Positionsbestimmung von Verkehrsflugzeugen

In enger Kooperation mit unserem Industriepartner Skyguide, der verantwortlich für die Sicherung und Überwachung des Schweizer Luftraums ist, wurde am ZSN (seit 2018: ISC) ein mobiles System zur akkuraten Positionsbestimmung von Verkehrsflugzeugen entwickelt. Im Gegensatz zu konventionellen, radargestützten Systemen, verwenden wir in diesem Projekt das Prinzip der Multilateration, um die Position des Flugzeugs zu bestimmen. Bei diesem Verfahren werden die von jedem Verkehrsflugzeug kontinuierlich und automatisch ausgesendeten Statusmeldungen, sogenannte ADSB Telegramme, von verschiedenen, räumlich verteilten Hochfrequenz-Empfängerstationen detektiert und mit einem hochgenauen Zeitstempel versehen. Aus den Laufzeit-Differenzen dieser ADSB Telegramme lässt sich dann die Position des Flugzeugs sehr genau berechnen. In verschiedenen Praxistests rund um den Flughafen Zürich Kloten wurde dabei eine horizontale Positionsgenauigkeit von etwa 8m erreicht. 

Zu den Besonderheiten unseres mobilen Ortungssystems gehört dabei, dass es nicht auf ein Radar angewiesen ist und sich von einer einzelnen Person transportieren, aufbauen und bedienen lässt. Da dieses System problemlos mit Batterien betrieben werden kann, eignet es sich exzellent für den Einsatz an unwegsamen und schwer zugänglichen Orten, an denen kein Stromanschluss zur Verfügung steht. Durch seine hohe Genauigkeit - kombiniert mit sehr geringen Anschaffungs- und Unterhaltskosten - ergeben sich für dieses System zahlreiche praxisrelevante Einsatzmöglichkeiten, etwa bei der Entwicklung neuer Fluglärm-Modelle oder zur Unterstützung des Radars auf Flughäfen.

Vom Hochfrequenzempfänger zur Visualisierung der Flugroute

Dieses interdisziplinäre Projekt kombiniert spannende Fragestellungen aus einer Vielzahl verschiedener technischer Gebiete. So verbindet etwa die Entwicklung der Hochfrequenz-Empfänger, die in der Lage sind, die vom Flugzeug auf einer Frequenz von 1090MHz ausgesendeten ADSB Telegramme zu detektieren, zu speichern und mit einem hochgenauen Zeitstempel im Bereich einiger Nanosekunden zu versehen, interessante Aspekte der Fachgebiete Hochfrequenztechnik, Elektronik und Digitale Signalverarbeitung. Die effiziente Verarbeitung der gespeicherten ADSB Telegramme, die akkurate Berechnung der Flugzeugposition, der Vergleich mit Messdaten und die Visualisierung der Flugroute sind ebenfalls sehr anspruchsvolle technische Probleme, die viele spannende Aspekte aus den Gebieten Software-Design, Big Data, Parallel Computing und Aviatik umfassen.