YACHT-Leser fragen, Bobby Schenk antwortet

Frage von Martin Hoelling

Hallo Herr Höelling,

Sie haben - fast - recht! Um die Schiffsposition zu ermitteln, brauchen Sie zwei Standlinien. Bei einer Abstandsbestimmung, und das sind genaugenommen  die Laufzeitmessungen, wie sie beim GPS vorgenommen werden, sind die "Standlinien" Kreise - falls wir nur die Erdoberfläche betrachten, allgemein und präziser ausgedrückt Standlinien-"Kugeln". Denn auf jedem Punkt eines solchen Kreises ist der Abstand zum Peilobjekt (Satellit) gleich. Wenn Sie aber zwei Kreise  schneiden lassen, so ergibt dies immer zwei Schnittpunkte - von dem Sonderfall, dass sich die Kreise eben mal berühren, abgesehen. Dass hier - theoretisch - dann zwei Schiffsorte ermittelt werden, spielt in der Praxis kaum eine Rolle, weil die beiden Orte in der Praxis derart weit auseinanderliegen, dass immer der "falsche" Ort rechnerisch eliminiert werden kann.

So läuft es in der terrestrischen Navigation, wo sich ja sowohl Schiff als auch Peilobjekt auf der Erdoberfläche befinden.

Bei den Satellitenpeilungen, die der GPS-Empfänger vornimmt, ist es etwas anderes, weil sich die Satelliten ja im Raum befinden, weil also ein dreidimensionaler Standort ermittelt wird - bei Schiffen mit der "Höhe" Null, bei Flugzeugen deren Flughöhe.

Da haben wir es mit drei Kugeln zu tun, deren Schnittpunkte zwei Positionen "im Raum" ergeben. Man benötigt also für einen GPS-Standort drei Peilobjekte, also drei Satelliten.

Man kommt auch mit zwei Satelliten zurecht, wenn man auf einem Schiff sitzt, die Höhe also bei der Berechnung mit Null vorgibt, was der GPS-Empfänger automatisch macht.. Das sind dann die Ortsbestimmungen, die der Empfänger mit "2D-Position" angibt im Gegensatz zur "normalen" 3D-Position wie auf dem Bild unten. Hier werden dann zusätzlich die vorhandenen ("sichtbaren") und die verwendeten Satelliten angezeigt.

Aber jetzt kommt es: Die Abstandsbestimmung vom Schiff zu dem jeweiligen Satelliten wird dadurch vorgenommen, dass die Laufzeit des Radiosignals vom Satelliten zum Schiff ermittelt und daraus der Abstand zum Satelliten (dessen Position immer bekannt ist) berechnet wird (Laufzeitmessung). Zur Messung benötigt man aber die hochgenaue Zeit und die kriegen wir, Sie ahnen es, von einem weiteren Satelliten als Referenz. Ohne die atomgenaue Zeit könnten die Abstände nicht so exakt gemessen werden, nämlich auf wenige Meter genau.

Sie benötigen also für einen zweidimensionalen Ort zwei Satelliten, die  mit Hilfe der Atomzeit von einem dritten(!) künstlichen Himmelskörper eingemessen werden. Und analog dazu: Für den - normalen - GPS-Ort, der dreidimensional ist, der dem Flugzeug also auch noch die Höhe angibt, insgesamt vier Satelliten. Mindestens!

Das heutige GPS-System stellt aber meistens mehr Satelliten bereit, sodass der GPS-Empfänger unter viel mehr Satelliten auswählen kann. denn - wie bei der terrestrischen Navigation - gibt es ungünstige Peilobjekt-Positionen, also ungünstige (schleifende) Schnitte. In diesem Fall suchen sich die GPS-Geräte automatisch diejenigen Satelliten aus, die zueinander im günstigen Winkel stehen.

In der Praxis spielen aber diese Erwägungen kaum noch eine Rolle, weil die Abdeckung durch Satelliten an allen Punkten der Erde und zu jeder Zeit so gut ist, dass dem GPS-Gerät immer mehr Satelliten als genug zur Verfügung stehen. Sie können aber Situationen mit nicht ausreichender Satellitenzahl selbst erleben, wenn Sie den GPS einschalten und während der Suchzeit nach den Satelliten das Display des Instruments beobachten. Zunächst wird es Ihnen anzeigen, dass nicht ausreichend Satelliten zur Verfügung stehen, also höchstens zwei Satelliten am Firmament angepeilt sind. Dann wird das Gerät Ihnen vielleicht anzeigen, dass es ein "BAD FIX" hat, also schon drei Satelliten gefunden hat, dass aber deren Winkel zueinander oder über dem Horizont ungünstig ist. Schließlich wird die Anzeige zur "2D-POSITION" und schließlich zur "3D-Position" wechseln, was bedeutet, dass der GPS-Empfänger nunmehr mit mindestens vier Satelliten  arbeitet.

Immer ein genaues Fix wünscht Ihnen!

Bobby Schenk 

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