Funknavigation

Abb. 1
Stabantenne und ihre Charakteristik

Abb. 2
Peilrahmen und Charakteristik

Abb. 3
Dipol Charakteristik

Abb. 4
Parabolantenne und Charakteristik

Ermittlung des Standortes, der Geschwindigkeit und Kurses von Luftfahrzeugen.
Die Funknavigationsverfahren arbeiten mit elektromagnetischen oder elektrischen Wellen, die sich vom Ort der Ausstrahlung (Sendeantenne) mit Lichtgeschwindigkeit ausbreiten. Die Lautstärke, mit der ein Sender in einem bestimmten Abstand und einer bestimmten Richtung empfangen werden kann, hängt von der Charakteristik der verwendeten Antenne ab. Ein Sender, der mit einer ungerichteten Antenne arbeitet, kann bei einem bestimmten Abstand aus jeder Richtung mit der gleichen Lautstärke empfangen werden.

Einige Grundlagen der Funknavigation

Solch eine ungerichtete Antenne ist die Stabantenne, ihre Charakteristik ist ein Kreis (Abb. 1). Durch Anordnung von zwei oder mehr Stabantennen in einer Linie oder in geometrischen Figuren können Abstrahlungscharakteristiken erzielt werden, die nicht in allen Richtungen einen Empfang mit gleicher Lautstärke zulassen - es entstehen Antennenanordnungen mit Richtwirkung. Ein Spezialfall einer solchen Anordnung ist die von den Anfängen der Radiotechnik her bekannte Rahmenantenne. Ihre Charakteristik hat die Form einer ,,8", sie besitzt also zwei Richtungen bevorzugter Ausstrahlung (Abb. 2). Zur Ausstrahlung von Ultrakurzwellen verwendet man Dipole; diese sind dem Leser als Empfangsantennen für Fernseh- und UKW-Rundfunk bekannt. Die Strahlungscharakteristik eines Dipols zeigt Abb. 3, hier ist ebenfalls eine eindeutige Vorzugsrichtung zu erkennen. Mit kürzer werdenden Wellenlängen nähern sich die Ausbreitungseigenschaften der elektromagnetischen Wellen immer mehr denen der Lichtwellen. Sie lassen sich ebenso wie Licht bündeln. Das geschieht mittels der sogenannten Antennenreflektoren, die ihrem Aussehen nach riesigen Scheinwerfern ähneln (Abb. 5). Das hier über die Sendeantennen Gesagte gilt natürlich auch dann, wenn die besprochenen Antennenanordnungcn als Empfangsantennen verwendet werden. Man erzielt also mit einem Dipol dann die größte Empfangslautstärke, wenn dieser senkrecht zur Verbindungslinie zwischen Sende- und Empfangsort steht. Im täglichen Leben benutzen wir diese Erscheinung, wenn wir unsere Fernsehempfangsantenne in der beschriebenen Weise in die Richtung des Fernsehsenders einstellen.

Zur Festlegung des Standortes seines Flugzeuges muß der Pilot mit Hilfe irgendeines der später beschriebenen Verfahren zwei sogenannte "Standlinien" ermitteln. Standlinien sind Verbindungslinien zwischen dem Flugzeug und irgendwelchen bekannten Punkten auf der Erdoberfläche; es können Geraden oder Hyperbeln sein. Der Standort des Flugzeuges liegt dann am Schnittpunkt dieser beiden ermittelten Linien. Eine Ortsbestimmung ist auch bei Kenntnis einer Standlinie und der Entfernung zu dem betreffenden Bezugspunkt möglich. Die Flugrichtung kann durch Ermittlung einer Geraden zu einem bekannten Bezugspunkt bestimmt werden. Die Festlegung der Standlinien geschieht bei den Funknavigationsverfahren unter Ausnutzung des Richteffektes von Boden- und Bordantennen.

Man kann zwischen Peilverfahren und Entfernungsverfahren unterscheiden.

• Beim Peilverfahren wird die Herkunftsrichtung eines Signals bestimmt.
  Dabei wird entweder das Signal vom Sender gerichtet abgestrahlt oder der Empfänger kann mittels einer geeigneten Antenne die Herkunftsrichtung bestimmen. Ein Radiokompass peilt den Sender an, dessen Frequenz eingestellt ist. Das Instrument im Fahrzeug zeigt den Winkel zwischen der Längsachse des Fahrzeugs und der Richtung, in der der angepeilte Sender liegt, an. Ermittelt man die Richtungen zweier Sendestationen, so kann man daraus seine Position herleiten (Kreuzpeilung).

• Bei dem Entfernungsverfahren wird entweder die Entfernung zu einer Sendestation oder die Entfernungsdifferenz zwischen zwei Sendestationen durch Hyperbelnavigation ermittelt. Aus den Signallaufzeiten bzw. den Unterschieden in den Signallaufzeiten kann der Empfänger seine Position relativ zu den Sendestationen ermitteln. Da die Positionen der Sendestationen bekannt sind, lässt sich daraus die geographische Position ableiten. Da sich aus den Signalen von nur zwei Sendestationen mehrere Möglichkeiten für die errechnete Position ergeben, die auf einer Hyperbel liegen (daher die Bezeichnung Hyperbelverfahren), benötigt man mindestens drei Stationen. Entfernungsverfahren werden bei GLONASS und GPS, Hyperbelverfahren bei den Navigationssystemen LORAN-C und ALPHA eingesetzt.

Nach der Anwendung unterscheidet man:

• Strecken-Navigation
• Anflug-Navigation

Beide Arten werden wiederum in kooperative und autonome Verfahren eingeteilt.

• Streckennavigationsverfahren
  • Autonome Verfahren
    • Koppelverfahren
      • klassische Koppelnavigation
      • Doppler
      • Trägheitsnavigation
    • Sichtverfahren
      • Sichtnavigation
      • Astronavigation
      • Radarnavigation
  • Kooperative Verfahren
    • Standlinie Gerade
    • Standlinie Kreis
      • Entfernungsmeßsysteme/DME
    • Standlinie Hyperbel
      • LORAN
      • DECCA
      • DECTRA

Bei kooperativen Verfahren arbeiten Bord- und Bodenanlage gemeinsam.