Positionsfehler liegt. In diesem Fall wird keine Warnung an den Nutzer abgegeben, ob-wohl die Ortungsgenauigkeit außerhalb der vorgegebenen Grenze liegt. Das Szenario wird daher mit dem Begriff „Hazardously Misleading In-formation“ beschrieben und muss mit den aus den Integritätsforderungen bekannten Wahrscheinlichkeiten ausgeschlossen werden.

Frequenz-Schutz

Neben den eher technischen Fragestellungen bei der Entwicklung eines neuen Satellitennavigationssystems entstehen Berührungspunkte zu ande-ren Technologien und Wirtschaftsinteressen alleine aus der Tatsache, dass man für den Betrieb eines derartigen Systems geschützte Frequenzen be-nötigt. Der Schutz dieser Frequenzen ist international geregelt und bedeu-tet, dass zur Vermeidung gegenseitiger Wechselwirkungen und Störungen im Betrieb Absprachen getroffen und Einschränkungen hingenommen werden müssen. Es ist allgemein bekannt, dass Mobilfunkanlagen die le-benswichtige Kommunikation und auch die Navigation im Luftverkehr

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stören können; gleichzeitig müssen aber auch wechselseitige Störungen der bereits existierenden Navigationsdienste wie z. B. GPS, GLONASS, EGNOS oder auch konventioneller Anlagen wie DME vermieden werden.

GALILEO Weltraumsegment Die gegenwärtige Planung für GALILEO sieht vor, dass 30 Satelliten in 3 Orbits positioniert werden. Aufgrund der gegenüber GPS größeren Bahn-

achsen beträgt die Umlaufzeit eines Satelliten ca. 14 Stun-den, womit sich die „Spur“ des Satelliten, also die Projektion auf die Erdoberfläche, alle 3 Tage wiederholt. Die gegenüber GPS höhere Inklination der Bahnen (56 Grad) ergibt eine bessere Sichtbarkeit der GALILEO-Satelliten in nördlichen und südlichen Breiten. Die in den Jahren 2006/2007 stattfindende Bereitstellung des Weltraumsegmentes mit seinen 30 Satelliten wird nach gegenwärtiger Planung vorzugsweise mit der europäischen Trägerrakete ARIANE 5 oder der russischen SOYUZ-ST stattfinden.

Mit ARIANE 5 ist der gemeinsame Start von 8 GALILEO Satelliten möglich, mit SOYUZ ST sind es 2. Die GALILEO-Satelliten haben eine projektierte Masse von 680 kg, dabei entfallen auf die Navigationsnutzlast 70-80 kg, auf den SAR-Transponder 20 kg.

7 GALILEO und Deutsche Flugsicherung

Auf die Besonderheiten von GALILEO im Bezug auf das bereits existie-rende GPS wurde bereits eingegangen. Insbesondere die Bereitstellung eines europäischen Systems unter ziviler Kontrolle mit der entsprechenden Souveränität und Klärung institutioneller Fragestellungen sowie die Ge-währleistung von garantierten Diensten mit der entsprechenden Haftung machen GALILEO für die zivile Luftfahrt interessant. Die DFS hat sich daher frühzeitig an der Systemplanung, unter anderem bei der Spezifikati-

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on der Anforderungen, beteiligt und unterstützt die Bestrebungen zur Schaffung einer eigenen europäischen Satellitennavigations-Infrastruktur. Nur hierdurch ist eine signifikante Reduktion konventioneller Navigati-onssysteme überhaupt möglich; schließlich ist die Verringerung der Infra-struktur-Kosten bei mindestens gleich bleibendem oder verbessertem Dienstleistungsangebot ein entscheidendes Kriterium für das Engagement der DFS.

Bei aller Euphorie über die sich eröffnenden Chancen bleibt die perma-nente Frage nach der „Robustheit“ des Satellitennavigationssignals in ei-nem sicherheitskritischen Einsatz, und es ist derzeit wahrscheinlich, dass auch bei Nutzung von GALILEO eine reduzierte Anzahl konventioneller Systeme (z. B. DME) als Komplement zur Satellitennavigation weiterhin erforderlich ist. Dieses auf Redundanz basierende Konzept ist in der euro-päischen Navigationsstrategie verankert, wobei Art und Umfang der Re-dundanz offen sind. Es war bereits erwähnt worden, dass GALILEO den Abbau von Navigati-onsanlagen und damit eine Kostenreduktion bei der Flugsicherung bewir-ken soll. Die DFS befürwortet die Zielsetzung, mit GALILEO auch Präzi-

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sionsanflugverfahren zu unterstützen und die technische Entwicklung da-hin voranzutreiben. Eigenständige Anforderungen an GALILEO seitens der DFS wird es aber nicht geben, damit keine kostentreibenden Sonder-entwicklungen entstehen, die anschließend auf die Nutzer umgelegt wer-den. Neben den rein technischen Aufgaben, die bei der Bereitstellung der GALILEO-Dienste zu bewältigen sind, bleiben Fragestellungen zu klären, die bereits bei der EGNOS-Entwicklung aufkamen und für GALILEO zwingend gelöst werden müssen:

• Wie werden Nutzer und Industrie an der Entwicklung und dem Be-trieb von GALILEO beteiligt? Lässt sich das Konzept der „Pub-lic/Private Partnership“ (PPP) umsetzen?

• Wie sehen die Management-Strukturen für den GALILEO-Betrieb ab 2008 aus?

• Wie lassen sich die angebotenen Dienste finanzieren? Eine finanzielle Beteiligung der DFS an GALILEO ist derzeit ausge-schlossen; durch die Beteiligung an EGNOS (ca. 20 Mio. €) ist das Enga-gement der DFS im Bereich der Satellitennavigation bereits deutlich prä-sent. Allerdings strebt die DFS aufgrund ihrer Erfahrungen und nachge-wiesenen Fähigkeiten auf diesem Gebiet eine Rolle im Betrieb der sicher-heitskritischen Infrastruktur von GALILEO an und leistet damit einen Bei-trag zur eigenen Zukunftssicherung.

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8 Abkürzungsverzeichnis

ATM Air Traffic Management BRNAV Basic Area Navigation DFNP Deutscher Funknavigationsplan DFS Deutsche Flugsicherung DME Distance Measurement Equipment ECAC European Civil Aviation Conference EGNOS European Geostationary Navigation Overlay Service ESA European Space Agency Eurocontrol European Organisation fort the Safety of Air Navigation FD Fault Detection GBAS Ground Based Augmentation System GLONASS Global Orbiting Navigation Satellite System

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GNSS Global Navigation Satellite System GPS Global Positioning System HAL Horizontal Alarm Level HPL Horizontal Protection Level IC Integrity Channel ICAO International Civil Aviation Organisation INS Inertial Navigation System IFR Instrument Flight Rules ILS Instrument Landing System INS Inertial Navigation System MLS Microwave Landing System NDB Non Directional Beacon NPA Non Precision Approach PANS OPS Procedures for Air Navigations Services –

Aircraft Operations PRNAV Precision Area Navigation RAIM Receiver Autonomous Integrity Monitoring RNAV Area Navigation RNP Required Navigation Performance RVSM Reduced Vertical Separation Minima SAR Search and Rescue SARPs Standards and Recommended Practices SBAS Satellite Based Augmentation System SID Standard Instrument Departure TACAN Tactical Air Navigation TLS Target Level of Safety TMA Terminal Area UMTS Universal Mobile Telcommunication System VAL Vertical Alarm Level VDF Very High Frequency Direction Finder VOR Very High Frequency Omnidirectional Range VPL Vertical Protection Level