GPS in der Seeschiffahrt (II)
Fotos und Bericht © 2008: Joachim Paul, DJ7WL
Kartenplotter
Es wurde schon relativ früh versucht die GPS Position direkt in der Seekarte anzuzeigen. Es gab eine Reihe von unterschiedlichen Lösungen dafür, eine davon war, eine normale Seekarte auf einem Plottertisch fest einzuspannen und die Position von unten als Leuchtpunkt auf die Karte zu strahlen. Dabei musste permanent die WGS Position in das damals noch vorherrschende ED50 Kartendatum umgerechnet werden. Eleganter waren dann die elektronischen Lösungen. Beispielhaft wird hier die Anwendung auf einem Wasserschutzboot gezeigt. Das Programm für diese Anwendung wurde auf Unix Basis erstellt. Besonders die Herstellung der elektronischen Karten war mit hohem Arbeitsaufwand verbunden. Fertige Karten im WGS84 Format gab es noch nicht.
Boot der Wasserschutzpolizei auf der Elbe
Kartendisplay
DGPS Meilenmeßsystem
Ein Meilenmeßsystem auf Decca Basis habe ich ja bereits unter „Das Doppler Sonar (1) weiter oben beschrieben. Der Nachteil dieses Verfahrens war die aufwendige Nachbereitung nach der Probefahrt. Dazu kam die Hoffnung diese Ergebnisse durch Anwendung der DGPS
Positionsbestimmung weiter zu verbessern. Die Firma hat beschlossen ein Meilenmeßsystem 
unter Nutzung eines DGPS Empfängers selbst zu entwickeln. Der Kernpunkt der Entwicklung war es, die Ergebnisse aller Messungen auf einer Probefahrt unmittelbar als Dokument auszuhändigen. Die Bestandteile des Systems sind auf nachfolgender Zeichnung aufgelistet.
Oben: Blockbild des Meilenmesssystems
Wesentliche Bestandteile des Systems waren der DGPS Empfangsteil, der Laptop, sowie ein HP Plotter für die Ausgabe der Ergebnisse sowie Schnittstellen zum Kreiselkompaß und zum Schiffslog. Das Herz des Systems war natürlich die Software für diese Anwendung. Alle typischen Fahrmanöver sollen während der Probefahrt erfasst, bewertet und per Plotter ausgegeben werden.
Arbeiten im Labor
Aufbau des Systems
Der Aufbau erfolgte auf einem Rahmen welcher in eine spezielle Transportkiste eingesetzt wurde. 
Es folgte eine langwierige Erprobung des Meilenmeßsystems unter verschiedenen Bedingungen. Die ersten „ Meilenfahrten“ habe ich auf der Autobahn mit Messung gegen die dort vorhandenen KM Markierungen durchgeführt um die Genauigkeit des Systems zu testen. Danach wurden auf einem großen Feld Drehkreise und andere Manöver erprobt. 
Dann ging es aufs Wasser. In Travemünde wurde eine Barkasse gemietet  und weitere Erprobungen und Verbesserungen durchgeführt. Zum Abschluss habe ich an mehreren Probefahrten der Kieler Howaldtswerke teilgenommen. Hier wurde das System abschließend und parallel zur Decca Messeinrichtung erprobt. Damit war auch das „Aus“ für die Decca Messeinrichtung gekommen, die über viele Jahre im Einsatz war.
Links:  Vergleich DECCA mit DGPS auf einer Werft-Probefahrt
Unten: Ergebnisse einer solchen Probefahrt
Menu der Möglichkeiten
Drekkreismanöver 1
oben:  Drehkreismanöver 2
unten: Ausdruck des Plots
oben:  Stop-Manöver
unten:  Die Transportkiste
Das komplette System wurde in einer Aluminium Transportkiste verstaut und war am Messort sehr schnell installiert. Wir haben dieses System nicht nur für eigene Messungen auf Probefahrten eingesetzt sondern auch weltweit an Schiffswerften, Schiffsbau-Versuchsanstalten usw. vertrieben.

Strömungsprofil – Messsystem
Eine norddeutsche Universität benötigte ein System um Strömungsprofile von Hafenbecken, Flussläufen, Küstenverläufen etc. effektiv zu erstellen. Diese Messungen sind nötig um z.B. Sedimentablagerungen zu berechnen oder Eisabwehrmaßnahmen planen zu können. Dieses Meßsystem sollte weltweit zum Einsatz kommen also auch dort wo keine Korrekturdaten Sendestationen zur Verfügung stehen. Das bedeutet, dass System benötigt eine eigene Referenzdaten Sendestation. Weiter waren 10 Treibsysteme für diesen Auftrag vorgesehen.
Die zuständige Behörde hat für diesen Betrieb nur zwei Frequenzen zugeteilt. Die Darstellungs- und Auswertesoftware hat die Universität selbst erstellt. Folgendes System habe ich dann für diesen Auftrag konzipiert.
Da nur zwei Frequenzen zur Verfügung standen, wurde die erste Frequenz zur permanenten Zubringung der Korrekturdaten eingesetzt. Die zweite Frequenz wurde eingesetzt um die Messdaten von allen 10 Treibkörpern zur Auswertestation zu transportieren. Dazu habe ich mir ein Zeitschlitzverfahren ausgedacht. Jeder Treibkörper erhält dreimal pro Minute die Sendeberechtigung. Für die Steuerung dieser Aufgabe erhielt jeder Treibkörper einen Mikrokontroller. Grundsätzlich könnte man den Zeitpunkt der Aussendung vom Steuerquarz im MC ableiten aber durch Temperaturdrift und Alterung der Quarze ist das keine wirklich dauerhafte Lösung. Deshalb habe ich mich entschlossen alle Treibkörper an der GPS – Zeit zu synchronisieren.
Die benötigte Software für die Mikrokontroller habe ich in „C“ und wo es zeitkritisch war in Assembler erstellt. 
Für den Betrieb in Deutschland wurden zugelassenen Funkgeräte benötigt.
Rechts: Funkgerät mit Zulassung
Unten: Mikrocontroller zur Steuerung
DGPS-Sensor SV6
  
Testanordnung aller 10 Systeme
Als DGPS Sensor auf den Treibkörpern wurde der Typ Trimble SV6 eingesetzt, für die  Erprobung im Labor mussten besondere Testbedingungen geschaffen werden.

Im Labor konnten die GPS Signale für die Erprobung nicht direkt empfangen werden. Deshalb habe ich das Signal von einer aktiven GPS Antenne im Außenbereich  per weiterem Verstärker über einen Strahler direkt über den 10 Antennen ausgesendet.

Später haben wir das System im praktischem Einsatz erprobt. Die Antenne der Korrekturdaten Sendestation wurde auf einem genau vermessenen Punkt am Rande des Messfeldes placiert.
Die 10 Treibkörper wurden z.B. über einem Flusslauf in Reihe ausgesetzt. Die Messwerte der einzelnen Treibkörper wurden im 20 Sekunden Abstand an die Auswertestation übertragen.
Zum Teil 1 dieses Berichtes
Zum Teil 3 dieses Berichtes
Zur Seefunk-Homepage
Version: 10-May-08 / Rev.: 13-Jun-11 / HBu