09.11.2012
Ziel der Arbeiten ist die rückgeführte, absolute Feldstärkemessung des elektromagnetischen Fernfeldes terrestrischer Funknavigationsanlagen der Flugsicherung mit geringer Messunsicherheit. Die Feldstärkemessung ist typischer Bestandteil der regelmäßigen Flugvermessung von Anlagen der Flugsicherung wie z.B. dem Instrumentenlandesystem (ILS). Die dabei aufgezeichnete elektrische Feldstärke wird aus der Empfängerspannung sowie dem Antennenfaktor des Messflugzeugs berechnet. Die strengen Anforderungen der ICAO (Internationale Zivilluftfahrtorganisation) an die Messunsicherheit (≤ 3 dB) können in der Praxis jedoch mangels hinreichender Kenntnis der Antennendiagramme am Flugzeug und geeigneter Kalibrierverfahren nicht nachweislich eingehalten werden. Mit dem hier vorgestellten neuen Messsystem für den Landekurssender eines ILS sollten die bisher mit einem Messflugzeug erzielten Ergebnisse der Feldstärkemessungen validiert werden.
Für die rückgeführte, absolute Feldstärkemessung wird ein neu entwickeltes Antennensystem eingesetzt, das von einem Hubschrauber positioniert wird (siehe Bild). Weil die Signale eines ILS, bestehend aus dem Landekurssender (Localizer: ILS-LOC) sowie dem Gleitwegsender (Glide Path: ILS-GP), beide horizontal polarisiert abgestrahlt werden, muss die Empfangsantenne ebenfalls horizontal polarisiert sein. Das Messsystem, bestehend aus Antenne für den Landekurssender und Messbox, wird aus Sicherheitsgründen als reine Außenlast vom Hubschrauber getragen, daher ist eine Drehung der Messanordnung um die vertikale Achse nicht zu vermeiden. Das Empfangsdiagramm muss deshalb eine konstante Empfindlichkeit in der E-Ebene aufweisen. Gleichzeitig erreicht man durch das Design der Antenne mit einer Nullstelle nach oben und unten, dass die Einflüsse durch den Hubschrauber, durch das Koaxialkabel zur Messbox und durch die Messbox selbst minimiert werden. Das Messsignal wird am ZF-Ausgang eines ILS-Messempfängers bereitgestellt, als Bandpasssignal abgetastet und kontinuierlich zusammen mit der Ortskoordinate abgespeichert. Das nicht zu vermeidende Schwingen der Außenlast stellt einen gewissen Vorteil dar, weil damit sichergestellt ist, dass Antenne und das zu messende Signal im Raum zu bestimmten Zeitpunkten kopolar vorliegen. Genau dann wird der Maximalwert der Feldstärke gemessen und ist somit aus dem zeitlichen Verlauf des Messsignals bestimmbar. Die Antenne wurde mit Hilfe der 3-Antennenmethode rückgeführt kalibriert, der Empfänger sowie die Messkabel mit der üblichen Labortechnik. Die Messunsicherheit für die gesamte Anordnung wurde zu 2,8 dB bestimmt.
Bei einem ersten Flugversuch am Flughafen Braunschweig wurde zunächst die grundsätzliche Flugfähigkeit der Messanordnung geprüft. Insbesondere das Aufnehmen der Traglast beim Start des Hubschraubers war im Vorfeld als kritisch erachtet worden, da hierbei ein Aufdrehen der Seile verhindert werden musste. Dank der Erfahrung des DLR-Piloten mit Außenlasten war dies aber völlig unproblematisch, wie auch der gesamte weitere Verlauf des Fluges. Beim ersten Messeinsatz wurden am Flughafen Bückeburg Messergebnisse sowohl mit einem kalibrierten Messflugzeug, wie auch mit dem neuen Messsystem aufgezeichnet. Der Vergleich der Messdaten zeigt eine Übereinstimmung besser als 1,5 dB, selbst bei sehr geringen Feldstärken von ca. 40µV/m (=‑114 dBW/m2), was der geforderten Reichweitengrenze des ILS-LOC gemäß ICAO entspricht. Damit wurde die flugzeugbasierte Feldstärkemessung der periodischen Flugvermessung am Landekurssender mit dem neu entwickelten Messsystem erfolgreich validiert. Entsprechende Entwicklungen und Untersuchungen für den ILS-Gleitwegsender sind in Arbeit.
Bild: Hubschrauber BO 105 des DLR mit Referenzantenne (Mitte) und Empfangs-einrichtung (roter Kasten) (Quelle: FCS)
Ansprechpartner: T. Schrader
Fachbereich 2.2: Hochfrequenz und Felder