Die Erfindung betrifft ein Leitsystem mit einer Vielzahl regional verteilt angeordneter und zu einer Navigationsleiteinheit miteinander vernetzter Leitstationen, die satellitengestützte Positionsortungsempfänger zum Empfangen von Zeitsignalen zur Zeitsynchronisation mittels der Zeitsignale haben, mit mindestens einer satellitengestützten Positionsortungsempfänger nutzenden Leiteinrichtung und mit mindestens einer Überwachungseinheit zur Überwachung der lokalen Verfügbarkeit satellitengestützter Positionsortung.

Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zur Erkennung einer mindestens lokalen Störung eines satellitengestützten Positionssystems mit einem solchen Leitsystem.

Beispielsweise zur Führung von Fahrzeugen, insbesondere Luftfahrzeugen ist die Kenntnis der exakten Position des Fahrzeuges erforderlich. Diese kann beispielsweise mit Hilfe satellitengestützter Positionsortungsempfänger schnell, einfach und preiswert detektiert werden. Hierbei werden die Laufzeiten mehrerer vom Positionsortungsemp- fänger empfangbarer Zeitsignale von Ortungssatelliten empfangen und ausgewertet. Derartige Globale Satellitennavigationssysteme (Global Navigation Satellite System GNSS) sind z.B. das US-amerikanische Global Positioning Systems GPS, das russische System GLONASS, das zukünftige europäische System Galileo inklusive der unterstützenden Space Based Augmentation Systems (SBAS), wie z.B. das europäische System EGNOS (European Geostationary Navigaiton Overlay Sig-nal), das US-amerikanische System WAAS (Wide Area Augmentation System) oder das japanische System MSAS (Multi-Transport-Satellite based Augmentation Sys-tem) sowie der Ground Based Augmentation Systems GBAS (in den Vereinigten Staaten auch als FAA-Local Area Augmentation System LAAS bezeichnet). In sicherheitskritischen hochgenauen Posi- tionierungsapplikationen, wie z. B. bei Landeanflügen von Luftfahrzeugen basierend auf Satelliten gestützter Positionsbestimmung ist sicherzustellen, dass die aus der satellitengestützten Positionsbestimmung erhaltene Positionsinformation korrekt ist.

Ein Problem bei der satellitengestützten Positionsbestimmung besteht einerseits in lokal begrenzten Störungen beispielsweise durch Abschattung und andererseits in weiträumigeren Störungen insbesondere durch atmosphärische Einflüsse. Viele Ursachen bei satellitengestützten Positionssystemen können beispielsweise Uhrenfehler der Satelliten, der Störungen der Umlaufbahn der Satelliten, Bahnmanöver der Satelliten, Empfängerrauschen, mehrwegiger Empfang und Refraktionen in der Ionosphäre und Troposphäre sein. Ionosphärische Störungen treten in erster Linie in der Nähe der magnetischen Pole bzw. des magnetischen Äuators der Erde auf. Die Intensität der ionosphärischen Störungen ist dabei abhängig von Sonnenaktivitäten. Auch werden bei erhöhter Sonnenaktivität deutlich größere Bereiche der Erdoberfläche von entsprechen- den ionosphärischen Störungen betroffen.

A. Komjathy, L. Sparks, A. J. Mannucci, A. Coster: The Ionsheric Impact of the Octo- ber 2003 Storm Event on Wide Area Augmentation System, in GPS Solution (2005) 41 50 beschreiben eine Untersuchung des von durch Sonnenaktivität verursachten iono- sphärenischen Störungen auf Satellitennavigationssysteme. Während in Zeiten geringer Ionenaktivität Fehler von weniger als 0,8 Meter zu beobachten sind, beträgt der Fehler in Tagen von Sonnenstürmen weniger als 10 Meter.

K. Van Dyke, J. Parmet, C. Dufresne, A. Hansen, R. CoIe, J. Campbell, J. She, Y. Bian, R. Loh: GNSS Real Time Performance Monitoring and CNS/ATM Implementation in: Position, Location and Navigation Symposium, 2006, IEEE/ION, April 25-27, 2006, Seiten 1137-1144 beschreibt ein in Brasilien aufgebautes Leistungsüberwa- chungssystem für satellitengestützte globale Navigationssysteme GNSS. Räumlich weit verteilt sind lokale Überwachungsstationen angeordnet und miteinander vernetzt, um GNSS-Signale kontinuierlich zu beobachten und die Leistung des GNSS-Systems in Echtzeit zu überwachen. Hieraus kann die lokale Verfügbarkeit eines satellitengestützten Ortungssystems jedoch nicht festgestellt werden. T. Walter, S- Pullen, J. Rife, J. Seo und P. Enge: The Advantages of Local Monitoring and VHF Data Broadcast for SBAS, European Navigation Conference GNSS 2005, JuIy 2005, München beschreibt ein lokales Überwachungssystem, bei dem ein lokaler GPS- Empfänger Korrekturen eines Space Based Augmentation Systems SBAS überprüft und lokale Integritätsparameter im GBAS (Ground Based Augmenta-tion System)-Format aussendet. Damit soll die Verfügbarkeit von SBAS-Anflügen verbessert werden.

Ausgehend hiervon ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes Leit- System mit einer Vielzahl regional verteilt angeordneter und zu einer Navigationsleiteinheit miteinander vernetzter Navigationsleitstationen zu schaffen, mit dem auf einfache und preiswerte Weise lokale Störungen eines satellitengestützten Positionsor- tungssystems erkannt werden können.

Die Aufgabe wird mit dem Leitsystem der Eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass das Leitsystem zur Erkennung einer mindestens lokalen Störung des satellitengestützten Positionsortungssystems durch Zusammenführung und Korrelation von bei der Positionsortung anfallenden Signalen der regional verteilten satellitengestützten Positi- onsortungsempfänger der Navigationsleitstationen eingerichtet ist. Es wird vorgeschla- gen, die in den Navigationsleitstationen zum Empfangen von Zeitsignalen zur Zeitsynchronisation ohnehin vorhandenen satellitengestützten Positionsortungsempfänger nicht nur zur Zeitsynchronisation, sondern auch zur Erkennung einer mindestens lokalen Störung des satellitengestützten Positionsortungssystems einzusetzen. Die in der Navigationsleitstation ohnehin vorhandenen Positionsortungsempfänger werden somit zusätzlich zur Störungserkennung eingesetzt, ohne dass weiterer Hardwareaufwand erforderlich ist. Die zusätzliche Funktionalität kann auf einfache Weise beispielsweise durch Zusatz- Software implementiert werden.

Ein Vorteil der Positionsortungsempfänger der veränderten Navigationsleitstation be- steht darin, dass die Navigationsleitstation in der Regel bereits engmaschig verfügbar sind. Für die Luftverkehrsteuerung sind beispielsweise ADS-B-Stationen über Land verteilt, um Transpondersignale von Flugzeugen zu empfangen. Eine einheitliche Zeitbasis wird durch die mit GP S -Empfängern erhaltene GPS-Zeit bereitgestellt, die einen Zeitstempel für die Transponderinformation enthaltenden Datenpakete liefert.

Bei der Positionsortung anfallende Signale der regional verteilten satellitengestützten Positionsortungsempfänger der Navigationsleitstationen werden zusammengeführt und miteinander korreliert, um hieraus Aussagen über die lokale Verfügbarkeit des satellitengestützten Positionsortungssystems zu erhalten.

Das Leitsystem kann beispielsweise zur Erkennung einer mindestens lokalen Störung in Abhängigkeit von durch Filterung extrahierter Laufzeitstörungen der von Satelliten zur Positionsortungsempfängern ausgesandten Signale eingerichtet sein. Eine solche Filterung ist deterministisch und liefert somit ein vorhersagbares Ergebnis. Durch die Filterung von zur Positionsbestimmung genutzten Laufzeiten können beispielsweise kurzfristige Änderungen registriert werden. Sprünge in den erfassten Laufzeiten weisen auf Störungen hin. Derartige Sprünge können durch zeitliche Ableitungen der Laufzeitinformationen detektiert werden, wobei Störungen anhand der temporären Änderungen des zeitlich abgeleiteten Laufzeitsignals erkennbar sind.

Die Navigationsleitstationen enthalten vorzugsweise Transpondersignalempfänger zum Empfangen von Navigationssignalen von Fahrzeugen, beispielsweise wie Luftfahrzeugen, und sind zur Zeitsynchronisation der Navigationssignale mittels der Zeitsignale und zur Übertragung der Zeitsynchronisierten Navigationssignale im Leitsystem eingerichtet. Die Transpondersignalempfänger werden gemäß der Lehre der vorliegenden Erfindung weiterhin genutzt, um aus den Laufzeitsignalen Informationen über die lo- kale Qualität und Verfügbarkeit des Satellitenortungssystems zu erhalten. Das Leitsystem kann weiterhin zur Erkennung einer mindestens lokalen Störung in Abhängigkeit von bei der Positionsbestimmung mit den regional verteilt angeordneten satellitengestützten Positionsortungsempfängern in den Navigationsleitstationen auftretenden Dopplereffekten eingerichtet sein. Damit können durch bewegte Objekte und Reflekti- onen erzeugte Fehler erkannt werden, die die lokale Verfügbarkeit des satellitengestützten Positionsortungssystems einschränken. Vorteilhaft ist es weiterhin, die lokale Verfügbarkeit des satellitengestützten Positi- onsortungssystems anhand eines Vergleichs der Verfügbarkeit von Positionsortung- sempfängern benachbarte Navigationsleitstationen festzustellen. Bei einer einge- schränkten Verfügbarkeit von mindestens zwei Positionsortungsempfängern einer Gruppe benachbarter satellitengestützter Positionsortungsempfängern wird dann auf eine lokale Störung des satellitengestützten Positionsortungssystems geschlossen. Bei dieser Prüfung wird die Verfügbarkeit einer Gruppe benachbarter satellitengestützter Positionsortungsempfänger bestimmt und miteinander verglichen.

Die Aufgabe wird weiterhin durch das Verfahren zur Erkennung einer mindestens lokalen Störung eines satellitengestützten Positionsortungssystems mit einem solchen Leitsystem gelöst durch Zusammenführung und Filterung von bei der Positionsortung anfallenden Signalen regional verteilter satellitengestützter Positionsortungsempfänger von Navigationsleitstationen und Übertragen einer erkannten mindestens lokalen Störung des satellitengestützten Positionsortungssystems an eine von den eine Navigationsleiteinheit bildenden Navigationsleitstationen unabhängigen Leiteinrichtungen.

Vorteilhafte Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen beschrieben.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels mit den beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Figur 1 - Blockdiagramm eines Leitsystems mit einer Vielzahl regional verteilt angeordneter und zu einer Navigationsleiteinheit miteinander vernetzter Navigationsleitstation;

Figur 2 - Skizze einer Navigationleitstation mit satellitengestütztem

Positionsortungsempfänger zur Zeitsynchronisation und Erken- nung einer mindestens lokalen Störung. Figur 1 lässt ein Blockdiagramm eines Leitsystems 1 erkennen, das eine Vielzahl regional verteilt angeordneter Navigationsleitstationen 2 hat. Die Navigationsleitstationen sind beispielsweise ADS-B-Stationen eines Luftverkehrssteuerungssystems. Die ADS- B-Stationen haben Transpondersignalempfänger zum Empfangen von Navigationssignalen von Luftfahrzeugen sowie satellitengestützte Positionsortungsempfänger, wie beispielsweise GP S -Empfänger, die ausschließlich zum Empfangen von Zeitsignalen zur Zeitsynchronisation der empfangenen Transpondersignale mittels der über das satellitengestützte Positionsortungssystem empfangenen Zeitsignale genutzt werden.

Die Navigationsleitstationen 2 sind miteinander jeweils über eine zugeordnete Zentrale 3a, 3b, 3c zu einer Navigationsleiteinheiten 4a, 4b, 4c zusammengeschlossen.

Die Navigationsleiteinheiten 4a, 4c sind beispielsweise einem Flughafen A bzw. Flug- hafen B zugeordnet. Die zentralen Einheiten a, b, x, 3a, 3b, 3c können ggf. mit weiteren lokalen Zellen 5a, 5b verbunden sein. In den Navigationsleitstationen 2 werden satellitengestützt Positionsortungssignale empfangen und zusammengeführt und miteinander korreliert um eine mindestens lokale Störung des satellitengestützten Positi- onsortungssystems zu erkennen. Hierzu können beispielsweise Laufzeitsignale der be- nachbarten Navigationsleitstationen 2 miteinander verglichen werden und aus Abweichungen können Laufzeitstörungen und hieraus lokale Störungen des satellitengestützten Positionsortungssystems erkannt werden. Die Nutzung der ADS-B-Stationen 2 zum Zweck der Erkennung lokaler Steuerungen des satellitengestützten Positionsortungssystems hat zudem den Vorteil, dass die Dichteverteilung der ADS-B-Stationen in Flughafennähe höher ist und der Aufstellungsort der GPS-Antennen möglichst mehr- wegefrei ist. Die in den Navigationsleitstationen 2 enthaltenen Empfänger stellen zudem weitere Signale, wie Dopplerfrequenz, Quantifizierungsfaktoren etc. bereit, die zur Erkennung lokaler Störungen des satellitengestützten Positionsortungssystems ausgewertet werden können. Temporäre Mehrwegeausbreitungsstörungen und empfänger- spezifische Probleme können aus der Korrelation der Positionsortungssignale, insbesondere der Laufzeiten, durch geeignete Filteralgorithmen in zentralen Rechnereinheiten eliminiert werden. Durch die Zusammenführung und Korrelation der bei der Positionsortung anfallenden Signale, insbesondere der Laufzeiten, der regional verteilten satellitengestützten Po- sitionsortungsempfänger der Navigationsleitstationen können beispielsweise lokale Atmosphärenstörungen detektiert und visualisiert werden. So ist es möglich, die Zugrichtung und -stärke etwaiger Ionosphärenstörungen zu erkennen sowie mögliche Zeitfehler zu identifizieren.

Die Nutzung der vernetzten Navigationsleitstationen 2 zur Erkennung einer mindes- tens lokalen Steuerung des satellitengestützten Positionsortungssystems hat den Vorteil, dass die vorhandene Hardware genutzt werden kann und die Dichte an regional verteilt angeordneten Navigationsleitstationen 2 insbesondere bei Luft Verkehrs Steuerungssystemen relativ groß ist.

Das Leitsystem 1 kann in ähnlicher Weise auch für andere Verkehrssysteme, wie Bahn, Straßenverkehr, etc. aufgebaut und das Verkehrssystem kann hierfür mitgenutzt werden.

Figur 2 lässt eine Skizze einer Navigationsleitstation 2 mit einem Transpondersignal- empfänger 6 erkennen, der zum Empfangen von Transpondersignale T vorgesehen ist, die zur Identifikation von Luftfahrzeugen 7 ausgesendet werden. Um diese Transpondersignale T mit einem Zeitstempel zu versehen, hat der Transpondersignalempfänger 6 einen Positionsortungsempfänger 8, der bislang lediglich zum Empfangen von Zeitinformationen von Satelliten 9 eingereichtet ist.

Der Positionsortungsempfänger 8 wird nunmehr weiterhin dazu genutzt, um Position- sortungssignale, wie insbesondere Laufzeitsignale auszuwerten, um lokale Störungen des satellitengestützten Ortungssystems zu erkennen. Als einzelnes Gerät ist der Positionsortungsempfänger 8 jedoch nicht in der Lage, alle kritischen Störungen zu detektie- ren, wie beispielsweise aus einer erhöhten Elektronenaktivität in der Ionosphäre resultierende Störungen. Im Verbund der Navigationsleiteinheiten 2 ist es jedoch durch eine Auswahl geeigneter Filteralgorithmen möglich, lokale Fehlalarme zu erkennen und zu eliminieren, so dass nur tatsächliche Störungen weiter berücksichtigt werden, die von mehreren Navigationsleiteinheiten 2 gleichzeitig bestätigt wurden. Die Navigationsleiteinheiten 2 benötigen dabei nur relativ einfache Positionsortungsempfänger 8, die selbst nicht zur Erkennung von Störungen beispielsweise in der Ionosphäre ausge- rüstet werden müssen. Die Zusammenführung und Korrelation der Positionsortung anfallenden Signale, insbesondere Laufzeiten, der Vielzahl von regional verteilten satellitengestützten Positionsortungsempfängern 8 ermöglicht es, lokale Störungen zu erkennen und dabei lokale, auf einen Positionsortungsempfänger 8 bezogene Probleme durch Vergleich der Signale benachbarter Navigationsleitstationen 2 zu eliminieren.

Durch die Nutzung der bereits vorhandenen ADS-B-Stationen 2 einschließlich der angeschlossenen GPS-Empfänger für die Überwachung der GPS-Konstellationen der aktuellen Leistungsfähigkeit des GPS-Systems ist ein Vorhersage über die Auswirkung detektierter Ionosphärenstörungen möglich. Hierzu wird ein Netzwerk von vorhande- nen GPS-Ll -Empfängern innerhalb eines ATM-Netzwerkes genutzt. Die wesentlichen Parameter eines Satellitennavigationssystems können innerhalb eines Luftverkehrsmanagements (Air Traffic Managment ATM) bzw. einer Luftverkehrssteuerung (Air Traf- fic Control ATC)-Datennetzes zudem überwacht werden und es ist eine Aussage über die Integrität einer mittels ADS-B empfangenen Position aufgrund der ermittelten aktu- eilen Leistungsfähigkeit eines Satellitennavigationssystem möglich.

Das Leitsystem 1 schafft damit die Voraussetzung zur Nutzung satellitengestützter Positionsortung bei der Verkehrssteuerung, ohne dass zusätzliche Infrastruktur erforderlich ist.