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AVIONIK: Elektronische Kollisionswarnung: Rettendes Geschrei


fliegermagazin - epaper ⋅ Ausgabe 80/2019 vom 19.07.2019

Die Möglichkeiten, mit elektronischer Hilfe die eigene Position auszusenden und anderen Verkehr rechtzeitig vor einer Kollision zu erkennen, sind vielfältig, verwirrend und leider nicht perfekt


Artikelbild für den Artikel "AVIONIK: Elektronische Kollisionswarnung: Rettendes Geschrei" aus der Ausgabe 80/2019 von fliegermagazin. Dieses epaper sofort kaufen oder online lesen mit der Zeitschriften-Flatrate United Kiosk NEWS.

Bildquelle: fliegermagazin, Ausgabe 80/2019

Statrux Den Selbstbau- Empfänger für ADS-B und FLARM gibt es als Bausatz für etwa 250 Euro


In der App Blendet man allen Verkehr ein (hier in ForeFlight), sind per ADS-B vor allem Verkehrsflugzeuge zu sehen


Versuchen wir, Ordnung ins Gewirr der elektronischen Kollisionswarner zu bringen. Das neue Schlagwort dafür ist übrigens Electronic Conspicuity, also etwa elektronische Sichtbarmachung. Eigentlich sollte es dank ...

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... der weiten Verbreitung von GPS ganz einfach sein, die eigene Position auf den Meter genau auszustrahlen, sodass andere Flugzeuge ihre Lage in Relation zum umgebenden Verkehr erkennen können. Doch die Praxis ist komplizierter. Es gibt im Prinzip drei Technologien, um Verkehr elektronisch wahrzunehmen.

Herkömmliche Transponder

In Europa sind Mode-S-Transponder vorgeschrieben. Sie strahlen den eingestellten vierstelligen Zahlencode und die Flughöhe, aber auch das Flugzeugkennzeichen auf der Frequenz 1090 MHz aus. Manchmal sind noch einige Zusatzinfos dabei, aber nicht die GPS-Position.

Fürs Flugzeug gibt es festeingebaute Verkehrssensoren, die diese Signale mit Peilantennen empfangen. Dadurch kennen sie die Richtung des anderen Verkehrs; aus der Signalstärke errrechnen sie – erstaunlich genau – die Distanz. Sie zeigen dann auf einem Moving-Map-Display im Cockpit Position und Höhe des übrigen Verkehrs an. Solche Geräte, etwa das Garmin GTS800 oder das L3 Lynx NGT-9000, kosten viele tausend Euro.

Portable Verkehrswarner für herkömmliche Transponder sind selten geworden, sie können meist keine Richtung peilen. Üblich ist daher die Anzeige der Höhe und eines Rings, der die Entfernung symbolisiert.

ADS-B

Die Ausstrahlung eines ADS-B-Signals (das heißt dann ADS-B Out), das die exakte Flugzeugposition enthält, ist in den USA ab 2020 in vielen Lufträumen vorgeschrieben. Dort soll ADS-B künftig die Radaranlagen der Flugverkehrskontrolle ersetzen, entsprechend hoch sind die Ansprüche an die Geräte (siehe Kasten Seite 35).

Garmin GDL50 Der portable Empfänger liefert ADS-B-Verkehr und -Wetter, Fluglage und GPS-Position. Preis: 850 Euro


PowerFLARM Portable Das portable Gerät zeigt auf dem eigenem Display Verkehr mit Transponder, ADS-B und FLARM an. Preis: 2360 Euro


SykNavProp Redline Box Die portable Box sendet und empfängt FLARM-Daten und zeigt ADS-B-Verkehr an. Sie verfügt über weitere Datenaustauschfunktionen. Preis: ab 1600 Euro


In den USA sind zwei Frequenzen erlaubt, um per ADS-B die eigene Position auszusenden. Zum einen kann das zusammen mit dem herkömmlichen Transpondersignal auf der Frequenz 1090 MHz erfolgen. Solche ADS-B-Out-fähigen Transponder müssen stets mit einem GPS verbunden sein, das die Position liefert. Alternative sind preisgünstigere Geräte, die auf 978 MHz senden. Auf dieser Frequenz strahlen in den USA zusätzlich Bodenstationen der US-Luftfahrtbehörde FAA sowohl ein komplettes Verkehrslagebild aus, das auch die per Radar identifizierten Flugzeuge enthält, als auch Wetterinformationen, zum Beispiel METAR, TAF, Regenradar und mehr.

Empfänger für diese Daten (die Funktion heißt ADSB- In) nutzen meist beide Frequenzen. In Europa ist die Frequenz 978 MHz generell noch nicht für die Luftfahrt freigegeben. Es gibt allerdings in Friedrichshafen sowie an zwei Orten in Dänemark und in Südengland Bodenstationen, die im Testbetrieb Wetterdaten ausstrahlen. Ein Ziel der US-Avionikhersteller, die diese betreiben, ist sicherlich auch, den in den USA etablierten ADS-B-Standard samt der dafür entwickelten Gerätevielfalt auch nach Europa zu bringen.

Verkehrsflugzeuge sind auch bei uns bereits häufig mit ADS-B-Out auf der Frequenz 1090 MHz ausgestattet, weil für sie eine Ausrüstungsvorschrift kommt. Bei kleinen Flugzeugen ist ADS-B-Out für neuere Avionikinstallationen üblich, es gibt hierbei allerdings Probleme mit unterschiedlichen Standards (siehe Kasten Seite 35).

ADS-B-Empfänger gibt es sowohl für den Festeinbau als auch portabel (siehe Fotos oben). Erstere stellen den Verkehr teilweise auf eigenen Displays dar, in der Regel aber auf den Moving-Map-Bildschirmen im Cockpit. Tragbare Empfänger senden die Daten meist drahtlos per WLAN oder Bluetooth an Tablet-Computer, auf denen Navigations-Apps die Anzeige übernehmen. Es muss klar sein, dass reine ADS-B-Empfänger immer nur einen kleinen Teil des Flugverkehrs darstellen – nämlich den, der mit ADS-B-Out ausgestattet ist.

FLARM

Aus dem Segelflug kommend, findet sich das Verkehrssystem FLARM inzwischen in zehntausenden Flugzeugen. Es strahlt auf der nicht für Luftfahrt reservierten Frequenz 868 MHz die GPS-Position des eigenen Flugzeugs aus. Weil die Sendeleistung relativ schwach ist, kann die Reichweite bei schneller Annäherung zweier Flugzeuge Probleme machen. FLARM ist ein proprietäres System mit Datenverschlüsselung, das eine Lizenz zur Nutzung erfordert. Deshalb tun sich viele etablierte Hersteller schwer, die Funktion in ihre Avionik zu integrieren.

Offizielle FLARM-Geräte mit Lizenz müssen stets zugleich senden und empfangen. Es gibt aber Selbstbau- Elektronik unter dem Namen Stratux, die den FLARM-Code knackt und die Signale lediglich empfängt, ohne selbst zu senden.

CS-STAN
Die EASA-Vorschriften (in drei Ausgaben verfügbar) vereinfachen den Einbau bestimmter Avionik deutlich, darunter ADS-Transponder und Kollisionswarner. Zu finden sind sie unter http://bit.ly/2XZa1U8.

Wie passt alles zusammen?

Die meisten Segelflugzeuge in Deutschland haben zwar einen FLARM-Sender, aber keinen Transponder und auch keine ADS-B-Out-Fähigkeit. Die meisten Motorflugzeuge dagegen haben einen Transponder; der Anteil an ADS-B-Out-Ausrüstung wächst. Doch noch leben die beiden Welten weitgehend nebeneinander her. Eine Ausrüstungsverpflichtung wie in den USA steht akut nicht im Raum. Dennoch wächst das Interesse an elektronischer Kollisionswarnung.

Positionsquelle Ein günstiger GPSEmpfänger kann Trig-Transpondern zu ADS-B-Out der Signalqualität 1 verhelfen (siehe Kasten Seite 35)


Transponder mit ADS-B-Out-Fähigkeit lassen sich dank der Entwicklungen für den USMarkt vielfach finden. Die Kosten liegen allerdings im Bereich von mindestens etwa 2000 Euro und sind stark davon abhängig, ob ein geeigneter GPS-Empfänger bereits im Flugzeug vorhanden ist. In jedem Fall sollte die Installation eine Zuverlässigkeit von mindestens SIL 1 haben (siehe Kasten Seite 35).

FLARM-Geräte können dank erleichterter EU-Vorschriften (siehe Randnotiz Seite 33) ebenfalls relativ einfach nachgerüstet werden.

Empfangsbereit

Besonders interessant ist in dieser Hinsicht das neue Einbaugerät Air Traffic von Air Avionics: Es ist ein fest verbauter FLARM- Sender und -Empfänger, der zugleich auch herkömmliche Transpondersignale und ADS-B-Verkehr empfängt und auf vielen Displays zur Anzeige bringt. Dabei bereitet das Air Traffic die Signale herkömmlicher Transponder so auf, dass die meisten eingebauten Anzeigen ebenso wie viele übliche Apps den Ring darstellen, der die Entfernung des Verkehrs symbolisiert, auch wenn dessen genaue Position nicht bekannt ist.

Ebenfalls von Air Avionics stammt das portable Power FLARM, das schon etwas älter ist, aber alle drei Sorten von Verkehr empfangen und auf einem eigenen Display darstellen kann. Mit Apps auf Tablet-Computern arbeitet es nicht zusammen.

Auch das selbst zu bauende Stratux empfängt im Prinzip alle drei Verkehrsarten. Allerdings werden die Signale herkömmlicher Transponder vom Stratux nicht so aufbereitet, dass sie in den Apps als Ringe zu sehen sind. Ihre Anzeige wird also unterdrückt.

Air Avionics Air Traffic Die Box sendet und empfängt FLARM-Signale und empfängt Transpondersignale sowie ADS-B


Air Avionics Air Traffic Display Damit funktioniert die Box (l.) ebenso wie mit anderen Displays


Garmin GNX375 Der neue GPS-Navigator enthält einen ADS-B -Out -Transponder und einen ADS-BIn- Empfänger


Die übrigen, vor allem aus den USA stammenden Empfänger konzentrieren sich auf ADS-B – weil mit dieser Technologie dank des dort aufgebauten Netzes von Bodenstationen ein vollständiges Verkehrsbild zu empfangen ist. Das ist bei uns leider anders.

Hören statt sehen

Sowohl die eingebauten Sensoren als auch die Apps, die ihre Verkehrsdaten von mobilen Empfängern erhalten, werden immer besser darin, nicht nur visuelle Kollisionswarnungen zu geben, sondern vor allem hörbare. Schließlich soll der Pilot bei einem Alarm nicht vorrangig auf einen Bildschirm im Cockpit schauen, sondern aus dem Fenster. Gute Systeme liefern heute sehr konkrete Audiohinweise, oft in englischer Sprache. Ein Beispiel: »Traffic, one o’clock, high, 2 miles!« Mit einem solchen Hinweis weiß der Pilot sofort, wo er Ausschau halten muss. Da auch immer mehr Apps, die auf Tablet-Computern betrieben werden, solche Audiowarnungen abgeben, wird eine Bluetooth-Verbindung zum Headset des Piloten zunehmend wichtiger.

Das Fazit

Wer mit seinem Flugzeug voll sichtbar sein möchte, braucht derzeit einen Transponder mit ADS-B-Out- Funktion samt passendem GPS-Empfänger, die gemeinsam mindestens eine Signalqualität der Stufe SIL 1 liefern; dazu einen FLARM-Sender/Empfänger, um für die vielen Segelflugzeuge in Europa sichtbar zu sein.

Was die Warnung vor anderen Flugzeugen angeht, ist einerseits die Erkennung von Segelflugzeugen das Problem. Dafür ist FLARM unverzichtbar. Zum anderen macht die Erkennung der Mehrheit des motorisierten Verkehrs Schwierigkeiten: Der hat nunmal nur herkömmliche Transpondersignale. Um sie konkret anpeilen zu können, sind relativ teure Einbau-Empfänger erforderlich. Genügt eine Anzeige von Höhe und Distanz (als Ring) gibt es als weitere Einbau-Option das Air Traffic, das zudem FLARM beherrscht.

Mobile Lösungen sind dagegen, insbesondere wenn sie nicht mit den für einen Selbstbau erforderlichen Kenntnissen und den zugehörigen Unwägbarkeiten verbunden sein sollen, weitgehend auf den Empfang von ADS-B beschränkt.

Zukunftsmusik

Denkbar wäre, dass auch in Europa mittelfristig ein Netz von Bodenstationen entsteht, die auf der ADS-B-Frequenz 978 MHz nicht nur Wetterinformationen abstrahlen, sondern auch Verkehrsdaten. Das hätte auch den Vorteil, dass die vielen in den USA entwickelten Geräte für den Riesenmarkt dort auch bei uns zum Einsatz kommen könnten.

Da es zudem ein von Freiwilligen aufgebautes Netz bodengestützer Empfänger für FLARM gibt, die den damit ausgestatteten Verkehr auf große Distanzen wahrnehmen und gebündelt anzeigen (siehe https://live.glidernet.org), könnten diese Daten gesammelt und zentralisiert über ADS-B-Bodenstationen ausgestrahlt werden – ebenso wie die Position von Flugzeugen mit herkömmlichen Transponder.

Klares Bild Glascockpits mit Verkehrssensor können Flugzeuge oft sowohl in die virtuelle Landschaft des Primary Flight Display einbinden als auch auf der Moving Map (kleines Fenster unten links). Eine Audio-Warnung kommt hinzu


So ließe sich über die Bodenstationen eine Brücke zwischen den drei Technologien für die Verkehrswahrnehmung schließen, ohne dass es eine Ausrüstungsverpflichtung mit einer Entscheidung für nur eine Technologie geben müsste.

1 FLARM-Verkehr Ein Segelflugzeug wird samt Kennzeichen in ForeFlight dargestellt


2 ADS-B-Verkehr So stellt SkyDemon andere Flugzeuge auf seiner Moving Map dar


Das Thema SIL

Der Signal Integrity Level (SIL), also ein Maß für die Zuverlässigkeit des Signals, ist Teil jeder ADS-B-Out-Ausstrahlung. Er verrät dem Empfänger, wie sehr er sich auf die vom Transponder ausgestrahlten Informationen verlassen kann – vor allem auf die GPS-Position. Entscheidend dafür sind Technik und Zertifizierungsgrundlage sowohl des Transponders als auch des damit verbundenen GPS. Weil die US-Luftfahrtbehörde FAA letztlich ihre Flugverkehrskontrolle von Radar auf ADS-B umstellen möchte, verlangt sie in ihrer Ausrüstungspflicht einen SIL von 3; in Ausnahmefällen ist 1 erlaubt. Avionik von US-Herstellern, die für den Markt dort produzieren, erfüllt diese Bedingung. In Europa dagegen hat die EASA entschieden: Wir sind froh, wenn jemand überhaupt per ADS-B sichtbar ist – auch bei der niedrigsten Stufe SIL 0. Die meisten Transponder europäischer Hersteller schaffen nicht mehr; Ausnahmen sind Trig Avionics und bald TQ Avionics, je nach Gerät werden SIL 1 oder 3 erreicht. Das Problem: Fest verbaute ADS-B-Sensoren der gängigen US-Hersteller zeigen Verkehr mit SIL 0 nicht an – in Europa unterdrücken sie also einen guten Teil der Allgemeinen Luftfahrt mit ADS-B-Out.


FOTOS: THOMAS BORCHERT (2), H E RSTELLER (3)

FOTOS: HERRSTELLER (5), THOMAS BORCHERT (2)