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LORAN (Long Range Navigation) ist ein Funknavigationssystem, das vorwiegend zur Navigation in der Seefahrt und in der Luftfahrt verwendet wird.
Inhaltsverzeichnis
Technik
LORAN-C-Signal
Die aktuelle Version LORAN-C basiert auf Sendestationen, die zu Ketten (chains) gruppiert werden. Eine Kette besteht aus einem Hauptsender und zwei bis fünf Nebensendern, die einige hundert Kilometer entfernt stehen. Die Stationen senden nach einem festen Schema Impulsgruppen. Aus der zeitlichen Differenz, mit der die Signale beim Empfänger eintreffen, kann er hyperbelförmige Standlinien und aus deren Schnitt seine Position errechnen. Daher handelt es sich um ein Hyperbelnavigation. Um eine eindeutige Identifizierung der Haupt- und Nebensender einer Kette zu erreichen und um gegenseitige Störungen zu vermeiden, senden die einzelnen Sender nicht gleichzeitig, sondern um eine definierte Verzögerungszeit versetzt zueinander. Das Gruppenfolgeintervall (Group Repetition Interval, GRI) und die Nebensenderverzögerungszeiten (Emission Delay) sind so bemessen, dass auch bei weit entfernten Empfängerstandorten, also großen Signallaufzeiten, keine Überlappung stattfinden kann. Das LORAN-C-Signal wird auf einer Frequenz von 100 kHz ausgestrahlt, wobei eine Reichweite von über 1000 km erreicht wird.
Moderne Empfänger bieten bei guter Empfangslage eine Wiederholgenauigkeit von bis zu zehn Metern. Da die Ausbreitungsgeschwindigkeit des Signals vor allem von der Beschaffenheit der Erdoberfläche abhängt (Wasser/Land, Sommer/Winter), muss man, um eine gute absolute Positionsgenauigkeit zu erreichen, diese Faktoren berücksichtigen. Ohne diese sogenannten ASF-Korrekturen (additional secondary factors) liegt die absolute Genauigkeit bei einigen hundert Metern. Auch die Geometrie, d. h. die Position des Empfängers bezüglich der Sendestationen, hat einen deutlichen Einfluss auf die Genauigkeit. Außerhalb des Bereichs zwischen den empfangenen Loran-C-Sendern lässt die Genauigkeit sehr stark nach und kann durchaus im Bereich einiger Kilometer liegen.
Geschichte
Vorläufer des LORAN-C-Systems waren LORAN-A, dessen Entwicklung während des Zweiten Weltkriegs durch die US Navy initiiert wurde, und dessen Erweiterung LORAN-B, das jedoch über das Experimentierstadium hinaus nicht genutzt wurde. LORAN-C erreicht eine weitaus höhere Genauigkeit als LORAN-A, ist sehr unempfindlich gegenüber Wettereinflüssen und kann rund um die Uhr mit gleich bleibender Präzision genutzt werden. Das LORAN-C-System der USA war 1957 einsatzbereit und wird seit 1958 von der Küstenwache (US Coast Guard) betrieben. 1974 wurde die Entscheidung getroffen, den Betrieb von LORAN-A auslaufen zu lassen und LORAN-C zum primären Navigationssystem für die Küstengewässer der USA und Alaska erklärt.
Im Mai 2009 gaben die USA bekannt, ihr Loran-C-Netzwerk aus Kostengründen stillzulegen, da mittlerweile satellitengestützte Navigation Stand der Technik sei. Die letzte US Coast Guard Station, Caribou in Maine, stellte zum 1. September 2010 ihren Dienst ein. Auch die Weiterentwicklung des Enhanced Loran Dienstes wird nicht mehr durch die USA unterstützt.
Sender
Sendestationen stehen nicht nur in den USA, sondern werden weltweit betrieben. LORAN-C ist nutzbar im Nordpazifik (einschließlich Beringmeer), Nordatlantik, Mittelmeer, in der Nord- und Ostsee, im Roten Meer und im Persischen Golf. In der Sowjetunion wurde ein äquivalentes System mit dem Namen CHAYKA entwickelt, welches allerdings hauptsächlich im Binnenland aufgebaut wurde.
In Europa ist das Northwest European LORAN-C System (NELS) entstanden, nachdem das US-Militär den Betrieb der Stationen nicht weiter fortführte. Die Stationen werden vom jeweiligen Land verwaltet und stehen nicht mehr unter militärischer Kontrolle. Durch das europäische NELS wird LORAN-C genutzt, um differenzielle Korrekturen zum GPS-Signal auszustrahlen (vgl. Differential-GPS). Diese Technik trägt die Bezeichnung Eurofix. Die einzige LORAN-C Sendestelle in Deutschland ist der LORAN-C-Sender Rantum auf der Insel Sylt.
Seit 2005 baut Saudi-Arabien das System Saudi Positioning System (SPS) auf, ähnlich wie Eurofix eine Kombination von LORAN-C und GPS und DGPS.
LORAN-C-Sender besitzen Sendeleistungen zwischen 100 kW und 4000 kW. Als Sendeantennen werden meistens gegen Erde isolierte selbststrahlende Sendemasten mit einer Dachkapazität von etwa 190 Meter bis 220 Meter Höhe verwendet, doch wurden für einige sehr leistungsfähige Stationen auch Sendemasten von über 400 m Höhe errichtet.
Der Sender Minami-Torishima ist eine Sendeeinrichtung der Kette Grid 9970 auf Minamitori-shima. Der Sender verfügt über eine Sendeleistung von 4000 kW und ist damit einer der stärksten Sender der Welt. Als Sendeantenne verwendet er einen 213 m (bis 1985: 411,48 m) hohen, selbststrahlenden Sendemast.
Der Sender Iwo Jima war eine Sendeeinrichtung der Kette Grid 9970 auf Iwojima bei 24° 48′ 6″ N, 141° 19′ 30″ O24.801666666667141.325. Der Sender verfügte über eine Sendeleistung von 4000 kW und war damit einer der stärksten Sender der Welt. Im Jahr 1965 stürzte der 411,48 m hohe Sendemast der Station bei Wartungsarbeiten um und zerstörte hierbei auch das Sendergebäude mitsamt allen technischen Geräten. Die Anlage wurde wiederaufgebaut, wobei der neue Sender einen ebenfalls 411,48 m hohen Sendemast erhielt. Im September 1993 wurde die Anlage stillgelegt und der Antennenmast abgebaut.
Der Sender Cape Race ist eine Sendeeinrichtung der Kette Grid 9930 bei Kap Race bei 46° 46′ 30″ N, 53° 10′ 30″ O46.77553.175. Der Sender verfügt über eine Sendeleistung von 1800 kW. Als Sendeantenne verwendete er einen 411,48 m hohen, selbststrahlenden Sendemast. Am 2. Februar 1993 stürzte dieser Sendemast ein. Er wurde durch einen 260,3 m hohen, selbststrahlenden Sendemast ersetzt.
Liste der LORAN-C Sendeketten
GRI Kette System Bemerkung 4970 Nordwestliches Russland CHAYKA außer Betrieb 4990 Zentral-Pazifik LORAN außer Betrieb 5543 Calcutta LORAN 5930 Kanada Ostküste LORAN 5960 Nördliches Russland CHAYKA außer Betrieb 5980 Russland-Amerika CHAYKA 5990 Kanada Westküste LORAN 6042 Bombay LORAN 6731 Lessay (Westeuropa) LORAN 6780 Südchinesisches Meer LORAN 6930 China LORAN außer Betrieb 7001 Bø (Nordeuropa) LORAN 7030 Saudi-Arabien Süd LORAN 7170 Saudi-Arabien Süd LORAN außer Betrieb 7270 Neufundland Ostküste LORAN 7430 China Gelbes Meer LORAN 7499 Sylt (Nord-/Ostsee) LORAN 7930 Labradorsee LORAN außer Betrieb 7950 Östliches Russland CHAYKA 7960 Golf von Alaska LORAN 7970 Norwegische See LORAN außer Betrieb 7980 Südost-USA LORAN 7990 Mittelmeer LORAN außer Betrieb 8000 Westliches Russland CHAYKA 8290 Nord-/Zentral-USA LORAN 8390 Ostchinesisches Meer LORAN 8830 Saudi-Arabien Nord LORAN 8930 Nordwest-Pazifik LORAN 8970 Große Seen LORAN 8990 Saudi-Arabien Süd LORAN außer Betrieb 9007 Ejde LORAN 9610 Süd-/Zentral-USA LORAN 9930 Ostasien LORAN 9940 Westküste USA LORAN 9960 Nordost-USA LORAN 9970 Nordwest-Pazifik LORAN außer Betrieb 9980 Island LORAN außer Betrieb 9990 Nord-Pazifik LORAN Liste der LORAN-C-Sendestationen
Karte der LORAN-StationenStation Land Kette Bemerkungen Afif Saudi-Arabien Saudi Arabia South (GRI 7030) / Saudi Arabia North (GRI 8830) Al Khamasin Saudi-Arabien Saudi Arabia South (GRI 7030) / Saudi Arabia North (GRI 8830) Al Muwassam Saudi-Arabien Saudi Arabia South (GRI 7030) / Saudi Arabia North (GRI 8830) Angissq Grönland am 31. Dezember 1994 stillgelegt verwendete bis zum 27. Juli 1964 einen 411,48 Meter hohen Antennenturm Anthorn UK Lessay (GRI 6731) Ersatz für Sender Rugby, Verwendung auch für MSF (Zeitzeichensender) und GBZ Ash Shayk Saudi-Arabien Saudi Arabia South (GRI 7030) / Saudi Arabia North (GRI 8830) Attu Alaska North Pacific (GRI 9990) / Russian-American (GRI 5980) Balasore Indien Calcutta (GRI 5543) Barrigada Guam stillgelegt Baudette, Minnesota USA North Central USA (GRI 8290) / Great Lakes (GRI 8970) Berlevåg Norwegen Bø (GRI 7001) Billamora Indien Bombay (GRI 6042) Boise City, Oklahoma USA Great Lakes (GRI 8970) / South Central USA (GRI 9610) Cambridge Bay Kanada Italien freistehender Stahlfachwerkturm, heute als NDB genutzt Cape Race Kanada Canadian East Coast (GRI 5930) / Newfoundland East Coast (GRI 7270) verwendete bis zum 2. Februar 1993 einen 411,48 Meter hohen Antennenturm Carolina Beach, North Carolina USA Northeast US (GRI 9960) / Southeast USA (GRI 7980) Chongzuo China China South Sea (GRI 6780) Comfort Cove Kanada Newfoundland East Coast (GRI 7270) Dhrangadhra Indien Bombay (GRI 6042) Diamond Harbor Indien Calcutta (GRI 5543) Ejde Färöer Ejde (GRI 9007) Estartit Spanien Mediterranean Sea (GRI 7990); außer Betrieb Fallon, Montana USA USA West Coast (GRI 9940) Fox Harbour Kanada Newfoundland East Coast (GRI 7270) / Canadian East Coast (GRI 5930) George Kanada Canadian West Coast (GRI 5990) / USA West Coast (GRI 9940) Gesashi Japan East Asia (GRI 9930) / North West Pacific (GRI 8930) Gillette, Wyoming USA South Central USA (GRI 9610) / North Central USA (GRI 8290) Grangeville, Idaho USA South Central USA (GRI 9610) / Southeast USA (GRI 7980) Havre Kanada North Central USA (GRI 8290) Hellissandur Island am 31. Dezember 1994 stillgelegt 411,48 Meter hoher Antennenturm, heute zur Ausstrahlung eines Radioprogramms des isländischen Rundfunks (Ríkisútvarpið) auf der Frequenz 189 kHz genutzt Helong China China North Sea (GRI 7430) Hexian China China South Sea (GRI 6780) Jan Mayen Norwegen Bø (GRI 7001) Johnston Island USA Italien Iwo Jima Japan im September 1993 stillgelegt, abgebaut verwendete einen 411,48 Meter hohen Antennenturm Jupiter, Florida USA Southeast USA (GRI 7980) Kargaburan Türkei Mediterranean Sea (GRI 7990); außer Betrieb Kwang Ju Südkorea East Asia (GRI 9930) Lampedusa Italien Mediterranean Sea (GRI 7990); außer Betrieb Las Cruces, New Mexico USA South Central USA (GRI 9610) Lessay Frankreich Lessay (GRI 6731) / Sylt (GRI 7499) Malone, Florida USA Great Lakes (GRI 8970) / Southeast USA (GRI 7980) Minamitorishima Japan North West Pacific (GRI 8930) verwendete bis 1985 einen 411,48 Meter hohen Antennenturm Nantucket Kanada Canadian East Coast (GRI 5930) / Northeast USA (GRI 9960) Narrow Cape Alaska North Pacific (GRI 9990) / Gulf of Alaska (GRI 7960) Niijima Japan North West Pacific (GRI 8930) / East Asia (GRI 9930) Patpur Indien Calcutta (GRI 5543) Pohang Südkorea North West Pacific (GRI 8930) / East Asia (GRI 9930) Port Clarence Alaska Gulf of Alaska (GRI 7960) / North Pacific (GRI 9990) verwendet einen 411,48 Meter hohen Antennenturm Port Hardy Kanada Canadian West Coast (GRI 5990) Rantum Deutschland Sylt (GRI 7499) / Lessay (GRI 6731) verwendet einen 193 Meter hohen Stahlgittermast Raymondville, Texas USA South Central USA (GRI 9610) / Southeast USA (GRI 7980) Raoping China China South Sea (GRI 6780) / China East Sea (GRI 8930) Rongcheng China China North Sea (GRI 7430) / China East Sea (GRI 8930) Rugby UK Lessay (GRI 6731); experimentell: seit Juli 2007 außer Betrieb Saint Paul Alaska North Pacific (GRI 9990) Salwa Saudi-Arabien Saudi Arabia North (GRI 8830) / Saudi Arabia South (GRI 7030) Searchlight, Nevada USA USA West Coast (GRI 9940) / South Central USA (GRI 9610) Sellia Marina Italien Mediterranean Sea (GRI 7990); außer Betrieb Seneca, New York USA Great Lakes (GRI 8970) / Northeast USA (GRI 9960) Shoal Cove Alaska Canadian West Coast (GRI 5990) / Gulf of Alaska (GRI 7960) Soustons Frankreich Lessay (GRI 6731) Tok Alaska Gulf of Alaska (GRI 7960) Tokachibuto Japan Eastern Russia Chayka (GRI 7950) / North West Pacific (GRI 8930) Upolo Point, Hawaii USA Italien Værlandet Norwegen Sylt (GRI 7499) / Ejde (GRI 9007) Veraval Indien Bombay (GRI 6042) Williams Lake Kanada Canadian West Coast (GRI 5990) Xuancheng China China North Sea (GRI 7430) / China East Sea (GRI 8930) Yap Micronesia 1987 stillgelegt, abgebaut verwendete einen 304,8 Meter hohen Antennenturm Zukunft
Weltweit steht der Fortbestand des LORAN-C-Systems in der Diskussion, da mit Satellitennavigationssystemen eine wesentlich genauere Alternative zur Verfügung steht; mit modernen Anforderungen im Meter- und Submeterbereich kann LORAN-C nicht konkurrieren. Aufgrund der Ausbreitungseigenschaften der Wellen ist z. B. eine genaue Bestimmung des Signalweges extrem schwierig.
LORAN-C kann allerdings aufgrund seiner Signalcharakteristik komplementär zu GPS genutzt werden. Das langwellige LORAN-C-Signal dringt auch dorthin, wo Satelliten-Empfang aufgrund fehlender direkter Sichtverbindung zu den Satelliten nicht möglich ist (z. B. im Wald, begrenzt auch unter Wasser, zwischen hohen Gebäuden). LORAN-C bietet einen einfachen Integritätstest, das 'Blinking', um bei Fehlfunktionen den Nutzer zu warnen. Eine gezielte Störung des mit hoher Sendeleistung ausgestrahlten Signals ist zudem, im Gegensatz zu satellitenbasierten Verfahren, recht schwierig. Ein Vorteil des Systems ist außerdem, dass es nicht wie GPS unter militärischer Kontrolle steht. Aufgrund dieser Eigenschaften ist LORAN-C in den letzten Jahren wieder mehr ins Gespräch gekommen, vor allem als Backup-System für GPS. Aufgrund vieler Studien, die zahlreiche der genannten Schwächen von GPS als einzigem Navigationssystem nachgewiesen haben, ist sowohl in den USA als auch in Europa ein verbessertes Nachfolgesystem unter dem Namen eLORAN in der Diskussion.
Die letzte Station der US-Küstenwache stellte zum 1. September 2010 ihren Dienst ein. Auch Europa befindet sich, was LORAN-C betrifft, im Umbruch. Der NELS-Vertrag lief Ende 2005 aus. Dennoch sind, anders als angekündigt, alle europäischen Sender weiter in Betrieb (Stand: März 2007). Derzeit wird die Entwicklung in Europa vor allem von Großbritannien und Frankreich vorangetrieben. Die Zukunft ist offen, eine komplette Abschaltung der Sender allerdings unwahrscheinlich. Am wahrscheinlichsten dürfte ein Betrieb im Rahmen der Europäischen Union sein.
Eurofix
Eurofix erweitert Loran-C um einen Datenkanal, über den GPS-Korrektursignale, UTC-Zeitsignale, und andere Daten übertragen werden.
eLORAN
Die Weiterentwicklung mündete in eLORAN (enhanced LORAN). Ähnlich wie bei GPS überträgt eLORAN seine eigenen Korrekturdaten, die sogenannten additional secondary factors (ASF). Sie beschreiben ein wetterabhängiges Geländemodell, welche das bodennahe Ausbreitungsverhalten der langwelligen Radiowellen korrigiert. eLORAN erreicht eine Genauigkeit von 10 m und besser. Es liegt in der Größenordnung von GPS, liefert aber keine Höhenauflösung. Dafür besitzt es die Vorteile von LORAN-C, beispielsweise die hohe Störsicherheit.
eLORAN wird von der GLA (General Lighthouse Authorities of the United Kingdom and Ireland) aufgebaut, ebenso von den USA als komplementäres System zu GPS.[1]
Ähnliche Systeme
Das russische Gegenstück zu LORAN-C ist CHAYKA.
Weitere Systeme zur (bodengestützen) Funknavigation waren und sind Decca, OMEGA und Alpha.
Literatur
- Nathaniel Bowditch: The American Practical Navigator. An Epitome of Navigation. Bicentennial Edition. National Imagery and Mapping Agency, Bethesda MD 2002, ISBN 0-939837-54-4, S. 173ff. (United States. National Imagery and Mapping Agency. Publication 9).
Weblinks
- International LORAN Association (ILA)
- LORAN-C General Information - USCG Navigation Center
- Commissioners of Irish Lights: LORAN-C FAQ
- Beschreibung des LORAN-Signals
- Seefunknetz.de
- SPS
- SDR in action: The last LORAN-C receiver - LORAN-C-Empfänger selbstgebaut
- Darstellung diverser älterer Systeme der Hyperbelnavigation (engl.)
Einzelnachweise
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