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Die Idee: Seit die Menschen die Seefahrt betreiben, orientieren sie sich auf See nach dem Stand der Gestirne. Die astronomische Navigation war und ist die klassische Form der Standortbestimmung. Leider sind die Gestirne, zeit- und wetterbedingt, nicht immer sichtbar. Die Funknavigations-Verfahren, wie Decca oder Loran waren zwar wetterunabhängig, aber nur in bestimmten Seegebieten mit entsprechender Senderbedeckung anwendbar. Als im Oktober 1957 der erste Satellit die Erde umkreiste und die von seinem Bordsender ausgestrahlten Signale entsprechend seiner Umlaufbahn gut empfangen wurden, begann man sofort zu untersuchen, ob sich nicht - analog zur astronomischen Ortsbestimmung - der Satellit für Ortungszwecke verwenden läßt. |
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Das
System:
Voraussetzung dafür ist die Kenntnis seiner Bahndaten, die Zeiten seiner Sichtbarkeit und - da er zum optischen Erfassen zu klein ist - die Entwicklung eines elektronischen Meßverfahrens. Die US-Marine begann 1960 mit der Erprobung eines Navigationsverfahrens mit umlaufenden Satelliten. 1967 wurde dieses Verfahren zur allgemeinen Benutzung freigegeben. 1978 umkreisten 6 Satelliten die Erde. Ihre Bahnen liefen über die Polkappen, die Flughöhe betrug im Mittel 600 nm. Dieses Verfahren wurde Transit, Navsat oder NNSS (Navy Navigation Satellite System) genannt. Die Satellitenbahnen umgeben die Erde wie ein Käfig. Während die Erde sich dreht, sind die Satellitenbahnen fest im Raum. Für einen Beobachter auf der Erde bewegen sich die Satellitenbahnen in westlicher Richtung. Die Umlaufzeit eines Satelliten beträgt 107 Minuten, also 13,5 Umrundungen in 24 Stunden. Nach jeder vollen Umrundung passiert der Satellit den Äquator 27 Grad weiter westlich. |
| Die
Messung:
Grundlage des Transit-Verfahrens ist der Doppler-Effekt: Bewegt sich ein Sender auf einen Empfänger zu, so empfängt man eine höhere Frequenz, entfernt sich der Sender, erhält man eine niedrigere Frequenz. Der Satellit sendet eine sehr stabile Frequenz von etwa 400 MHz aus. Die Signale werden an Bord mit einer ungerichteten Antenne empfangen. Nähert sich der Satellit dem Schiff, so ist die empfangene Frequenz höher als die ausgestrahlte, weil mehr Wellenzüge eintreffen. Entfernt sich der Satellit vom Schiff, treffen weniger Wellenzüge ein. Die Frequenz erscheint niedriger. Da die Sendefrequenz des Satelliten bekannt ist, wird im Empfänger ein Vergleich der Dopplerfrequenz gegen einen hochkonstanten Oszillator durchgeführt und aus der sich daraus ergebenden Differenz die Entfernung zum Satelliten berechnet. In der Praxis wurden mehrere Messungen in 2-Minuten-Abständen durchgeführt. Ca. 20 Minuten lang standen die Satelliten für Messungen zur Verfügung. Zwischen den Satellitenorten mußte in der Zwischenzeit nach herkömmlichen Methoden navigiert werden. |
Sat.-Navigator Debeg 7450 (1978) |
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Sat.-Navigator Debeg 4200 (1980) |
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Die
Datenverarbeitung:
Neben der Empfangsanlage ist ein Rechner zur Ermittlung des Standortes erforderlich. Dieser war in den meisten Fällen in das Empfangsgerät integriert und liess ausser der Ortsbestimmung mehr oder weniger komfortable Navigations- berechnungen zu. Die Bahndaten, die im Groben tabellarisch festliegen, wurden von vier Boden- stationen berechnet und zu den Satelliten - zusammen mit einem genauen Zeitsignal - übermittelt und von diesen dann zum Schiff gesendet. Der Abstand von Schiff und Satellit ändert sich aber nicht nur durch die Bewegung des Satelliten sondern auch durch die Erddrehung und die Fahrt des Schiffes. Beides wird bei der Auswertung berücksichtigt, d.h. diese Daten müssen dem Rechner eingegeben werden. Die Genauigkeit des Ortes war also weitgehend von der Genauigkeit dieser Informationen abhängig. So ergab ein Fehler von 30 m in der Angabe für die Antennenhöhe je nach Elevation des gemessenen Satelliten einen Ortsfehler zwischen 0,01 sm (bei 10 Grad Elevation) und 0,1 sm (bei 75 Grad Elevation). Sat.-Navigator Magnavox MX3102 (1983) |
| Die
Genauigkeit:
Bei einem orstfesten Empfänger lag die Genauigkeit des errechneten Ortes in einem Umkreis von 80 bis 180 Metern. Ursache für diese Toleranz war u.A. die Höhe (Elevation) des gemessenen Satelliten. Dabei stellte sich heraus, dass die Genauigkeit grösser war, wenn nur Satelliten mit wenig steiler Elevation gemessen wurden. Bei einem fahrenden Schiff war die Genauigkeit geringer, weil Kurs und Fahrt des Schiffes über Grund nicht immer genau bekannt sind. So ergab eine um 0,5 kn falsch eingegebene Geschwindigkeit einen Ortsfehler von ca. 200 Metern Umkreis. Für militärische Nutzung sendeten die NNSS-Satelliten ein weiteres Signal auf der Frequenz 150 MHz aus. Es gab spezielle 2-Kanal-Empfänger, die beide Signale - das auf 400 MHz und das auf 150 MHz - auswerteten und damit eine genauere Ortsbestimmung als oben beschrieben erreichten. Geschichte:
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