1 Einleitung
 
Im 19. Jahrhundert mussten ein Kompass, ein Sextant und genau gehende mechanische Uhren für die Navigation auf der See ausreichen. Die Cockpits der ersten Flugzeuge sind mit den heutigen gar nicht zu vergleichen. Es wurde nach Sicht geflogen, wobei man gerade einen Geschwindigkeitsmesser, einen barometrischen Höhenmesser und einen magnetischen Kompass zur Verfügung hatte. Wenn es gut ging, kam ein künstlicher Horizont, der das Fliegen durch Wolken ermöglichte, dazu.
   
 
  Abb.1: Sextant

Mit der Erfindung der Radiowellen änderte sich alles und im Jahre 1929 wurden die ersten Funkfeuer eingerichtet. Nun sah man anfangs der dreissiger Jahre die ersten Radioempfänger in den Cockpits. Das war noch die traditionelle Navigation…
Heute sieht die Sache ganz anders aus. Die Cockpits sind mit modernsten Navigationsinstrumenten ausgerüstet und das Fliegen durch Wolken sowie das Landen im Nebel bereitet keinem Linienpilot mehr grosse Sorgen. Es ist zur Selbstverständlichkeit geworden, dass Verkehrsflugzeuge bei jedem Wetter unterwegs sind. Kein Wunder, wenn ihnen Satellitennavigationssysteme wie GPS zur Verfügung stehen.
Die Luftfahrt hat mich schon seit meiner frühen Jugend fasziniert. Da war es nahe liegend, dass ich mich für ein damit zusammenhängendes Gebiet als Thema für die Maturaarbeit entschied.
Weil ich mich immer wieder fragte, wie ein Pilot sein Flugzeug präzise durch die Wolken, oder überhaupt „blind“ steuern kann, entschied ich mich für die Navigation in der Luftfahrt. Wegen der Komplexität dieses Themas habe ich mich im Hauptteil dieser Arbeit auf das GPS beschränkt.
Bevor ich zur Erklärung von GPS komme, möchte ich im Folgenden einige Navigationssysteme vorstellen, die teils der Vergangenheit angehören, teils noch heute verwendet werden. Ich beschränke mich hier auf eine Kurzinformation und deren Funktionsprinzipien.



1.1 Loran


Loran (Long Range Navigation) ist ein Navigationssystem, welches zu Beginn des 2. Weltkrieges entwickelt wurde und ursprünglich als Navigationserleichterung für Kampfflugzeuge diente.
Es besteht aus einer Reihe von Sendestationen, und zwar aus einer Master Station und weltweit 18 Sekundärstationen. Von der Zeitdifferenz des Signals der Master Station und einer Sekundärstation kann die Position abgeleitet und mit Hilfe einer Karte bestimmt werden.
Mit Loran stand der Luftfahrt erstmals ein Navigationssystem zur Verfügung, mit dem nicht nach bestimmten Landmerkmalen geflogen werden musste. Der Schifffahrt konnte es auch sehr gut dienen, denn der Nordatlantik und viele Küstengewässer wurden mit Loran abgedeckt.
Loran ist eigentlich ein Navigationssystem, das der Vergangenheit angehört. Nur noch in den USA, wo sich 12 der weltweit 19 Sendestationen befinden, wird es in Kombination mit anderen Navigationssystemen verwendet. Dies allerdings in der Version C, denn die alten wurden seit einiger Zeit ausser Dienst gestellt. Die Genauigkeit von Loran-C wird mit 460 Metern angegeben (nach THALLER 1999:10).
Weil Loran praktisch nur die nördliche Hemisphäre abdeckte, bestand bereits vor der Einführung von GPS der Wunsch nach einem System, das weltweit verfügbar sein sollte. Das nachfolgend beschriebene Navigationssystem Omega erfüllt diesen Punkt.



1.2 Omega


Omega besteht aus acht Sendestationen, die weltweit verteilt sind. Wie Loran, arbeitet auch Omega im VLF-Bereich (Very Low Frequency). Um eine Position errechnen zu können, müssen mindestens drei Stationen empfangen werden können. Dies scheint bei acht um den Globus verteilten Stationen unmöglich. Das Signal der Sendestationen wird aber von der Ionosphäre reflektiert und hat somit eine Reichweite von 9'000 bis max. 27’000 Kilometern. Die Genauigkeit von Omega ist mit ca. 500 Metern derjenigen von Loran ähnlich. Der Vorteil von Omega aber ist natürlich der, dass es auch auf der südlichen Hemisphäre gut verfügbar ist.



1.3 Funknavigation in der Luftfahrt


Eines der ersten in der Luftfahrt verwendeten Funknavigationssysteme war der Radiokompass (ADF - Automatic Direction Finder). Die dazu gehörige Bodenstation heisst NDB (Non Directional Beacon – ungerichtetes Funkfeuer). Diese NDB's markieren wichtige Knotenpunkte in der Luftfahrt. Dem Piloten war es zwar nun möglich, diese Bodenstationen anzufliegen, doch er konnte keinen bestimmten Kurs fliegen. Das VOR/DME schaffte hier Abhilfe.
Das Funktionsprinzip einer VOR/DME Bodenstation kann mit einem Leuchtturm verglichen werden. Bei der Drehung der VOR-Antenne um 360° sendet sie in einem bestimmten Zeitintervall „Leitstrahlen“ aus, die einen Abstand von jeweils einem Grad haben. Der Pilot ist nun in der Lage, diesen Leitstrahlen zu folgen. Wie bei NDB fliegt der Pilot auch bei VOR/DME auf die Sendestation zu, ist aber in der Lage, einem bestimmten Kurs zu folgen. Falls der Pilot von seinem Kurs abdriften sollte, ist es ihm leicht möglich, seine Flugrichtung zu korrigieren und so wieder auf den richtigen Kurs zu kommen. Seit der Einführung der Funknavigation ist es möglich, auf einer bestimmten Route das Ziel zu erreichen.
Über den Ozeanen ist es nicht möglich, Funkfeuer einzurichten oder zumindest nicht sinnvoll. So stellte sich die Frage, wie man denn in diesen Gebieten navigiert. Das INS (Inertial Navigation System – Trägheitsnavigation) bietet hier eine Lösung. Bei INS geht man davon aus, dass einem die Position mit hoher Präzision bekannt ist. Wenn sich nun das Flugzeug bewegt, so werden mit dem INS die Beschleunigungen in allen drei Dimensionen gemessen und so die zurückgelegte Strecke errechnet. Daraus kann dann die aktuelle Position zu jedem Zeitpunkt bestimmt werden. Dieses Verfahren wird noch heute angewendet, wobei es lediglich als Kontrolle und Backup-System gebraucht wird.


VOR / DME: VOR's (Very High Frequency Omnidirectional Range) werden immer zusammen mit einem DME (Distance Measuring Equipment) eingesetzt.

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