So konstruieren Sie sich Ihr persönliches "ILS"!

Zugegeben, dieser Titel klingt etwas provokativ. Doch er weist auf etwas hin, das auch für Private in den Bereich des Realisierbaren gelangt ist: Die Möglichkeit nämlich, mit Hilfe des sogenannten Differential GPS und mit relativ günstigen Geräten individuelle Anflüge zu konstruieren und diese mit Präzision abzufliegen. Aero Revue Mitarbeiter Hansjürg Moser hat das versucht und dabei erstaunlich gute Erfahrungen gemacht.

Differential GPS, eine Methode zur markanten Verbesserung der Positionsgenauigkeit von GPS, steckt immer noch in den Anfängen. In der Schweiz bieten zwei Unternehmen, die Schweizerische Landestopografie in Bern und die Swissphone in Samstagern einen Differential-GPS-Service an. Die Empfangbarkeit der Korrektursignale beider Anbieter ist jedoch noch längst nicht überall gewährleistet. Vor kurzem wurde nun durch die Firma Sintrade AG eine tragbare Differential-GPS-Sendestation mitentwickelt, die zu erstaunlich niedrigem Preis erhältlich ist und mit einer Reichweite von 10 - 20 Km lokal eingesetzt werden kann. Zur Verbesserung der Präzision von Anflügen auf Flugplätze, Flugfelder, Helikopterlandeplätze, für Wolkendurchstossverfahren und vieles mehr. Als mir Peter Bosshard von der Sintrade AG dieses Konzept erläuterte, war ich etwas skeptisch. Doch nachdem ich mich ausführlich mit der Sache befasst und zahlreiche Praxistests durchgeführt hatte, habe ich gemerkt: Es funktioniert tatsächlich, mit erstaunlicher Präzision und beträchtlicher Sicherheit. Dazu benötigt man nebst der erwähnten Referenz-Bodenstation das MultiNav 2000 DGPS, das eine spezielle Approach-Software eingebaut hat, die auf dem Display je einen "Cross-Pointer" für den "Localizer" und den "Glide-Slope" antreibt.

Das Prinzip Differential GPS Dass das Global Positioning System GPS mit gewissen, gewollten und ungewollten Fehlern behaftet ist, gehört heute bereits zum Allgemeinwissen. Die bei der privaten Nutzung von GPS auf der Basis der Signalauswertung der L1-Welle erzielbare Präzision liegt systembedingt etwa bei 13 - 23 Metern. Die gewollte Verschlechterung dieses Wertes, die das amerikanische Verteidigungsministerium (DoD) durch die sogenannte „selective availability" erreicht, ergibt mit 95% Wahrscheinlichkeit Positionsfehler von nicht über 100 Metern RMS, wie das DoD verlauten lässt. Um die Genauigkeit von GPS entscheidend zu verbessern, das heisst, um in den Meterbereich zu kommen, wurde von findigen Köpfen Differential GPS, abgekürzt DGPS, entwickelt. Die Grundidee ist relativ einfach: Eine mit einem GPS-Empfänger bestückte Referenzstation, deren dreidimensionale Position möglichst genau vermessen ist, vergleicht kontinuierlich die vom GPS-Gerät errechneten Positionswerte pro Satellit mit ihrer vermessenen Position. Die Korrekturwerte werden per Funk an externe GPS-Empfänger übermittelt, die damit ihre Positionsfehler korrigieren. Mit diesem Konzept lassen sich tatsächlich Genauigkeiten im Meterbereich realisieren.

Portable Referenzstation und GPS mit "Cross Pointer"

Die Grundlage für die Konstruktion eines privaten "ILS" bilden die tragbare Referenzstation mit integriertem 8-Kanal GPS-Modul und High-Speed Funkmodem und das von Sintrade entwickelte Hand-GPS/DGPS MultiNav 2000, ebenfalls ein mit 8-Kanälen parallel arbeitender GPS-Empfänger mit Radioempfänger/Decoder für das Differential-Korrektursignal. Dieses Differential GPS-Kit wurde übrigens in einer speziellen Version in einer MTW-Sendung des Schweizer Fernsehens zur Feldvermessung vorgestellt. Dabei wurden Positionsgenauigkeiten zwischen 1-3 Metern erreicht. Die Aviatik-Version umfasst eine Aviatik-Datenbank mit allen europäischen Flugplätzen mit Frequenzen und Runwayinformationen sowie eine Benutzer-Datenbank zur Speicherung von 2000 persönlichen Wegpunkten und 100 Routen à 10 Wegpunkte sowie 30 Stunden Flugwegaufzeichnung. Die Besonderheit des MultiNav 2000 DGPS liegt jedoch im sogenannten Approach-Modus. Dies ist eine speziell entwickelte Software, die auf dem Display eine Localizer- und Glide-Slope-Anzeige mit entsprechenden „Cross-Pointer"-Nadeln darstellt. Der Localizer kann entsprechend der Pistenausrichtung auf das Grad genau als Desired Track DTK (SOLL-Kurs) definiert, der Gleitweg bis auf ein Zehntel Grad vorgewählt werden. Die Sensibilität des Cross-Pointers ist vertikal und horizontal auf 1° pro Teilstrich, das heisst auf je einen Vollausschlag von 5° Abweichung nach links oder nach rechts vom Localizer respektive ober- oder unterhalb des gewählten Gleitweges eingestellt. Das MultiNav 2000 kann übrigens seit kurzem auch als Einbauinstrument mit dem Standardmass von 80 mm Durchmesser erworben werden.

ILS Rwy 26 Wangen-Lachen

Tönt etwas eigenartig, nicht wahr, doch dahinter steckt ein Experiment, das ich mit Erfolg durchgeführt habe. Den Flugplatz Wangen-Lachen habe ich für meinen Versuch ausgewählt, weil sowohl auf die Piste 08 als auch auf die Rwy 26 lange, hindernisfreie Finals geflogen werden können, die zudem über unbewohntem Gebiet liegen. Als erstes muss die tragbare Referenzstation an einem geeigneten Ort neben der Piste aufgestellt, und ihre Position möglichst genau eingemessen werden. Dazu setze ich sie mindestens eine halbe Stunde im Modus „Mittelwert der Position" in Betrieb. Da das integrierte GPS-Modul jede Sekunde eine Positionsbestimmung vornimmt, ergeben sich somit 1’800 errechnete Positionen, aus denen das Gerät einen Mittelwert bestimmt. Damit erhalte ich eine recht präzise Position, die sodann als Referenz-Fixpunkt gespeichert wird. Als präzise Höhe gebe ich die publizierte Pistenhöhe von 407 Metern ein. Danach lege ich auf der Piste den Aufsetzpunkt fest und aktiviere - auf der Centerline stehend - die Funktion „Speichere Position als Wegpunkt" des MultiNav 2000. Dieser Punkt ist nun als Destination-Wegpunkt im Handgerät gespeichert. in einem weiteren Schritt bestimme ich unter Berücksichtigung der Topografie und der gewünschten Länge des Finals den Gleitweg. Für den Wangen-Lachen-Anflug habe ich ihn mit 3° definiert. Sodann wird auf dem verlängerten Endanflug die Distanz des "Final Approach Fix" und des "Outer Markers" vom Aufsetzpunkt gewählt und aufgrund des Gleitwegwinkels deren Höhen bestimmt. Bei meinem Versuch habe ich das FAF 8 NM und den OM 3.5 NM (dies entspricht dem Schnittpunkt des Endanflugkurses mit der Autobahn ) vom Aufsetzpunkt entfernt gelegt. Nachdem ich diese Vorbereitungen abgeschlossen habe, fliege ich den Final Approach präzise "back course". Bei der "Outer Marker-" und "Final Approach Fix"-Distanz vom Aufsetzpunkt speichere ich mit einem Knopfdruck die entsprechenden Positionen in der User-Datenbank. Nun sind, mit Ausnahme des Missed Approaches, alle Elemente des "ILS" Rwy 26 Wangen-Lachen definiert, und die Anflugversuche können beginnen - selbstverständlich mit allen Vorsichtsmassnahmen in Bezug auf den anderen Flugverkehr und strikte unter VMC.

GPS-gesteuerter ILS-Anflug

Vor dem Start auf der Piste 26 von Wangen-Lachen aktiviere ich im GPS-Handgerät den gewünschten Flugplan mit den Wegpunkten Startflugplatz, „Final Approach Fix 26", „Outer Marker 26" und Aufsetzpunkt 26. Nochmalige Kontrolle: Der voreingestellte SOLL-Kurs zwischen FAF und Aufsetzpunkt beträgt genau 260°, der Gleitwinkel 3°. Nach dem Abheben drehe ich gemäss VAL-Karte nach rechts und fliege sodann Richtung Rapperswil. Nachdem ich genügend Abstand vom Flugplatzbereich gewonnen habe, drehe ich die Maschine in Richtung meines ersten Anflugwegpunktes und richte das Flugzeug auf das angezeigte Bearing aus. Gleichzeitig steige ich auf die FAF 26-Höhe von 4’000 ft. Da die „Cross-Pointer" des Approach-Modus im Verhältnis zu meiner aktuellen Distanz zu fein eingestellt sind, fliege ich bis zur Annäherung an das FAF 26 im gewöhnlichen Nav-Modus mit konventioneller CDI-Anzeige, wie sie bei den meisten GPS-Geräten dargestellt wird. Etwa 1 NM vor Erreichen des FAF 26 wechsle ich in den Approach-Modus. Während die Localiser-Nadel noch nicht zu sehen ist, da ich mich noch ausserhalb der Vollausschlag-Distanz befinde, steigt die Glide-Slope-Anzeige von unten gegen die horizontale Leitlinie - ich fliege etwas zu hoch. Am oberen Displayrand erscheinen nun die Anzeigen DGPS und 3D, was bedeutet, dass das MultiNav 2000 die Korrektursignale der Referenzstation am Pistenrand empfängt und dreidimensionale Navigation gewährleistet ist. Die GPS-Anzeige sollte jetzt auf wenige Meter genau sein. Nun beginne ich mit einer sanften Rechtskurve auf den Endanflugkurs einzudrehen, wobei ich die Schräglage der Bewegung der Localizer-Nadel anpasse. Nachdem der Final Approach Kurs am Gyro anliegt, versuche ich, den Anflug so zu stabilisieren, dass beide Nadeln zentriert bleiben. Dies gelingt recht gut, wird jedoch immer anspruchsvoller, je näher ich der Piste 26 komme, da sich der Anflugkorridor kontinuierlich zum immer enger werdenden Tunnel verschmälert. Ich fliege in VMC und habe vervorragende Sicht, sodass ich die Anzeige der Cross-Pointers des MultiNav 2000 visuell sehr gut mit meiner Position im Endanflug kontrollieren kann. Die erreichte Präzision ist erstaunlich: Ich kann praktisch bis zur Pistenschwelle keine Abweichung von der Centerline erkennen. Schwieriger ist das Abschätzen des Gleitpfades, da klare visuelle Referenzen fehlen. Ich halte die Gleitweg-Nadel bis zum Schluss zentriert, bin jedoch damit über der Pistenschwelle etwas zu hoch. Trotzdem: Die Genauigkeit ist hervorragend, dies bestätigen auch weitere Flüge.

Toll, aber...

Da ich weder vom BAZL, noch von anderen Autoritäten als „Illegaler" gebrandmarkt werden möchte, muss ich abschliessend folgende harten Realitäten bekanntgeben: 1. Gemäss Weisung des BAZL ist GPS sowohl VFR als auch IFR nur als "supplemental navigation system" zugelassen, was bedeutet, dass jegliche Navigation grundsätzlich nach einem konventionellen Navigationssystem zu erfolgen hat. Unter bestimmten Voraussetzungen kann nach GPS navigiert werden, diese Navigation muss jedoch mit konventionellen Navigationsmitteln überwacht werden und der Pilot muss die Möglichkeit haben, bei Zweifeln an der Integrität der GPS-Navigationsinformationen sofort auf konventionelle Navigation umzusteigen. 2. Für die GPS-Navigation nach IFR dürfen nur speziell vom BAZL zugelassene und zertifizierte Einbaugeräte verwendet werden. 3. Das beschriebene "ILS" kann bezüglich Präzision und Verlässlichkeit nicht mit einem wirklichen Instrumentenlandesystem verglichen werden. Trotzdem, es war einen Versuch wert und die Resultate zeigen, dass dieses lokale DPGS als unterstützendes Navigationsmittel zahlreichen Anwendungen mehr Sicherheit und Präzision verleiht! Hansjürg Moser