Gesamtsystemsimulation für die Satellitennavigation in der Luftfahrt

Diese Arbeit demonstriert die Nutzung von Gesamtsystemsimulationen für die Satellitennavigation. Bei einer GNSS“=Gesamtsystemsimulation werden alle an der Positionierung beteiligten Komponenten nachgebildet, d.h. das Raumsegment, das Kontrollsegment und das Nutzersegment. Die Schnittstelle für die weitere Nutzung ist dabei ein nachgebildeter GNSS“=Empfänger, der zunächst idealisierte, fehlerfreie Messungen ausgibt.
In der Realität sind die Messungen der Satellitennavigation anfällig für verschiedene Fehler. Aus diesem Grund werden auch auf die simulierten idealisierten Messungen verschiedene Fehler aufgeschlagen. Diese ergeben sich aus der Modellierung der verschiedenen Fehlereinflüsse. Dadurch ist es möglich, GNSS“=Messungen zu simulieren, die nicht von realen Messungen unterscheidbar sind.
Im Rahmen dieser Arbeit wird die Nutzung der Gesamtsystemsimulation am Beispiel des Ground Based Augmentation System (GBAS) demonstriert. GBAS bietet verschiedene Dienste an, um Präzisionsanflüge von Luftfahrzeugen zu ermöglichen. Eine der größten Bedrohungen für die Leistungsfähigkeit von GBAS sind anomale Störungen in der Ionosphäre, bei denen starke Gradienten der ionosphärischen Verzögerung zu signifikanten Positionsfehler führen können. Neben dem bereits operationell verwendeten GBAS“=Dienst (GAST-C) existiert ein erstes Konzept für einen ionosphärenfreien Mehrfrequenzdienst (GAST-F), der komplett unabhängig von ionosphärischen Störungen operieren soll.
Zur Validierung wurde die GNSS“=Gesamtsystemsimulation in dieser Arbeit so erweitert, dass beide GBAS“=Dienste simuliert und miteinander verglichen werden konnten. Hierzu wurden verschiedene potentielle Fehler modelliert und in der Simulationsumgebung umgesetzt. Basierend auf verteilten Monte“=Carlo“=Simulationen wurde dann mit einer Navigationsbibliothek die Leistungsfähigkeit von GAST-C und GAST-F mit anomalen Ionosphärenfronten simuliert.
Die Ergebnisse zeigen, dass mit dem gewählten Ansatz eine Simulation von Systemen auf Basis der Satellitennavigation möglich ist. Es konnte gezeigt werden, dass die Leistungsfähigkeit des GAST-F Dienstes von den ionosphärischen Einflüssen unabhängig ist. Auch wenn keine vollständige Nachweisführung für die Leistungsfähigkeit von GAST-F durchgeführt wurde, zeigt diese Arbeit die mögliche Nutzung der GNSS“=Gesamtsystemsimulation zur Erprobung sicherheitskritischer Anwendungen auf Basis der Satellitennavigation.