mini|TACAN-Antenne auf Vierbein in der Mitte des Gegengewichts mit DVOR-Antennen. Es handelt sich um das DVOR/TAC TGO (TANGO) das zwischen Aichtal und Neckartailfingen liegt. mini|Rotierendes Antennendiagramm der TACAN-Bodenamlage und daraus resultierendes Empfangsignal, das für die Richtungsbestimmung genutzt wird. mini|International gültiges Symbol für TACAN auf einer Luftfahrtkarte mini|Antenne einer TACAN-Anlage auf einem Kriegsschiff (USS Raleigh)
Das Tactical Air Navigation System (Akronym: TACAN, TACtical Air Navigation, für taktische Flugnavigation) ist ein militärisches Funkfeuer. Das TACAN-System besteht aus folgenden beiden Komponenten:
eine Komponente für die Messung und Anzeige der Schrägentfernung (engl. Slant Range Distance) zwischen Flugzeug und TACAN-Boden-Transponder, die dem ICAO-Standard für DME (Distance-Measuring-Equipment) entspricht. eine Komponente, die mit Hilfe eines sich drehenden Antennendiagramms dem Luftfahrzeugführer zusätzlich die Richtung, d. h. den Azimut-Winkel zu bzw. vom TACAN-Boden-Transponder aus gesehen anzeigt.
TACAN-Anlagen werden sowohl für Area Navigation (Flächennavigation) als auch für Nicht-Präzisions-Anflüge (engl. Non-Precision Approach) verwendet. Wenn die von TACAN-Interrogatoren (borseitiges Abfragegerät) und -Transpondern (bodenseitiges Antwortgerät) abgestrahlten Puls-Paare, abzüglich aller Verluste auf dem Ausbreitungsweg, erfolgreich in den Empfängern verarbeitet werden können, können Schrägentfernungs-Reichweiten von bis zu 399 Nautischen Meilen (NM) erreicht werden.
Die zivile Luftfahrt nutzt statt TACAN-Anlagen die Kombination einer VOR (engl. VHF Omnidirectional Radio Range) oder DVOR (Doppler-VOR) für die Bestimmung des Azimuts und ein DME/N (engl. Distance Measuring Equipment) oder TACAN für die Slant-Range-Entfernung. Bei gemeinsamer Nutzung von (D)VOR und DME/N an einem Standort wird diese Kombination als (D)VOR/DME bezeichnet. An Standorten, die für zivile als auch militärische Navigation wichtig sind, wird anstelle einer DME/N eine TACAN verwendet, wobei diese Kombination als (D)VOR/TAC bezeichnet wird.
TACAN sind bei der Messung der Slant-Range-Entfernung ein kooperatives System, d. h., ein TACAN-Interrogator (Abfrager) in einem Luftfahrzeug benötigt eine Transponder-Reply (Antwort) eines TACAN- oder DME/N-Transponders am Boden. Für Abfrage (engl. Interrogation) und Antwort (engl. Reply) werden Puls-Paare verwendet. Dabei entspricht der Abstand der Pulse einem Pulse-Code (PC). Dadurch können die Signale von unterschiedlichen Transpondern auf dem gleichen Kanal unterschieden werden. Dies erlaubt eine Nutzung des gleichen Kanals durch mehrere Anlagen, was den Frequenzbedarf verringert.
Die Bestimmung der Azimut-Information ist passiv und erfordert keine Abfrage und erlaubt daher beliebig vielen Luftfahrzeugen eine Nutzung. Die Azimut-Information ist in einer Puls-Amplituden-Modulation (PAM) über alle ausgestrahlten Pulse-Paare enthalten.
TACAN-Transponder, die auf militärischen Schiffen eingesetzt werden um die Navigation z. B. Rückführung von Luftfahrzeugen zu ermöglichen, werden als Maritime-Mobile-TACAN (MM-TACAN) bezeichnet. Zum Ausgleich der Antennenbewegung durch vom Seegang verursachte Roll- und Neigungsbewegung des Schiffs können TACAN-Antennen eine Roll- und Pitch-Kompensation besitzen.
Als Air-to-Air-TACAN (A/A-TACAN) bezeichnet man die Nutzung von TACAN-Interrogatoren in einem A/A-Mode. Im A/A-Mode kann jeder TACAN-Interrogator wahlweise als A/A-TACAN-Transponder auf Abfragen von Interrogatoren von Luftfahrzeugen antworten oder A/A-TACAN abfragen. Die zusätzliche Ausstrahlung einer Grob-Azimut-Information (engl. Coarse Bearing) ist prinzipiell möglich, erfordert jedoch, dass das militärische Luftfahrzeug über eine für die Erzeugung notwendige Azimut-taugliche Bord-Antenne und über einen TACAN-Interrogator verfügt, der diese Antenne auch synchronisieren kann. Der A/A-TACAN-Modus kann z. B. für Station-Keeping innerhalb Flugzeug-Formationen oder für Luft-zu-Luft-Betankung (A/A-Refuelling) genutzt werden.
Geschichte Während des Zweiten Weltkrieges gab es sowohl auf deutscher als auch auf alliierter Seite erste Entwicklungen von Funkfeuern zur Navigation, die ein umlaufendes Signal zur Azimut-Bestimmung einsetzten. Als Basis für die Entwicklung des TACAN kann das britische Oboe-System angesehen werden.
Als Teil eines US-zivil/militärischen Programmes für Aeronautical Navigation Aids wurde unter anderem Slant Range Distance Measuring (englisch für Schräg-Entfernungs-Messung) als auch Azimut-Messung gefordert und entwickelt. 1949 wurde sowohl ein DME (Distance Measuring Equipment) als auch ein Drehfunkfeuer-System (VOR) von der U.S. CAA (Civil Aeronautics Administration) in Betrieb genommen, was von der International Civil Aviation Organisation (ICAO) im Jahr 1950 im Annex 10 der Chicago Convention standardisiert wurde. Zur Unterscheidung von dem derzeit von der Luftfahrt genutzten DME/N- und DME/P-Systemen als „DME(1950)“ referenziert.
Die Kombination von VOR und dem damaligen DME(1950) d. h. VOR/DME(1950) erfüllte nicht die geforderte Azimut-Genauigkeit für den Betrieb auf militärischen Schiffen (engl. Maritime Mobile, MM) aufgrund der 10 Mal größeren Wellenlängen von VOR im Vergleich zu DME(1950) und der Größe der damals verfügbaren VOR-Antennen. Als militärische Alternative wurde daher von den US-Teilstreitkräften verschiedene TACAN-Varianten entwickelt, und in US MIL-STD- 291(SHIPS) am 1. Oktober 1956 standardisiert. Ab 1955 wurde TACAN für alle Teilstreitkräften der USA produziert und eingeführt.
Der NATO wurden mit der Spezifikation SGM-263-54 am 22. März 1954 die technischen Informationen des TACAN-Systems (AN/ARN-21 – AN/URN-3) übergeben, um den damaligen NATO-Mitgliedsländern eine Planung und Beschaffung für die zukünftige Nutzung von TACAN zu ermöglichen.
Das TACAN-System sollte Rho-Theta-Navigation für die Azimut-Bestimmung von und zu einem TACAN-Transponder sowie die Slant-Range zu dem TACAN-Transponder für Flächennavigation (RNAV) und Non-Precision Approach-Anflügen für bis über 100 Flugzeugen in einer Slant-Range-Entfernung von 100 nautischen Meilen (185 km) auf 50 Kanälen bereitstellen. Diese Anforderung wurde später auf 200 NM (370 km) und 126 Kanäle erweitert. und sollte damit mehr Kanäle als das von ICAO im Jahr 1950 standardisierte DME(1950) mit 100 Kanälen bieten.
Nicht berücksichtigt war jedoch, dass unabhängig von TACAN parallel das militärische Identification-Friend-Foe-System (IFF) und später das Secondary Surveillance Radar (SSR) auf 1030 MHz für Interrogation (Abfrage), sowie auf 1090 MHz für IFF- und später SSR-Replies festgelegt wurden. Daher war abzusehen, dass bei weltweiter Nutzung von IFF- und SSR die Kanäle, die um die Mittenfrequenzen 1030 MHz und 1090 MHz liegen, vor DME/N- und TACAN-Nutzung geschützt werden müssen. ICAO legte daher fest, dass 26 der 126 definierten x-Pulse-Code-Kanäle zum Schutz von SSR, nicht für DME verwendet werden soll, sobald SSR operativ genutzt wird. Da die Frequenzkoordinierung für TACAN in Europa durch ICAO-European Aeronautical Planning Group (EANPG) erfolgte, betraf dies auch TACAN. Es verblieben daher von 126 auch nur 100 x-Pulse-Code-Kanäle für die Nutzung.
Eine Erweiterung der bereits für DME standardisierten 126 x-Pulse-Code-Kanäle um zusätzliche 126 y-Pulse-Code-Kanäle wurde daher vorangetrieben. Der 63-MHz-Offset zwischen Interrogation- und Reply-Frequenzen wurde aber für den Bereich zwischen 1025 MHz und 1150 MHz festgelegt. Zum Schutz von SSR und IFF war es dadurch notwendig, 39 der spezifizierten 126y-Pulse-Code-Kanäle von der Nutzung auszuschließen, so dass effektiv nur 87 zusätzliche y-Pulse-Code-Kanäle zur Nutzung verblieben. Die Standardisierung durch ICAO erfolgte mit der Annex 10 Edition 7 im August 1963.
Funktion TACAN-Funkfeuer arbeiten im UHF-Frequenzbereich auf Mittenfrequenzen zwischen 962 und 1.213 MHz, unterteilt in jeweils 126 X- und Y-Pulse-Code Kanäle. Das Frequenzband ist von der ITU (International Telecommunication Union, dt. Internationale Fernmeldeunion) dem Flugnavigationsfunkdienst (engl. Aeronautical Radio Navigation Service, abgekürzt ARNS) weltweit auf primärer Basis zugewiesen. Dieses Frequenzband wird außerdem von, auf SSR Mode A, C, und S und ADS-B basierten Systemen mit den Mittenfrequenzen 1030 MHz und 1090 MHz genutzt.
Die Richtungsinformation wird beim TACAN stets auf magnetisch Nord bezogen (vergl. VOR-Drehfunkfeuer). Das TACAN-Anzeigeinstrument zeigt immer den rechtsdrehenden Winkel von Nord bis zur Verbindungslinie Bodenstation–Luftfahrzeug oder im Ait-to-Air-TACAN (A/A-TACAN), sofern ein A/A-TACAN-Transponder im A/A-Mode ein Azimut-Signal abstrahlen kann, auf ein anderes Luftfahrzeug hin.
TACAN-Anlagen sind bei der Messung der Schrägentfernung (engl. Slant Range) ein kooperatives System, d. h. ein TACAN-Interrogator (Abfrager) in einem Luftfahrzug benötigt eine Transponder-Reply (Antwort) eines TACAN- oder DME/N-Transponders am Boden. Für Interrogation und Reply werden Puls-Paare verwendet, wobei der Puls-Abstand der Pulse eine Zuordnung zum verwendeten Pulse-Code (PC) und/oder Modus erlaubt, damit Frequenzen mehrfach genutzt werden können. Die Entfernungsmessung erfolgt durch Laufzeitmessung der Zeit zwischen Empfang eines Reply Pulse-Pairs (Antwort-Puls-Paar) einer Bodenstation, die mit 50 µs Verzögerung abgestrahlt wird, bezogen auf die Aussendung eines Interrogation Pulse-Pair (Abfragesignal Pulse Paar) des TACAN-Interrogators (Abfrager) in einem Luftfahrzeug. Diese Art der Zwei-Wege-Entfernungsmessung ist identisch mit dem beim DME, SSR und IFF angewandten Verfahren zur Entfernungsmessung (siehe Distance Measuring Equipment). rand|zentriert|mini|700x700px|Schrägentfernungs-Bestimmung: Die Laufzeit T zwischen der Aussendung der Interrogation- und Empfang der Reply-Pulse-Paare wird ermittelt. Davon wird die Antwort-Verzögerung des Transponders (engl. Reply Delay) von tdelay = 50 µs subtrahiert Die Schrägentfernung (engl. Slant Range) in Metern (m) zwischen TACAN-Transponder und Luftfahrzeug wird folgendermaßen berechnet:
mit: c = Lichtgeschwindigkeit in m/s (ca. 300.000.000 m/s) Dslant = Schräg-Entfernung (engl. Slant-Range Distance) in Metern (m) T = Zeit zwischen der Aussendung des zweiten Pulses eines Interrogation-Pulse-Paars und dem Empfang des zweiten Pulses eines Reply-Pulse-Paars in µs tdelay = Antwort Verzögerung (engl. Reply Delay) von 50 µs, gemessen zwischen Empfang des zweiten Pulses eines Interrogation-Puls-Paars und Aussendung des Reply-Pulse-Paars bezogen auf den zweiten Puls des Puls-Paars
Die Schrägentfernung (engl. Slant Range) in Nautische Meilen (engl. Nautical Miles, 1 NM = 1852 m) zwischen Transponder und Luftfahrzeug ist entsprechend:
Die vom TACAN-Transponder gelieferten Schrägentfernungen, sind die direkte Entfernung zwischen Luftfahrzeug und Bodenstation, bzw. im A/A-TACAN Mode zwischen den Luftfahrzeugen. Die Ermittlung der exakten Entfernung über Grund ist nur möglich, wenn die Höhe über Grund oder der Erhebungswinkel (Elevation) bekannt ist. Beim direkten Überflug über die Station wird die Flughöhe in Meilen angezeigt (6.076 Fuß = 1 NM). Das TACAN-System arbeitet bei quasioptischer Sicht, wobei der RLOS (Radio-Line-Of-Sight, dt. Radiohorizont, ) aber durch die Beugung des Signalwegs in der Atmosphäre durch die Terrestrische Refraktion ca. 15 % größer als der optische Horizont ist.