Vergleich von Funkortungsverfahren an Bord von Seeschiffen PDF
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FORSCH U NGSBE RICHTE DES WI RTSCHAFTS- UN D VE RKE H RSMI NISTE RI UMS NORDRH EI N-WESTFAlE N Herausgegeben von Staatssekretăr Prof. Dr. h. c. Dr. E. h. Leo Brandt Nr.663 Dr. Hans-Christian Freiesleben Gesellschaft zur Forderung des Verkehrs e. V" Dusseldorf Vergleich von Funkortungsverfahren an Bord von Seeschiffen AI, Manuskript gedruckt Springer Fachmedien Wiesbaden GmbH 1958 ISBN 978-3-663-03871-9 ISBN 978-3-663-05060-5 (eBook) DOI 10.1007/978-3-663-05060-5 Forschungsberichte des Wirtscbafts- und Verkehrsministeriums Nordrhein-Westfalen G 1 i e d e run g . . . . . 1 • Bericht über bisherige Untersuchungen · · · · s. 5 s. a) Die Genauigkeit von Radar als Hilfsmittel der Ortung 5 . . b) Die Genauigkeit der Decca-Ortung · · s. 7 c) Die Genauigkeit von Funkstandlinien · · · · S. 11 . . . . . . . d) Consol · · · S. 12 . . . e) Loran . s . 13 2. Die geplanten Arbeiten · · · · s. 14 . . . . a) Die bisherigen Versuche · · · · s. 14 b) Praktische Versuche S. 15 Seite 3 Forschungsberichte des Wirtscbafts- und Verkehrsministeriums Nordrhein-Westfalen 1. Bericht über b.isherige Untersuchungen Der Vergleich von Funkortungsverfahren kann in verschiedener Weise ge schehen. Der Berichterstatter hat mit Mitteln des Ausschusses für Funk ortung vergleichende Beobachtungen im Schiffsbetrieb begonnen, die aus verschiedenen Gründen nicht abgeschlossen werden konnten. Seine Absicht besteht darin, einen Vergleich der FO-Verfahren unter praktischen Bord verhältnissen zu geben. Die Navigation an Bord von Seeschiffen wird in drei verschiedenen Formen angewendet: Als Navigation auf dem Revier, als Navigation in Küstennähe (Ansteuerung, Küstennavigation) und als Navigation auf Überseestrecken. In der Luftnavigation unterscheidet man einfach Nah-, Mittel- und Fern strecken-Navigation, Begriffe, die sich weitgehend, aber nicht voll ständig mit den genannten der Seefahrt decken. Die Funkortungsver.fahren, die der Schiffahrt zur Verfügung stehen, sind Funk-Eigenpeilung und Funkfremdpeilurtg, Richtfunkfeuer zur An- und Ein steuerung, Decca Navigator, Loran und Consol. Auch Radar ist in der Schiffahrt den Ortungsverfahren zuzurechnen. Consol und Loran sind Verfahren der Navigation auf Überseestrecken und in zweiter Lüüe auch der Navigation in Küstennähe. Sie treten also in Konkurrenz zur astronomischen Navigation. - Funkpeilung und Deccaortung dienen der Ansteuerung und der Küstennavi gation, sie reichen weiter hinaus als die terrestrische Navigation. Unter der Küste in Sicht des Landes treten sie in Konkurrenz mit der terrestrischen Navigation. Dies gilt in vollem Maße für Radar als Hilfs mittel der Ortung. a) Die Genauigkeit von Radar als Hilfsmittel der Ortung In Küstennähe ist die terrestrische Navigation das genaueste Hilfsmittel der Ortsbestimmung. Radar hat indessen erhebliche Bedeutung gewonnen. Auf vielen Schiffen wendet man Radar auch bei guter Sicht als Hilfs mittel zur Entfernungsbestimmung an, während Peilungen optisch gewonnen werden. Wylie, The Use of Radar at Sea, nennt die Radarentfernungsbestimmung als genaueste Möglichkeit der Radarortung. Bei zwei Peilungen seien die Möglichkeiten des Fehlers größer. Auch die Radarortung nach einem Seite 5 Fo~schungsberichte des Wirtschafts- und Verkehrsministeriums Nordrhein-Westfalen Einzelobjekt aus Richtung und Entfernung sei nicht unbedingt zuver lässig. Es wurden eine Reihe von Ortungsbestimmungen mit Radar bei terrestrisch einwandfrei bekanntem Schiffsort auf "Deutschland" vorgenommen. Die Ent fernungen wurden mit dem "verstellbaren Meßring" gewonnen. Es ergaben sich folgende Genauigkeiten: (In Klammer die Entfernung) Günstige Ein- Geringe Entfernung 4 - 7 sm Entfernung > 9 sm Entf. zelobjekte Steinbaken bei + 0,10 sm(2,4 sm) -+ 0,12 sm (4,0 sm Gedser - Gedser Odde 0,07 " ( 1 ,8 " ) 0,23 " (4,3 " )~0,26 (9,3 sm) Hyllekrog L. 0,11 " (6,3 " ) 0,37 (9,3 " ) S-Spitze Langeland 0,20 (9,3 " ) Zieml. günstige Einzelobjekte + -+ + Staberhuk - 0,2 (2,7 sm) 0,23 " ( 5,1 " -0,48 (10,411 ) Bülk 1. 0,36 (10,9" ) Marienleuchte 0,24 " (6,6 " Beliebige Objekte + Großenbrode Mole - 0,3 (3,0 sm) Verschiedene + + - 0,31 "" (5,7 " -Os48 (13,7" ) Einzelziele I Westermarkelsdorf 0,32 " (6,6 " I Boknis Eck 0,45 (12,5" ) Ungünstige Objekte +- Gedser Ort 0,5 " (4,5 " Buk (Meeklenburg) 1 ,3 (19,3" ) Man sieht aus diesen Zahlenwerten, daß im allgemeinen Wylies Angaben be stätigt werden. Aber für geeignete Objekte, die der erfahrene Navigateur in einem bestimmten Gebiet kennt, ist doch eine gute Genauigkeit fest zustellen. Natürlich bedeutet der für Staberhuk festgestellte Fehler, um an einem Beispiel zu erläutern, worum es hier geht, systematische Verfälschungen; sie kommen daher, daß der Leuchtturm im Radarschirmbild Sei te 6 Forschungsberichte des Wirtschafts- und Verkehrsministeriums Nordrhein-Westfalen nicht als einzelnes Objekt hervortritt. Man stellt vermutlich eine nahe gelegene Waldspitze ein. Wenn man ein Ziel um 20 m falsch identifi ziert, so bedeutet das auf 1 sm einen Fehler von 2/30 • Man sieht also, daß schon ziemlich erhebliche Peilfehler aufgetreten sein müssen. Gut definierte Ziele wie Bülk erg&ben aber trotzdem auf größere Entfernung noch gute Schiffsorte. Die Ortsbestimmung aus zwei Abständen wurde nur auf mittlere Entfernungen (ca. 5 sm) und größere (7 - 10 sm) untersucht und ergab als m.F. eines Orts + 0,17 bzw. 0,42 sm; man erreicht also mit günstigen Einzelobjekten aus Peilung und Abstand tatsächlich gleiche Genauigkeit. Zwei Peilungen führten zu ! 0,25 bzw. 1,0 sm Fehler, sie sind somit ungenauer! Wylies Forderung, mehr als zwei Radarpeilungen zu nehmen, ist berechtigt. Die Zahlen besagen, daß man bei "günstigen" Peilobjekten etwa 1 1/20 Peilungs genauigkeit erwarten muß, während die "ziemlich günstigen" Objekte etwas mehr als 20 Peilungsgenauigkeit ergeben. Für beliebige Einzelobjekte ist die Ungenauigkeit 30 • Dies unterstreicht die Folgerung, daß man bei guter Kenntnis der Örtlichkeiten Radarpeilungen mit Erfolg verwenden kann, sonst aber mit einiger Unsicherheit rechnen muß. Voraussetzung ist dabei ein einwandfrei zentrierter Radarschirm. Zentrierfehler wirken sich auf Pei lungen vor allem naher Objekte störender aus als auf größere Abstände; dies bestätigt Wylies Behauptung, wenn er auch selbst diesen Grund nicht nennt. b) Die Genauigkeit der Decca-Ortung Die Genauigkeit der Decca-Ortung ist vom Verfasser mehrfach behandelt worden, vor allem in "Auswertung von Beobachtungen des deutschen Decca gesetzes 1953 mit Hilfe der Gradienten der HYperbelscharen" DHZ, Bd. 6, S. 220 und "Vergleich der Standorte nach zwei Decca-Systemen" Hyperbel navigation, Essen Febr. 1956, Sonderbücherei des Ausschusses für Funk ortung. Beide Arbeiten waren Untersuchungen der Genauigkeit von Decca, wenn auch beide nicht unter Gesichtspunkten der Vermessung, sondern unter praktisch-nautischen getätigt wurden. Zur Untersuchung der Decca Genauigkeit wurden in beiden Arbeiten Doppelwinkelmessungen herange zogen, die die genaueste terr. Schiffsortbestimmung darstellen. Bei der ersten Arbeit wurden alle durch Doppelwinkel beobachteten Orte rechne risch bestimmt, bei der zweiten Arbeit geschah dies nur zum Teil. Gerade die verschiedene Auswertung bei der zweiten Arbeit wird deutlich machen, mit welchen Fehlern in der Praxis gerechnet wird, wo die Auswertung stets in einer Seekarte bestimmten Maßstabes geschieht. Seite 7 Forsohungsberiohte des Wirtschafts- und Verkehrsministeriums Nordrhein-Westfalen Die zweite Arbeit bezieht sich auf Beobachtungen des dänischen Decca Netzes in Abständen von im Mittel 68 und 85 sm zur Basismitte. Es wurden vier Arten des Vergleichs durchgeführt: Vergleich mit berechn. Schiffsorten in einer Karte 25 000 " " " " " " " 1 130 000 " " gezeichn. " " " " 1 25 000 " " " " " " " 1 : 130 000 Die Schiffs orte wurden also in jedem Fall in eine Deccakarte eingetra- gen, doch geschah dies in den beiden ersten Fällen auf Grund der Rech- nung, in den beiden anderen durch zeichnerische Konstruktion des Schiffsorts (mit Doppelwinkeltransporteur). In der genannten zweiten Arbeit sind die beobachteten Schiffsorte mit denjenigen verglichen worden, die sich nach Decca ergaben. Dabei war das Ziel dieser Arbeit, systematische Verschiedenheiten der Vermessungs grundlagen zu überprüfen und die Genauigkeit der Beobachtungen für Decca anzugeben. Es wurde deshalb stets der Mittelwert der Unterschiede be stimmt und abgezogen. So zu verfahren ist richtig, wenn man sog. "Data Sheets" kennt, d.h. systematische Abweichungen der Lage der Decca Standlinien gegen die in den Karten gedruckte, auf Grund der Entfer nungsunterschiede mit einer mittleren Ausbreitungsgeschwindigkeit be rechnete Lage. Für das Urteil über Decca im praktischen Betrieb wird man aber voraussetzen müssen, daß solche Feinheiten nicht geübt werden. Es sind also gegenüber zu stellen: a) Fehler in \f und Asowie Gesamtortsfehler bei unmittelbarem Vergleich von Deccaort und tatsächlichem Schiffsort, b) Fehler in IP und Asowie Gesamtortsfehler nach Abzug der Mi ttelwerte, c) die Mittelwerte. Dies alles hat zu geschehen für die 4 oben genannten Gruppen. Die Er gebnisse sind: Gruppe 1 Gruppe 2 Gruppe 3 Gruppe 4 a) Fehler in IP 0,14' 0,10 ' 0,165' 0,143 ' Fehler in A 0201 o z 12 02086 Oz222 Fehler des Orts 0,144 sm 0,133 sm 0,17 sm 0,205 sm Seite 8 Forschungsberichte des Wirtschafts- und Verkehrsministeriums Nordrhein-Westfalen Gruppe 1 Gruppe 2 Gruppe 3 Gruppe 4 b) Fehler in 'P 0,052' 0,092' 0,084' 0,083' Fehler in A 0,059 0,114 0,083 0,183 Fehler des Orts 0,063 sm 0,113 sm 0,097 sm 0,134 sm c) Systemat.Mi ttel'f) + 0,13' + 0,04' + 0,14' + 0,12' " " A - 0,04 + 0,10 - 0,03 - 0,17 Aus Gruppe b) erkennt man den Vorteil, den die Karte größeren Maßstabes bietet. In praxi wird man keine Karte1: 25 000 mit Decca-Standlinien haben. Die Zahlen der Gruppe 2 und 4 werden daher für die nautische Praxis besser zutreffen. Man wird auch Doppelwinkel nicht rechnerisch auswerten. Somit ist Gruppe 4 repräsentativ. Man Yird aber noch weiter gehen und feststellen, daß, wie schon oben ausgeführt, die Kenntnis von systematischen Fehlern meist nicht vorauszusetzen ist. Somit wird man als Gesamtortsfehler von Decca 0,2 sm im Mittel gelten lassen. Man wird andererseits feststellen dürfen, daß unter besonderen Vorsichtsmaßnah men dieser Fehler auf 0,1 sm herabgedrückt werden kann und daß nur dieser Wert dem Verfahren selbst zur Last zu legen ist. Man kann natürlich auch die Genauigkeit der einzelnen Standlinie angeben. Sie beträgt für Dän. rot 0,146 Streifen (= 0,033 sm im betracht. Gebiet), Für Dän. grün 0,119 Streifen (= 0,045 sm). Bach Abzug systematischer Feh ler (Mittelwerte) gewinnt man ähnlich wie zuvor unter b) günstigere Zahlen. Die innere Genauigkeit, d.h. die Übereinstimmung nach Abzug von Mi"ttel werten, ist größer, nämlich 0,083 (0,019) und 0,058 (0,022). Bei Vergleich mehrerer an verschiedenen Tagen für die gleiche Stelle beobachteter Decca-Werte bekommt man folgende (äußere) Genauigkeit: Rot: 0,094 (= 0,021 sm), Grün: 0,087 (= 0,033 sm). Während diese Beobachtungen alle eine sehr gute Genauigkeit der Decca-Ortsbestimmung erweisen, sind die Messungen mit dem deutschen Netz ungünstiger. Hier sind die durchschnitt lichen Entfernungen 245 sm, 140 sm und 220 sm für die Mitten der roten, grünen und violetten Basis. Für die roten Hyperbeln gilt im Beobachtungs gebiet, daß sie nahe der verlängerten Basis verlaufen, also besonders ungünstig sind. Hier sind die Eintragungen in eine deutsche Karte 1 : 100 000 erfolgt, systematische Unterschiede von deutschen und däni schen Karten können also nicht ins Gewicht fallen. Hier sind die Werte für a), b) und c): Seite 9 Forschungsberichte des Wirtschafts- und Verkehrsministeriums Nordrhein-Westfalen a) b) c) Für eine Standlinie gilt: Fehler in \J) 0,53' 0,40' fl\J) + 0,32' Rot 0,171 (= 0,633 sm) A 0,57 0,46 flA + 0,27 Grün 0,036 (= 0,069 sm) Ortsfehler 0,63 sm 0,48 sm (Mittel) Violett 0,141 (= 0,242 sm) Die innere Genauigkeit der Decometerwerte, d.h. die Abweichungen gegen einen Mittelwert, sind Rot 0,073 (0,268), 0,032 (0,061 sm) und 0,062 (= 0,106). Man erkennt, daß rot bei der deutschen Kette in jeder Be ziehung benachteiligt ist, durch eine große systematische Abweichung, aber auch durch die ungünstige Relation: Streifenbreite in sm. Die zu grunde liegenden Beobachtungen sind im November und Dezember gewonnen worden und umfassen Tag- und Nachtbeobachtungen. Aber auch die Tag Beobachtungen erfolgten bei geringer Sonnenhöhe, so daß Raumwellen einflüsse überall zu vermuten sind. Damit dürfen die angegebenen Zahlen als repräsentativ für Decca-Beobachtungen einer entfernten Kette unter beliebigen Bedingungen gelten, wobei nur eine Einschränkung zu machen ist: Die Grobortung wurde stets als richtig gewertet, obwohl sie es nicht in allen Fällen war: Bisweilen wäre es sogar sinnvoll gewesen, einen anderen Grobwert zu wählen, da die Grobanzeige wiederholt nicht den richtigen Wert zeigte. Mit dieser Einschränkung wird man aber Decca selbst unter ungünstigen Verhältnissen eine Ortsgenauigkeit von 1000 m zuschreiben dürfen, falls keinerlei Voraussetzungen über systematische Fehler gemacht werden können. Kann man dies, so ist die Genauigkeit größer, wenn auch nicht beträchtlich. Die in der ersten Arbeit angestellten Untersuchungen beziehen sich nur auf Tagbeobachtungen mindestens zwei Stunden nach Sonnenaufgang oder zwei Stunden vor Sonnenuntergang und erfolgten in mittleren Entfernungen zu den Basismittelpunkten von für Rot 175 sm, Grün 100 sm und Violett 195 sm. Violett ist in dem Nordseegebiet, wo die Beobachtungen gewonnen wurden, ungünstig. Die hier untersuchten Standliniengenauigkeiten waren: Rot Grün Violett Ohne Rücksicht auf 0,066 (=0,069sm) 0,036 (=0,029sm) 0,298 (=0,355) system. Fehler Nach Abzug system. 0,016 (=0,016sm) 0,012 (=0,011sm) 0,013 (=0,019) Mittelwerte Vergleich von Werten 0,034 (=0,036sm) 0,020 (=0,016sm) 0,085 (=0,099) aus April u. August Seite 10 Forsohungsberiohte des Wirtsohafts- und Verkehrsministeriums Nordrhein-Westfalen Die sehr hohen Genauigkeiten dürften einmal der Tatsache zuzusChreiben sein, daß es sich hier um errechnete Zahlen handelt, bei denen keinerlei Zeichenungenauigkeit einging, zweitens der Beobachtung bei Fehlen jedes Raumwelleneinflusses. Denn trotz .der größeren Entfernung werden die Ge nauigkeiten der dänischen Kette bei den Ostseebeobachtungen ungefähr erreicht, dort rot 0,033 sm, grün 0,045 sm hier rot 0,069 sm, grün 0,029 sm ohne Berücksichtigung irgendwelcher systematischer Fehler, also so wie ein Bautiker zunächst mit den Beobachtungawerten umgehen würde. Das günstige Bild der Decca-Ortung wird also bestätigt. Schiffs orte von 0,2 sm Genauigkeit sind jedenfalls einer terrestrischen Ortung nicht wesentlich unterlegen. c) Die Genauigkeit von Funkstandlinien Die Genauigkeit von Funkstandlinien nach Funkeigenpeilungen ist gerin ger. Als Beobachtungsgenauigkeit verschiedener Funkfeuer ergab sichl Entfernung Verschiebung Name des Funkfeuers Streuung im Mittel d. Standlinie sm sm 0 Feuerschiff EIbe 15 3,7 1,0 " Weser 16 1,9 0,6 " Fehmarnbelt 21 2,2 0,8 Leuchtturm Neuland 35 3,1 1,9 Feuerschiff Kiel 45 3,5 2,7 " P8 48 2~0 1,7 " Borkumriff 68 2,3 2,7 " Terschellingbank 114 2,9 5,8 Flugfunkf. Hamburg 40 3,3 2,3 " Helgoland 42 1,14 0,8 " Hamburg 70 1,17 2,4 " Helgoland 130 1,88 4,3 " Amsterdam 185 3,8 12,2 Stavanger, Consol- 310 2,0 10,8 Dauerstrich gepeilt 320 2,2 12,2 Die Beobachtungen wurden teilweise auf "Sta. Elena" in der Nordsee ge wonnen. Die Beobachtungen von Kiel Feuerschiff und Neuland haben über Land laufende Funkstrahlen und sind deshalb vermutlich weniger genau. Seite 11
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