“Augen” für den Autopiloten: Erfolgreiche automatische Landung mit visionsgestützter Navigation

KC

“Augen” für den Autopiloten: Erfolgreiche automatische Landung mit visionsgestützter Navigation

Automatische Landungen sind bei Verkehrsflugzeugen längst Standard. Während große Flughäfen über die notwendige Infrastruktur verfügen, um die sichere Navigation der Flugzeuge zu gewährleisten, ist dies bei kleineren Flughäfen in der Regel nicht der Fall. Forscher der Technischen Universität München (TUM) und der TU Braunschweig haben nun eine vollautomatische Landung mit visuell unterstützter Navigation demonstriert, die ohne bodengebundene Systeme funktioniert.

Auf großen Flughäfen ermöglicht das Instrument Landing System (ILS) die automatische und präzise Landung von Verkehrsflugzeugen. Antennen senden Funksignale an den Autopiloten, um sicherzustellen, dass er sicher zur Landebahn navigiert. Derzeit werden auch Verfahren entwickelt, die eine automatische Landung auf Basis der Satellitennavigation ermöglichen. Auch hier ist ein bodengebundenes Augmentationssystem erforderlich.

Für die allgemeine Luftfahrt an kleineren Flughäfen stehen solche Systeme jedoch nicht zur Verfügung, was bei schlechter Sicht ein Problem darstellt – dann können Flugzeuge einfach nicht fliegen. “Die automatische Landung ist gerade im Hinblick auf die zukünftige Rolle der Luftfahrt unerlässlich”, sagt Martin Kügler, wissenschaftlicher Mitarbeiter am TUM-Lehrstuhl für Flugsystemdynamik. Dies gilt z.B. bei der automatisierten Flugzeugbeförderung und natürlich bei der Nutzung von automatisierten Flugtaxis.

Kamerabasiertes optisches Referenzsystem

In dem von der Bundesregierung geförderten Projekt “C2Land” haben die TUM-Forscher gemeinsam mit der Technischen Universität Braunschweig ein Landungssystem entwickelt, das kleinere Flugzeuge ohne Hilfe von bodengestützten Systemen landen lässt.
Der Autopilot verwendet GPS-Signale zur Navigation. Das Problem: GPS-Signale sind anfällig für Messungenauigkeiten, z.B. durch atmosphärische Störungen. Der GPS-Empfänger im Flugzeug kann solche Störungen nicht immer zuverlässig erkennen. Daher müssen die Piloten nach den aktuellen GPS-Ansteuerungsverfahren die Kontrolle in einer Höhe von nicht weniger als 60 Metern übernehmen und das Flugzeug manuell landen.

Um vollständig automatisierte Landungen zu ermöglichen, hat das Team der TU Braunschweig ein optisches Referenzsystem entwickelt: Eine Kamera im normalen sichtbaren Bereich und eine Infrarotkamera, die auch unter Bedingungen mit schlechter Sicht Daten liefern kann. Die Forscher entwickelten eine maßgeschneiderte Bildverarbeitungssoftware, mit der das System anhand der empfangenen Kameradaten feststellen kann, wo sich das Flugzeug im Verhältnis zur Start- und Landebahn befindet.

TUM Forschungsflugzeug mit Fly-by-Wire-System

Das TUM-Team entwickelte das gesamte automatische Steuerungssystem des TUM-eigenen Forschungsflugzeugs, einer modifizierten Diamond DA42. Das Flugzeug ist mit einem Fly-by-Wire-System ausgestattet, das die Steuerung mittels eines fortschrittlichen Autopiloten ermöglicht, der ebenfalls von den TUM-Forschern entwickelt wurde.

Um automatische Landungen zu ermöglichen, wurden zusätzliche Funktionen in die Software integriert, wie z.B. der Vergleich der Kameradaten mit GPS-Signalen, die Berechnung einer virtuellen Gleitbahn für den Landeanflug sowie die Flugsteuerung für verschiedene Phasen des Anfluges.

Ende Mai konnte das Team beobachten, wie das Forschungsflugzeug eine vollautomatische Landung auf dem Flugplatz von Diamond Aircraft durchführte. Testpilot Thomas Wimmer ist vom Landegerät völlig überzeugt: “Die Kameras erkennen die Start- und Landebahn bereits in großer Entfernung vom Flughafen. Das System führt das Flugzeug dann vollautomatisch durch den Landeanflug und landet genau auf der Mittellinie der Start- und Landebahn.”

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