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2022 | Buch

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Avionik und Flugsicherungstechnik

Einführung in Kommunikationstechnik, Navigation, Surveillance

verfasst von: Dr. Holger Flühr

Verlag: Springer Berlin Heidelberg

Enthalten in: Springer Professional "Wirtschaft+Technik" , Springer Professional "Technik"

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Über dieses Buch

Das Buch spannt den Bogen von modernen Technologien zur Flugsicherung über die wesentlichen Avioniksysteme (Kommunikation, Navigation, Surveillance) sowie die bordautonome Energieversorgung bis hin zur Integration der Systeme im Flugzeug. Der Autor legt Wert auf die Einbindung der vorgestellten Funktionsblöcke in das System Flugzeug bzw. in das System Luftfahrt: Er behandelt sowohl Funktion und Aufbau der Teilsysteme als auch deren Einbindung in die Avionikumgebung des Flugzeugs und in die Bodeninfrastruktur. Ein weiteres Thema sind zulassungsspezifische Fragestellungen. Zum Verständnis notwendige nachrichtentechnische Kenntnisse werden komprimiert wiederholt. Der Lernerfolg wird durch Definition von Lernzielen, Verständnisfragen und Beispielaufgaben sichergestellt.

Die 2., komplett durchgesehene Auflage erweitert vor allem die Ausführungen zur Zuverlässigkeit von Flugzeugsystemen und lässt aktuelle Entwicklungen wie etwa SESAR in den Text einfließen.

Inhaltsverzeichnis

Frontmatter
1. Einleitung
Zusammenfassung
Die folgenden Zeilen geben einen Überblick über die Entwicklung der Technologien zur Flugsicherung und der Flugzeugelektronik und deuten die Verwebung der Themengebiete an. Dabei spielten insbesondere die rasante Entwicklung der Funkkommunikationstechnik einerseits und der Miniaturisierung und Computerisierung der Elektronik andererseits tragende Rollen.
Holger Flühr
2. Grundlagen der Flugsicherung
Zusammenfassung
Die Rahmenbedingungen zum Einsatz technischer Hilfsmittel für die Flugsicherung sind durch gesetzliche Vorgaben, durch die Struktur und Organisation des Luftraums und die durch die Flugsicherung verwendeten Verfahren bestimmt. Das vorliegende Kapitel stellt in kurzer Form die am System Luftfahrt beteiligten internationalen und nationalen Organisationen sowie die Organisation der Luftfahrt und des Luftraums in Deutschland vor. Anschließend wird das Konzept der Flugsicherung präsentiert, welches den Rahmen für die anzuwendenden Techniken („Flugsicherungstechnik“) bietet.
Holger Flühr
3. Anforderungen an die Fluggeräteelektronik
Zusammenfassung
In Analogie zur Flugsicherungstechnik sind auch bei der Entwicklung sowie beim flugbetrieblichen Einsatz von Avionik einige Randbedingungen zu berücksichtigen. Diese resultieren aus den Regelungen (Standards) der zuständigen europäischen und nationalen Behörden zur Zertifizierung (Certification) und Zulassung (Approval) vom Fluggerät als auch aus den Rahmenbedingungen des Einsatzes der Avionik während des Fluges. Im Folgenden wird ein Überblick über die an diesem Prozess beteiligten internationalen Organisationen sowie die Verzahnung deren Dokumente gegeben. Abschließend wird der Aspekt der Zuverlässigkeit von Avionik diskutiert und die bordseitige Energieversorgung als wesentliche Grundlage zum Betrieb der Avionik erläutert.
Holger Flühr
4. Flugsicherungstechnik und Fluggeräteelektronik im Gesamtkontext des Luftfahrzeugs
Zusammenfassung
Die Entwicklung der Avionik und der Flugsicherungstechnik erfolgten historisch gesehen als getrennte Disziplinen. Während die Flugsicherungstechnik sehr stark von den nationalen und internationalen Flugsicherungsorganisationen vorangetrieben wurde, war die Entwicklung der Avionik eher die Domäne der Flugzeughersteller und deren Zulieferbetriebe. Als Bindeglieder zwischen diesen Bereichen fungierten im Wesentlichen die ICAO, die mit den SARPs für die aeronautische Kommunikation (Annex 10 der ICAO) die Luft-Boden-Schnittstelle definierte, sowie Standardisierungsorganisationen, die für einzelne Geräteklassen der Kommunikation, Navigation und Surveillance (von der ICAO wurde hierfür der Begriff CNS/ATM geprägt) Standards publizierten.
Holger Flühr
5. Kommunikationstechnik
Zusammenfassung
Kommunikationseinrichtungen stellen eine zentrale Säule im modernen Flugverkehrsmanagement dar. Ausgehend von der reinen Sprachkommunikation auf KW- und UKW-Frequenzen zwischen Fluglotsen und Flugzeugführern entwickelten sich in den letzten Jahren digitale Datenübertragungssysteme, sogenannte Datenlinks, welche die gerade im europäischen Zentralraum knappen Frequenzressourcen entlasten sollen. Hierzu werden Routinemeldungen nicht mehr per Sprachkommunikation, sondern anhand von digital übermittelten Kurzmitteilungen ausgetauscht. In diesem Kapitel werden – ausgehend von der Technologie des analogen Sprechfunks – die Systeme der UKS-Datenkommunikation, der Datenkommunikation mit Hilfe des Mode-S-Transpondersystems sowie der Satellitenkommunikation vorgestellt.
Holger Flühr
6. Radionavigation
Zusammenfassung
Die Systeme der Radionavigation haben einen wesentlichen Anteil am Bereich CNS/ATM und sind für die Flugdurchführung von sehr großer Bedeutung. Historisch gesehen umfassen sie einfache Navigationshilfen wie ungerichtete und gerichtete Funkfeuer, Einrichtungen zur Entfernungsmessung, integrierte Navigationssysteme mit kombinierter Richtungs- und Entfernungsbestimmung als auch Landehilfen für den Anflug auf einen Flughafen. Den aktuellsten Beitrag zur Radionavigation liefern weltweit verfügbare Satellitennavigationssysteme sowie Overlaysysteme zur Satellitennavigation. Durch diese Systeme wird eine effiziente Nutzung des Luftraums und die sichere Durchführung des Flugbetriebs auch bei gestiegenem Luftverkehrsaufkommen ermöglicht. Im vorliegenden Kapitel werden die wesentlichen Systeme der Radionavigation vorgestellt und ihre Funktionsweise erläutert.
Holger Flühr
7. Surveillance
Zusammenfassung
Radareinrichtungen (Radar: Radio Detection and Ranging) dienen im Rahmen des Air Traffic Managements der Luftraumüberwachung (Surveillance) zur Erstellung eines Luftlagebildes. Hierzu wird einerseits das Primärradar als autonomes und andererseits das Sekundärradar als kooperatives System eingesetzt. Die Informationen beider Systeme werden am Radararbeitsplatz der Fluglotsen zusammengeführt. Somit stellen die Surveillance-Systeme die zweite große Säule der CNS/ATM-Technologien dar und tragen wesentlich zur effizienten Abwicklung des Luftverkehrs bei. Im Folgenden werden ausgehend von den Grundlagen der Radartechnik die genannten Ausprägungen vorgestellt.
Holger Flühr
8. Avionik-Busse
Zusammenfassung
Avionik-Busse dienen sowohl der Verbindung der im Flugzeug vorhandenen Systeme untereinander als auch der Integration von Teilsystemen in ein übergeordnetes System und ermöglichen damit eine effiziente Onboard-Kommunikation. Aufgrund dieser zentralen Rolle werden besondere Anforderungen an die eingesetzten Bussysteme gestellt. Neben der Übertragungsrate ist daher die Ausfall- und Störsicherheit von enormer Bedeutung. Zudem darf bei einem größeren Netzwerk der Ausfall eines Busteilnehmers nicht das übrige Netzwerk beeinträchtigen. Im folgenden Abschnitt werden die Grundlagen und Protokolle von in der Luftfahrt eingesetzten Bussystemen besprochen und deren Eigenschaften zusammengestellt. Gemeinsam mit den in den weiteren Kapiteln beschriebenen Systemen wird damit die Grundlage für das Verständnis moderner Avionik-Architekturen gelegt.
Holger Flühr
9. Flugzeugsensoren
Zusammenfassung
Flugzeugsensoren im hier verwendeten Zusammenhang bezeichnen Systeme, die vom Luftfahrzeug zur Messung externer Größen verwendet werden. Hierzu greifen sie auf Sensoren für physikalische Größen zurück, deren elektrische Ausgangsgrößen digitalisiert und in einem assoziierten Computersystem verarbeitet werden. Im Folgenden werden der Luftdatenrechner zur Ermittlung der barometrischen Höhe, der Außentemperatur, der Geschwindigkeit und der Anströmung, das inertiale Messsystem zur Bestimmung der Flugzeuglage und -kinetik, die Radarhöhenmesser zur präzisen Höhenmessung sowie das Wetterradar vorgestellt. Die durch diese Messsysteme ermittelten und teilweise redundanten Daten werden von den im nächsten Abschnitt diskutierten Flugzeugsystemen verwendet, teilweise fusioniert und über die bereits vorgestellten Datenbusse kommuniziert.
Holger Flühr
10. Flugzeugsysteme
Zusammenfassung
Neben den bereits behandelten Systemen für die Navigation, Kommunikation und Surveillance sowie den sensorischen Systemen werden im Verkehrsflugzeug eine Reihe weiterer Einrichtungen benötigt, die für die Interaktion mit der Flugzeugbesatzung, für die Überwachung des Flugzeugs selbst sowie für die Durchführung des Fluges notwendig sind. Ausgehend von der Betrachtung der Integration dieser Systeme und den daraus resultierenden Avionik-Architekturen wird der Aufbau und die Funktionsweise der wichtigsten Baugruppen vorgestellt.
Holger Flühr
Backmatter
Metadaten
Titel
Avionik und Flugsicherungstechnik
verfasst von
Dr. Holger Flühr
Copyright-Jahr
2022
Verlag
Springer Berlin Heidelberg
Electronic ISBN
978-3-662-64823-0
Print ISBN
978-3-662-64822-3
DOI
https://doi.org/10.1007/978-3-662-64823-0

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