DME (Distanzmessgerät) in der Luftfahrtnavigation

Was ist das Distanzmessgerät (DME)?

Distanzmessgerät (DME) ist ein bodengestütztes Funknavigationssystem und ein Grundpfeiler der modernen Luftfahrt. Es ermöglicht Piloten, ihre präzise, aktuelle Entfernung zu einem festen Punkt am Boden – meist einer Navigationshilfe wie einer VOR- oder ILS-Station – zu bestimmen. DME arbeitet im UHF-Band (962–1213 MHz) und ist weltweit von der ICAO (Anhang 10) standardisiert.

DME liefert die Schrägentfernung – die direkte, gerade Entfernung von der Antenne des Flugzeugs zur DME-Bodenstation und berücksichtigt dabei sowohl die horizontale als auch die vertikale Trennung. Dies unterscheidet sich von der horizontalen Bodendistanz (wie sie GPS liefert); in geringer Entfernung oder großer Höhe kann die Schrägentfernung deutlich größer als die Bodendistanz sein.

DME wird in nautischen Meilen (NM) mit einer typischen Genauigkeit von ±0,2 NM angezeigt und dient der Streckennavigation, Anflugverfahren, Warteschleifen und Sinkflugplanung. Es wird oft mit anderen Navigationshilfen wie VOR oder ILS kombiniert, sodass VOR/DME- oder ILS/DME-Stationen sowohl Kurs- als auch Entfernungsinformationen für eine vollständige Positionsbestimmung liefern.

DME ist nicht von Satelliten abhängig und stellt somit eine wichtige Rückfallebene dar, falls GPS gestört ist. Behörden wie die FAA und ICAO verlangen DME (oder zugelassenes RNAV) für bestimmte IFR-Flüge, insbesondere oberhalb FL240.

Wie funktioniert DME?

Das Prinzip: Zweiweg-Laufzeitmessung

DME misst die Zeitverzögerung, die Funkimpulse für den Weg vom Flugzeug zur Bodenstation und zurück benötigen:

1. Der DME-Interrogator des Flugzeugs sendet ein codiertes Paar von UHF-Impulsen zur bodengebundenen DME-Transponderstation.
2. Die DME-Station empfängt die Impulse, wartet eine feste Verzögerung (typischerweise 50 Mikrosekunden) und antwortet mit ihrem eigenen Impulspaar.
3. Das Bordsystem misst die Gesamtumlaufzeit, zieht die bekannte Stationsverzögerung ab und berechnet die Entfernung anhand der Lichtgeschwindigkeit (299.792 km/s).

Das Ergebnis ist die Schrägentfernung – die direkte Luftlinie vom Flugzeug zur Station.

Kanalzuweisung und Frequenzpaarung

• DME-Frequenzen sind mit VHF-Navigationshilfen (VOR/ILS) über regulierte X- und Y-Kanäle gepaart, um das Einstellen für Piloten zu vereinfachen.
• Wenn ein Pilot eine VOR- oder ILS-Frequenz einstellt, wird der entsprechende DME-Kanal automatisch ausgewählt.

Impulscodierung und Verkehrsmanagement

• Jede DME-Station kann etwa 100 Flugzeuge bedienen, indem sie spezielle Impulsabstände und Antwortzeiten zuweist.
• So werden Überlagerungen vermieden und auch in stark frequentiertem Luftraum ein zuverlässiger Betrieb gewährleistet.

DME-Systemkomponenten

Bordanlage

• DME-Interrogator: Sendet Abfrageimpulse, empfängt Antworten und berechnet die Schrägentfernung.
• Cockpit-Anzeige: Zeigt Entfernung (und manchmal auch Boden-Geschwindigkeit und Zeit zur Station) auf speziellen Instrumenten oder integrierten Avionikdisplays an.
• DME-Antenne: Am Flugzeug montiert, meist unter dem Rumpf.

Bodenanlage

• DME-Transponder (Station): Empfängt Abfragen, fügt eine feste Verzögerung ein und sendet Antwortimpulse.
• Bodenantenne: So platziert, dass sie optimale Abdeckung und minimale Störungen bietet, häufig zusammen mit VOR- oder ILS-Antennen.

Integration

• Moderne Flugzeuge integrieren DME häufig mit VOR, ILS, FMS und GPS-Systemen.
• HOLD-Funktion: Ermöglicht es Piloten, die DME-Frequenz „einzufrieren“, während eine andere Navigationshilfe eingestellt wird – wichtig beim Anflug.

Wichtige DME-Begriffe

• Schrägentfernung: Die direkte Entfernung (inkl. Höhe) vom Flugzeug zur Station.
• Impulspaar: Zwei eng aufeinanderfolgende UHF-Impulse für die Kommunikation zwischen Flugzeug und DME-Station.
• Zeitverzögerung: Die gemessene Umlaufzeit der Impulse, abzüglich der Stationsverzögerung, zur Berechnung der Entfernung.
• Kanalzuweisung: X- und Y-Kanäle mit spezifischen Impulsabständen zur Verwaltung mehrerer Stationen und zur Reduzierung von Störungen.
• Sichtverbindung: DME benötigt einen ungestörten Signalweg – Berge oder Erdkrümmung können den Empfang blockieren.
• Frequenzpaarung: DME-UHF-Frequenzen sind automatisch mit VOR/ILS-VHF-Frequenzen gepaart.

Praktische Anwendungen in der Luftfahrt

• Streckennavigation: Liefert Entfernungsprüfungen entlang von Luftstraßen und Routen, besonders auf VOR/DME-definierten Luftstraßen.
• Gebietsnavigation (DME/DME RNAV): Flugzeuge nutzen Signale von zwei oder mehr DME-Stationen zur Positionsbestimmung – entscheidend für RNAV-Betrieb, wenn GPS nicht verfügbar oder unzuverlässig ist.
• Instrumentenanflüge: Wird zur Definition von Wegpunkten (z. B. FAF, Zwischenschritte, MAP) bei ILS/DME- und VOR/DME-Anflügen verwendet.
• Warteschleifen: Die Flugsicherung kann Warteschleifen auf DME-Basis anweisen (z. B. „hold 10 DME von XYZ VOR“).
• Sinkflugplanung: Piloten können anhand der DME-Entfernung zur Landebahn oder zu einem Wegpunkt präzise Sinkflugpunkte berechnen.

Integration mit anderen Navigationssystemen

VOR/DME

• Kombiniert VOR für Kurs (Azimut) und DME für Entfernung.
• Die meisten Luftstraßen und viele Anflüge weltweit verwenden VOR/DME als primäre Navigationshilfen.

ILS/DME

• Ergänzt Instrumentenlandesystem-Anflüge um Entfernungsinformation, besonders für Zwischenschritte und Präzisionsanflüge (Kategorie II/III).

DME/DME RNAV

• Flugzeug-FMS kann optimale DME-Paare für die Positionsbestimmung auswählen und so GPS-unabhängige RNAV-Fähigkeiten bieten.

GPS- und DME-Substitution

• Moderne Vorschriften erlauben oft die Verwendung von GPS-basierten Entfernungen als Ersatz für DME, jedoch müssen Piloten den Unterschied zwischen Schrägentfernung und Bodendistanz kennen.

Arten von DME-Stationen

• High Power DME (HPDME): Bis zu 1.000 Watt; Reichweite bis zu 199 NM in großer Höhe, für Streckennavigation eingesetzt.
• Low Power DME (LPDME): Ca. 100 Watt; für Terminalbereiche und Anflugverfahren, meist mit Flughafen-ILS gemeinsam installiert.
• VORTAC DME: Kombiniert VOR, TACAN (militärisch) und DME für den zivilen und militärischen Einsatz.

Einschränkungen und Irrtümer

• Schrägentfernungsfehler: Die angezeigte Entfernung kann größer als die Bodendistanz sein, wenn das Flugzeug nahe oder hoch über der Station ist.
• Sichtverbindung: Durch Gelände oder Erdkrümmung begrenzt, vor allem in niedrigen Höhen.
• Kein Azimut: DME liefert keine Kursinformation – dazu werden VOR oder ILS benötigt.
• Kapazität: Etwa 100 Flugzeuge pro Station; selten kann es bei Überlastung zu Verzögerungen kommen.
• Frequenzmanagement: Kanäle sind streng reguliert, um Störungen – besonders in Terminalbereichen – zu vermeiden.

Vorschriften und Ausrüstungsanforderungen

• FAR 91.205(d)(2): IFR-Flüge über FL240 in den USA müssen mit DME oder zugelassenem RNAV ausgerüstet sein.
• ICAO Anhang 10: Legt globale technische und betriebliche Standards fest.
• Kartierung: IFR-Karten geben klar an, wenn DME für ein Verfahren erforderlich ist.
• Wartung: Sowohl Bord- als auch Boden-DME-Anlagen müssen regelmäßig überprüft und überwacht werden.

DME im Cockpit: Tipps für Piloten

• Kennen Sie Ihre Anzeige: Verstehen Sie, wie Ihr Flugzeug DME-Daten anzeigt – separates Instrument, integriertes Funkgerät oder Glascockpit.
• HOLD-Funktion nutzen: DME-Informationen einer Station behalten, während eine andere Navigationshilfe eingestellt wird, besonders im Anflug.
• Schrägentfernung beachten: In Stationsnähe/in großer Höhe mit höheren Anzeigen rechnen; 1 NM pro 1.000 Fuß als Faustregel.
• Quelle prüfen: DME-Kennung überprüfen, besonders wenn mehrere Stationen empfangbar sind.

Zusammenfassung

DME bleibt ein wesentlicher Bestandteil der globalen Luftfahrtnavigationsinfrastruktur und liefert genaue, zuverlässige Entfernungsinformationen unabhängig von Satelliten. Die Integration mit VOR, ILS und modernen RNAV-Systemen sorgt für robuste Redundanz und Präzision und unterstützt den sicheren und effizienten Betrieb in allen Flugphasen. Das Verständnis der Prinzipien, Einschränkungen und besten Praktiken von DME ist für jeden Piloten, Flugdienstberater und Fluglotsen unerlässlich.