Erdgebundene elektronische Navigationssysteme

Stefan Kühn: Hyperbelnavigation mit 3 Omega-Sendern: North Dakota, Liberia und Norwegen

 

wurden seit dem 2. Weltkrieg entwickelt. Lange Zeit dominant war das Omega-Navigationssystem, das mit acht über den Globus verteilten Sendern ausgekommen ist. Es wurde von 1968 bis 1997 zur weltweiten Positionsbestimmung von Schiffen und Flugzeugen eingesetzt.

Mit der Einführung des viel genaueren GPS-Systems wurden die Omega Sendestationen am 30.9.1997 außer Betrieb genommen.

 

In der UDSSR wurde ein ähnliches Funknavigationssystem eingerichtet. Es trägt den Namen Alpha ist ist noch immer in Betrieb.

 

 

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DECCA und LORAN

Bereits 1942 wurden von einem Tochterunternehmen der britischen Decca Record Company Teststellungen für ein dem OMEGA Navigationssystem ähnlich geartetes Navigationssystem unternommen. Während OMEGA mit Frequenzbereichen zwischen 10 kHz bis 14 kHz mit 8 Sendestationen weltumspannend arbeiten konnte, senden DECCA Ketten mit 70 kHz bis 140 kHz in einem enger gesteckten Revier. DECCA wurde erstmals 1944 zur Koordination des D-Day eingesetzt. Bis zur Abschaltung im Frühjahr 2000 waren weltweit insgesamt 57 DECCA-Ketten im Einsatz.

Diese 57 DECCA-Ketten befanden sich hauptsächlich in Europa, in Asien und in Südafrika. Aufgrund politischer Erwägungen fand DECCA in den USA keine Verbreitung.

DECCA basiert auf Phasendifferenz-Messungen innerhalb der jeweiligen Ketten. Eine DECCA-Kette bestand aus einem Haupt-, Master- oder Leitsender L, sowie drei – gelegentlich auch nur zwei – Slave- oder Nebensendern. Die Nebensender wurden mit den Farbcodes Grün G (engl.: green), Rot R (engl.: red) und Purpur P (engl.: purple) bezeichnet. Es wurde immer die Phasendifferenz zwischen dem Leitsender und den Nebensendern gemessen.

Hieraus ergeben sich Standlinien (Orte gleicher Phasendifferenz) in der Form von Hyperbeln. Da die frühen DECCA Empfänger keine oder nur geringe Rechenleistung zur Verfügung hatten, mussten die Standlinien in Seekarten übertragen und zur Kreuzung gebracht werden. Fertige DECCA-Hyperbelkarten für die jeweiligen Sende-Ketten erleichterten den Navigatoren diese Arbeit.

Etwas höhere Frequenzen und Sendeleistungen als DECCA hat LORAN. Damit erreicht es höhere Reichweiten. Neben der reinen Phasendifferenzmessung sendet LORAN zusätzlich in Pulsen. Auch LORAN nutzt Sendeketten, die jedoch im Gegensatz zu DECCA auf einer einzigen Frequenz senden. Um gegenseitige Störungen zu vermeiden, senden die Sender einer Kette in einem definierten Gruppenfolgeintervall (Group Repetition Interval GRI), das so bemessen ist, dass auch bei Sendegruppen mit großer Reichweite keine Überlappungen entstehen können. Aus dem Zeitversatz zweier Pulse kann auf dieselbe Art und Weise wie bie DECCA eine Standlinie ermittelt werden.

1940 ging aus einem am MIT initiierten Projekt das System LORAN-A hervor. Es wurde vor allem von der US Navy genutzt und finanziert. Die Weiterentwicklung LORAN-B kam über das Experimentierstadium nicht hinaus. Erst LORAN-C, das 1957 einsatzbereit war, konnte rund um die Uhr gleichbleibend gute Messergebnisse liefern und war gegenüber Wettereinflüssen sehr unempfindlich. LORAN steht für LOng RAnge Navigation.

Am 31.12.1994 gab die US Küstenwache die LORAN-C Stationen, die in Europa betrieben wurden, an die jeweiligen Gastländer ab. Bereits im August 1992 unterzeichneten Deutschland, Frankreich, die Niederlande und Norwegen einen Vertrag zum Betrieb des Northwest European LORAN-C Systems (NELS). LORAN wird weiterhin betrieben, da aufgrund der gewählten Frequenzen und der hohen Sendeleistung auch Gebiete erreicht werden können, an denen keine Satellitenverbindung besteht. NELS wird außerdem genutzt um Korrekturen zum GPS-Signal – das sogenannte Differential-GPS – auszusenden. Da LORAN nicht militärisch betrieben wird, ist ein Krisen-unabhängiger Betrieb des Systems gewährleistet.

eLORAN (enhanced LORAN) ist eine Weiterentwicklung von LORAN-C. So wie GPS nutzt es den Funkkanal als Träger, um Nutzdaten zu übertragen. Es werden zum Beispiel eigene Korrekturdaten, die sogenannten additional secondary factors (ASF) übertragen, anhand derer der eLORAN Empfänger das empfangene Signal beschicken kann. eLORAN erreicht eine dem GPS vergleichbare Genauigkeit von 10m und besser. Es bietet aber weiterhin die Vorteile von LORAN-C, wie zum Beispiel Abdeckung von Flächen, die per Satellit nicht ausgeleuchtet werden und höhere Störsicherheit.

eLORAN wird aus diesem Grund – auch von den USA – als alternatives Navigationssystem zu GPS angesehen.

In der UDSSR ist ein ähnliches System mit dem Namen CHAYKA entstanden.

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Kurz und Knapp

OMEGA setzte Langwellen ein und kam daher mit 8 Sendern für ein weltumspannendes Navigationssystem aus.

DECCA und LORAN nutzen einen kurzwelligeren Träger. Die Reichweiten waren örtlich begrenzt. Aus diesem Grund wurden reviergebundene Funk-Ketten aufgebaut.

DECCA und OMEGA wurden mittlerweile abgeschaltet. ALPHA ist ein OMEGA ähnliches System in der UDSSR, das sich noch in Betrieb befindet.

LORAN hat weltweite Akzeptanz gefunden und wird weiterhin als komplementäres Navigationssystem zu GPS genutzt. Die Weiterentwicklung eLORAN erreicht eine Genauigkeit von 10m und besser.

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