15. Kommunikation

1. Kommuniktaion zwischen Flugzeugen und exteren Empfängern.

   • Sprechfunk

   • ATC

   • Sattellit (SATCOM)

2. Flugzeuginteren Kommunikation

   • Interphone

   • Passenger Address System

   • Cockpit Voice Recorder

• High Frequence (HF) für Langstreckenkommunikation

• Very High Frequency (VHF) für Kurzstreckenkommunikation

• Super High Frequence (SHF) für globale Kommunikation

• Breiten sich nur gradlinig durch die Luft aus (Raumwellen)

  • Direkter Konakt von Transmitter und Receiver notwendig

Breiten sich als Bodenwellen aus

• Reichweite bis 1000m

• Je länger die Wellenlänge desto effektiver werden die Wellen entlang der Oberfläche gebeugt.

Durch Modulation

• Aufprägung der Information (signal frequency) auf das Trägersignal (carrier frequency)

• 2 Arten der Modulation.

1. Amplituden-Modulation (AM)

   • Modulation der Amplitude des Trägersignal

   • Anwendung:

     • Rundfunk & Fernsehen

     • Flugnavigation

     • Flugfunk

2. Frequenz-Modulation (FM)

   • Modulation der Frequenz des Trägersignals

   • qualitativ besser Signale

   • Anwendung

     • Rundfunk

     • Übertragung des Fernsehtons

• Mikrofon - akustische Information in EM-Signals wandeln

• Transmitter - Modulation und Verstärung des Ausgangssignal

• Antenne - Senden/Empfangen des/der Signal

• Receiver - De-Modulation des Eingangsignals

• Lautsprecher - Umwandlung des EM-Signals in ein akustisches

• Generierung des Trägersignals (carrier frequency) nach vorgegebener Frequenz (Vorgabe)

• 25W bei VHF bzw. 400 W bei HF

• Oszialltor - Carrier Frequenz erzeugen

• Modulator - Modulation des Trägersignals

• Power Amplifier - Verstärkung des Signals

• Tuning Circuit - Filterung des Signals (carrier frequency suchen)

• De-Modulation - Filterung des Trägersignals

• Audio Amplifier - Verstärkung des Audiosignals zur Übertragung an Lautsprecher.

Durch die zu übertragende Wellenlänge

• maximale Effizienz, wenn Länge ein Viertel der zu übertragenden Wellenlänge entspricht.

• 2MHz (HF) Freqnuenzen haben eine (viertel) Wellenlänge von 37,5 m

  • Um das Signal senden/empfangen zu können, ohne eine so lange Antenne zu haben, bedarf es der el. Verlängerung.

• Integration von elektromagnetischen Spulen in die Antenne (Quasi Verlängerung der Antenne)

  -> Reduktion der übertragbaren Bandbreite und der Effizienz

• Koaxialkabel - bis 3 GHz

• Wellenleiter - ab 3GHz

• Alle Flugzeugkompoenten, welche über schargfe Hinterkanten verfügen (z. B. Flügel, Leitwerk)

• Durch Reibung zwischen der Flugzeugstruktur und der Luft kommt es zu einer statischen Aufladung.

  -> bei fehlender Entladung -> Struktur mit bis zu einigen Hunger Volt geladen -> Störung der Antennen und Gefahr für elektrische Komponetnen.

-> bei fehlender Entladung -> Struktur mit bis zu einigen Hunger Volt geladen -> Störung der Antennen und Gefahr für elektrische Komponetnen.

Übertragung von Ton- und Daten-Kommunikation mit der nahen Umgegbung. (Bodenstation und andere Flugzeuge im Umkreis von 200 nm).

121.5 MHz

Mindestens 3 Systeme

1. System 1 i. d. R. für die Sprachkommunikation des Kapitäns

2. Für den 1. Offizier

3. Normalbetrieb für ACARS-Kommunikation

   • Im Fehlerfall auch für Sprachkommunikation

Ton- und Daten-Kommunikation über lange Strecken.

• Boden und Luftwellen (Orte außerhalb ihrer Sichtweite erreichen)

Sonneneinstrahlung beeinflusst Eigenschaften der Ionosphäre (Reflektion der HF-Strahlen)

-> Reichweite des HF-Bandes schwankt stark

1 kHz

Wird zunehmend durch satellitengestütze Kommunikation ersetzt.

• Aktuell paralleler Betrieb beider Syysteme (SATCOM und HF-Funk)

• 25 kHz im Allgemeinen -> 760 Kanäle

• 8 kHz in dicht beflogenen Gebieten -> 2000+ Kanäle

Auf geostationären Umlaufbahnen (36000 km)

-> weltweite Abdeckung mit Außnahme der Polarregionen ist garantiert.

Drei wesentliche Komponenten:

1. Flugzeug (aircraft earth station, AES)

2. Satellit

3. Bodenstaton (GES), mehr als 255 weltweit

Oberhalb des Rumpfes für eine ungestörte Verbindung.

• Flugezug sendet Signal an Satelliten, welcher das Signal an die Bodenstation weiterleitet und umgekehrt

• Satellite Data Unit (SDU)

• Radio Frequency Unit (RFU)

• High Power Amplifier (HPA)

• Low Noise Amplifiert & Diplexer (LNA/DIP)

• Beam Steering Unit (BSU)

• Low Gain Antenna

• High Gain Antenna

1. RFU (Radio Frequency Unit) generiert Trägerfrequenz & moduliert Informationssignal aus der SDU (Satiellite Data Unit)

2. HPA (High Power Amplifier) verstärkt das Signal

3. Senden über Low Gain Antenna (ungerichtet, wenig Informationen) oder über BSU (Beam Steering Unit) an die High Gain Antenna (gerichtet)

Signal wird direkt an den Diplexer (DIP) übermittelt

• Signal trennen (Empfangs vom Sendesignal)

RFU demoduliert das Empfangssignal

SDU verteilt Daten an Systeme

Eine Kombination aus Responder und Transmitter, welcher der Flugsicherung ermöglicht neben der Radarsignatur eines Flugzeugs auch mit zusätzlichen Informationen zu verbinden.

• Ein Sekundär-Überwachungsradar (SSR) sendet ein Abfragesignal (Interrogations) an alle Flugzeuge

• Ermpfängt der Transponder des Flugzeugs ein solches Signal, sender er eigenständig Daten zurück (z. B. die Kennung und Höhe)

• Mode A: sendet eine 4 stelligen Identifkationscoe der von der Flugsicherung zugewiesen wird

• Mode C: sendet zustzlich die barometrische Höhe

• Mode S: sendet Datensätze auf gezielte Abfragen

Aircraft Communication Addressing and Reportings System

Aircraft Communication Addressing and Reportings System

• Digitales Datenfunksystem, das der Übermittlung von Nachrichten zwischen Verkehrsflugzeugen und Bodenstationen dient.

  • ausgelegt kurze Textnachrichten zu senden

  • nutzt VHF-, HF- und SATCOM-System

Über die MCDU (Multipurpose Controls & Display Unit) steuern und zw. vers. Betriebmodi wechseln

• Reports werden automatisch generiert - Statusmeldungen

• Informationen über Flugstatus, notwendige Wartungen, …

• Bis zu 400.000 Parameter übermittelt (A350) -> an Hersteller

• Permanent werden zahlreiche Paramter übermitellt.

• Predictive Maintencane (PM) möglich

  • Fehler durch Data Mining und Analysis finden bevor sie passieren.

SATCOM bzw. ACARS Datenverbindung, um Anfragen und Berichte zwischen den Piloten und der ATC auszutauschen.

Die Kommunikation und den Datenaustausch zwischen der ATC und dem Flugzeug verbessern.

Verfahren: Controller-Pilot-Datalink (CPD)

-> Verringert Risiko von Missverständnissen

• Übertragung von Flugdaten an die ATC

  -> Besseres Bild der aktuellen Luftraumsituation

• FANS erlaubt Reduzierung von Abständen und kürzere/direktere Flugstrecken

Integrierte DCDUs (Datalink Control & Display Unit)

-> Anweisung der Flugsicherung visuell als Text (nicht auditiv)

Zukunft der Air Traffic Control Systeme:

• Automatic Dependent Surveillance - B = Automatische bordabhängige Überwachung

• Seit 2020 verpflichend in Verkehrsflugzeugen

Automatic Dependent Surveillance - B = Automatische bordabhängige Überwachung

• Bestimmt jede Sekunde die Position (Satellit) und sendet Datensatz

  • Position

  • Identifier

  • Flugzeugtyp

  • Zeitstempe

  • Speed

  • Höhe

  • Flugrichtung

Kollisionswarnsystem (Europa: ACAS - Anti Collision Alert System)

Bei Annäherung zweier Flugzeuge gibt das TCAS je nach Entwicklungsstand entweder reine Warnung oder eine Ausweichempfhelung (“Climb Climb” / “Sink Sink”) ab.

Pilot ist im Konfilkt angehalten TCAS zu folgen!

• zwei Antennen - senden/empfangen

• TCAS-Computer - Kommuniziert mit ATC-Transponder anderer Flugzeuge

Zwei Antennen:

• Über Richtcharaktertik die Richtung zum anderen Flugzeug & Annährungsgeschw. bestimmen

• Zusätzlich über TCAS-Computer und ATC-Transponder Kommunikation

Standard: TCAS II

• TCAS I:

  • ungefähre Hinweise (Richtung, Entferung, Höhendiff.)

• TCAS II:

  • zus. vertikale Ausweichsempfehlung

• TCAS III + IV: -> in Entwicklung

  • zus. laterale Ausweichsempfehlungen

  • abrufbar für Fluglotsen.

TA - Traffic Advisory

• ungefährer Hinweis (TCAS I und höher)

RA - Rsolution Advisory

• Ausweichsempfehlung (TCAS II und höher)

Beide Suchkriterien sind abhängig von der Flughöhe

1. TAU-Gebiet

   • Definiert durch eine Zeitspanne (time-to-go): Distanz zum Konfliktflugzeug geteilt durch die Annährungsrate

2. DMOD-Gebiet:

   • Bei zu geringen Annährungsrate wird TAU-Gebiet nicht betreten, trotz kritscher räumlicher Näherung (z. B. überholen von Flugzeugen)

   • Distance Modification = DMOD

   • Physicher Raum, um das Flugzeug

• Umgebene Flugzeuge als Raute, Kreis oder Quadrat angezeigt

• vertikaler Abstand in 100ft-Schritten

• Pfeil zeigt an, ob steigt oder sinkt

• Preventive Action

  • Aktuelle Steig-/Sinkgeschw. ausreichend, um einen sicheren Höhenabstand am Closest Point of Approach (CPA) zu gewährleisten

  • akustiche Warnung: “Monitor Vertical Speed”

• Corrective Action

  • Nicht ausreichende Höhendifferenz im CPA

  • akust. Warnung: “Climb Climb” oder “Sink Sink”

akustische Warnung: “Traffic Traffic”

• Hinweis, den Verkehr im Auge zu behalten.

10kHz bis 10 GHz

Zeitliche Komponenten die die ATC-Routenplanung zu integerieren, um Warteschleifen und Kapazitätsengpässe zu minimieren.

Vorteile:

• ATC weiß vorab, wann und wie viele Flugzeuge an einem Flughafen ankommen

• Bei Kapazitätsproblem: Anreisende Flugzeuge anweisen, langsamer zu fliegen.

  • Staffelung

• Komplexe Anflugpfade automatisch von ATC an das FMS übermitteln

  • Treibstoffverbrauch reduzieren

• Ständiger Austausch

  • aktuell hauptsächlich Sprechfunk

  • Datengestützer automatischer Austausch

• Globaler Betrieb erforder internationalen Standard

NextGen ATC Upgrade - FAA

SESAR - Single European Sky ATM Research

• Flight Interpohne System

  • Kommunikation im Cockpit

• Cabin Interphone System

  • Kommunikation Cockpit u. Cabin-Crew

• Passenger Adress System

  • Durchsagen in der Kabine

• Service Interphone System

  • Kommunikation Cockpit u. Bodenpersonal - Bugrad Anschluss

• Automatisch nachdem ein Triebwerk gestartet wurde und endet 5 Minuten nachdem das letzte Triebwerk abgeschaltet wurde.

• Analoge Recorder - 30 Minuten

• Digital Recorder - 120 Minuten

Im Heck des Flugzeugs