Georg Bach / Eugen Richter: Astronomische Navigation Teil 2: Aufgaben der Navigation Abbildungen:...

Georg Bach / Eugen Richter:

Astronomische NavigationTeil 2: Aufgaben der Navigation

Abbildungen: BSG Segeln und pixelio.de

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Aufgaben der Navigation

• Ortsbestimmung

• wo befinde ich mich (wo ist mein Standort)?

• Kursbestimmung

• wohin führt mein Kurs

• welcher Kurs führt zum Ziel

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Standort

Aus dem täglichen Leben kennen wir:

• Ort

• Strasse

• Hausnummer

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Definition eines Standortes

Koordinatensystem der Erde :

• Kennzeichnung eines Punktes innerhalb eines gedachten Netzes um die Erde

• Breitenkreise

• Längenkreise

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Koordinatensystem der Erde

• Beschreibung eines Standortes durch die

• geographische Breite

• geographische Länge

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Breitenkreise

• Bezugsebene ist der Äquator

• Parallel zum Äquator verlaufen die Breitenkreise

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0 ° Äquator

N

S

50 ° N Ortsbreite

Breite

Geographische Breite

• Winkel zwischen Ortsbreite und Äquator am Erdmittelpunkt

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Geographische Breite

• Notwendig ist die Angabe, ob vom Äquator aus nach Nord oder nach Süd gezählt wird

• Extremwerte:

• 90° N Nordpol

• 90° S Südpol

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Geographische Breite

• Winkel zwischen Ortsbreite und Äquator am Erdmittelpunkt

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Längenkreise (Meridiane)

• Bezugsebene ist der Greenwich-Meridian (Null-Meridian)

• Von Pol zu Pol verlaufen halbkreisig die Längenkreise

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N

S

Null-Meridian

45 ° E

Standort

Orts-Meridian

Geographische Länge

• Winkel zwischen Ortsmeridian und Null-Meridian am Erdmittelpunkt

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Geographische Länge

• Notwendig ist die Angabe, ob vom Greenwich-Meridian aus nach Ost (E) oder nach West (W) gezählt wird

• 000° bis 180° E

• 000° bis 180° W

• Extremwerte:

• 000° Greenwich-Meridian

• 180° hintere Meridian (Datumsgrenze)

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Geographische Länge

• Winkel zwischen Ortsmeridian und Null-Meridian am Erdmittelpunkt

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Angabe des Ortes durch Länge und Breite

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Kartenprojektion

Mercatorkarte

Gerardus Mercator 1512 - 1594

Wir benötigen eine winkeltreue Karte:

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Von der Kugel zur Karte

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Mercatorprojektion

winkeltreu aber nicht flächentreu

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Bezugsrichtungen

• Geographische Breite: Äquator

• Geographische Länge: Greenwich-Meridian

• Für die Praxis ist ein Instrument notwendig, dass mir eine dieser Bezugsrichtungen anzeigt:

Kompass

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Kompassanzeige

• Zeigt die Nord - Süd - Richtung

• Richtung der Meridiane

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000

090

180

270

045

135

315

225

Bezugsrichtungen

Kompasseinteilung

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N

E

S

W

NE

SE

NW

SW

Kompasseinteilung

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Kompassrose

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Kurs

• Winkel zwischen Meridian und Kursrichtung

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Kurs: 090°

Meridian

Kurslinie90°

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Kurs: 045°

45°

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Kurs: 270°

270°

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Kompass-Fehler

Missweisung

• Kompass zeigt nicht zum geographischen Nordpol, sondern zum magnetischen Nordpol

• Kompass wird durch geologische Gegebenheiten beeinflusst

• Die Missweisung ist der Seekarte zu entnehmen

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Der magnetische Nordpol ist nicht stationär

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Missweisung

MgN rwN

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Die Missweisung ist der Seekarte zu entnehmen:

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Die Missweisung ist der Seekarte zu entnehmen:

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Berechnung der Missweisung

Die Missweisung in den Seekarten wird stets für ein bestimmtes Jahr angegeben:

0° 35´E 2000 (7´E)

Die Missweisung betrug 2000 0° 35´E, sie ändert sich jedes Jahr um 7´in Richtung Esie ändert sich jedes Jahr um + 7´

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Distanzangaben

• Die Seemeile ist ein natürliches, auf das Koordinatensystem bezogenes Maß der Entfernung (Distanz)

• 1 sm ist der Abstand zweier Breitenparallele im Abstand von einer Minute

• 1/10 sm = 1 Kabellänge

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Seemeile

N

S

= 54° 21,2` = 54° 22,2`

1 sm

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Abgreifen einer Distanz in der Karte

am rechten oder linken Kartenrand1 Minute = 1 Seemeile

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Umrechnung von sm in km

• Erdumfang: 40.000 km

• hierin enthalten sind 360°

• 1 Minute = 1 Seemeile

• 360° = 21.600 Minuten

• 40.000 km : 21.600 = 1,852 km

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Navigationsverfahren

• terrestrische Navigation

• elektronische- (Funk-) Navigation

• astronomische Navigation

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Terrestrische Navigation

Erdgebundenes Navigationsverfahren (Terra = Erde)

Grundlagen:

• Verwendung von Landmarken, Seezeichen oder Koppelorten

Verfahren:

• Peilungen, Koppelnavigation

Standlinie:

• Gerade

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Terrestrische Peilungen

Peilobjekte müssen

• eindeutig identifiziert werden können

• in der Seekarte eingezeichnet sein

Je näher das Peilobjekt, je geringer ist der Peilfehler

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Terrestrische Peilungen

• Standlinie, aber noch kein Standort

?

?

?Meridian

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Terrestrische Peilungen

• Standort aus 2 Standlinien

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Terrestrische Peilungen

• Besser: Drei Standlinien

AC

B

Fehlerdreieck

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Terrestrische Peilungen

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Koppelorte

• Standortbestimmung aus versegelter Strecke

• Ein so ermittelter Ort heißt Koppelort (Ok)

KüG16.00OB

17.00 OK

z.B. 6 sm

Meridian

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Terrestrische Navigation

Verfahren:

• Abstandsbestimmungen

• Feuer in der Kimm

• Höhenwinkelmessungen

• Doppelwinkelmessungen

• Standlinie:

• Kreisbogen mit r = Abstand

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Abstandsbestimmungen

r

r = Abstand

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Feuer in der Kimm

Rechnerische Ansatz:

A = 2,075 x (√H +√Ah)

A = Abstand in smH = Höhe des Feuers in mAh= Augenhöhe des Beobachters

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Höhenwinkelmessung

A =13

7x

H

n

nH

A

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Höhenwinkelmessung

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Elektronische (Funk-) Navigation

Grundlage:

• elektromagnetische Wellen

Verfahren:

• Peilung von Funkfeuern

Standlinie:

• Gerade

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Peilung von Funkfeuern

Funkfeuer

Standlinie

Meridian

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Peilung von Funkfeuern

• In der Schifffahrt heute nicht mehr gebräuchlich

• Anwendung aber weiterhin in der Luftfahrt: Flugfunkfeuer

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Flugfunkfeuer

• z.B. Instrumenten – Landesystem (ILS)

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Flugfunkfeuer

• z.B. UKW-Drehfunkfeuer (VOR)

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Elektronische (Funk-) Navigation

Verfahren:

• Loran (Long Range Navigation)

Standlinie:

• Hyperbel als geometrischer Ort aller Punkte, deren Abstände zu zwei Sendern den gleichen Unterschied bilden

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Hyperbelnavigation

Sender A Sender B

Zwei Sender (A und B) eines Hyperbelsystems

Für das Fahrzeug ergibt sich eine Abstandsdifferenz

von 180 sm - 80 sm = 100 sm

180 sm

80 sm

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Hyperbelnavigation

A B

F

Alle Fahrzeuge mit einer Abstandsdifferenz von 100 sm

stehen auf der gleichen Hyperbel

200 sm

180 sm

160 sm

190 sm

100 sm80 sm

60 sm

90 sm

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Hyperbelnavigation

Standort

Hyperbel 1

Hyperbel 2

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LORAN – Abdeckung Mittelmeer West

Hautpsender:

• Sellia Marina (1)

Nebensender:

• Lampedusa (2)

• Estartit (3)

1

2

3

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NELS

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LORAN

• Laufzeitdifferenzmessung zwischen Signalen von zwei Sendern einer Kette

• eine direkte Laufzeitmessung des Signals wäre gerätetechnisch sehr aufwendig, da der Startzeitpunkt des Signals bekannt sein muss

• Frequenz: 100 kHz (Langwelle)

• Angabe der Abstandsdifferenz als Laufzeitdistanz

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Elektronische (Funk-) Navigation

Verfahren:

• GPS

Standlinie:

• Kugelschale als geometrischer Ort aller Punkte, die den gleichen Abstand zum Satelliten haben

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GPS

• Messung der Laufzeit eines Signals

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Kugelschale als Standlinie

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GPS

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GPS

• Zwei Kugelschalen ergeben einen Standort

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GPS

• Die Genauigkeit wächst mit der Anzahl der Satelliten

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Elektronische (Funk-) Navigation

Verfahren:

• Radar

Standlinie:

• Gerade aus Peilungen oder Abstandsbestimmungen von Radarzielen

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RadarBezugsrichtung

Peilrichtung

Abstandsringe

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Radar

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Radar

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Radar

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Astronomische Navigation

Grundlage:

• Bestimmung des Winkels zwischen Horizont und

• Sonne

• Mond

• Planeten

• ausgewählten Fixsternen

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Astronomische Navigation

Verfahren:

• Standlinie nach HO 249

• Chronometerlänge

• Mittagsbreite

• Nordsternbreite

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Astronomische Navigation

Standlinie:

• Kreis um den Bildpunkt des Himmelskörpers

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Standlinienarten

• Gerade

• Kreis(bogen)

• Hyperbel

• Kugelschale