Grundlagen der Navigation und Geografie

Physikalische Grundlagen der Erdrotation

Die Coriolis-Kraft ist die Kraft, die auf Körper ausgeübt werden muss, um deren Winkelgeschwindigkeit bei variierendem Abstand zur Achse nicht zu ändern. Das bedeutet, die Kraft muss so ausgeübt werden, dass der Coriolis-Effekt nicht auftritt. Dies ist analog zu der Kraft, die notwendig ist, um einen Körper auf einem festen Abstand zur Achse zu halten; diese Kraft heißt Zentripetalkraft. Deren Abwesenheit verursacht das Auftreten einer Scheinkraft, genannt Zentrifugalkraft.

Gezeiten und Ozeanwellen

Die Gezeiten sind die periodische Veränderung des Meeresspiegels, die hauptsächlich durch die Gravitationskräfte von Mond und Sonne verursacht wird.

Ozeanwellen sind mechanische Wellen (Störungen eines Mediums), die als Oberflächenwellen bezeichnet werden. Sie breiten sich an der Schnittstelle zwischen zwei Medien aus – in diesem Fall zwischen Atmosphäre und Ozean.

Seekarten

Eine Seekarte ist eine maßstabsgetreue Darstellung schiffbarer Gewässer und angrenzender Landgebiete. Sie zeigt normalerweise Wassertiefen, Höhen des Landes, die Beschaffenheit des Meeresbodens, die Küstenlinie, Häfen, Navigationsgefahren sowie die Lage von Leuchtfeuern und anderen Navigationshilfen. Seekarten sind essenzielle Instrumente der nautischen Navigation.

Erdachse, Pole und Koordinatensystem

Achse: Der Durchmesser, um den sich die Erde dreht.
Die Pole: Die Enden der Erdachse (Nord- und Südpol).
Äquator: Der maximale Umfang senkrecht zur Erdachse, der die Erde in zwei Hemisphären teilt: Nord und Süd.
Meridiane: Großkreise, die durch die Pole verlaufen und senkrecht zum Äquator stehen.
Parallelen: Kreise parallel zum Äquator. Von besonderem Interesse sind der Wendekreis des Krebses im Norden, der Wendekreis des Steinbocks im Süden sowie der nördliche und südliche Polarkreis.
Nullmeridian: Der als Ausgangspunkt für die Längenmessung allgemein anerkannte Meridian, der durch die Sternwarte von Greenwich verläuft (Prime Meridian).
Meridian des Ortes: Der Meridian, der durch den aktuellen Standort verläuft. Die beiden Halbkreise werden als oberer Meridian (wo wir uns befinden) und unterer Meridian (Antimeridian) bezeichnet.

Global Positioning System (GPS)

Das Global Positioning System (GPS), offiziell NAVSTAR-GPS genannt, ist ein globales Satellitennavigationssystem (GNSS), das die Position eines Objekts, einer Person, eines Fahrzeugs oder eines Schiffes bestimmt. Die Genauigkeit liegt bei Differential-GPS im Zentimeterbereich, ansonsten meist bei wenigen Metern. Das System wurde von den Vereinigten Staaten entwickelt und wird vom Verteidigungsministerium der USA betrieben.

Das GPS arbeitet mit einem Netz von 27 Satelliten (24 in Betrieb, 3 Reserve) in einer Umlaufbahn von 20.200 km Höhe, die so synchronisiert sind, dass sie die gesamte Erdoberfläche abdecken.

Komponenten des Satellitennavigationssystems

• Satellitensystem: Besteht aus 24 Einheiten in 6 Umlaufbahnen mit je 4 Satelliten. Die Energieversorgung erfolgt über zwei Solarzellenpaneele.
• Bodenstationen: Senden Steuerinformationen an die Satelliten und warten die Konstellation.
• Empfängerterminals: Geräte, die die eigene Position bestimmen.

Zuverlässigkeit der Daten

Aufgrund des militärischen Charakters von GPS behielt sich das Verteidigungsministerium der USA die Möglichkeit vor, Zufallsfehler einzubauen, die zwischen 15 und 100 Metern schwanken konnten.

Die Positionsberechnung eines GPS-Empfängers erfordert die aktuelle Uhrzeit, die Satellitenposition und die Signallaufzeit. Die Genauigkeit hängt maßgeblich von der Position und der Signallaufzeit ab.